第三章流域水循環(huán)與水量平衡

水循環(huán)與水量平衡現(xiàn)在是1頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)現(xiàn)在是2頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)基本過程水循環(huán)是指地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復始運動的過程。3現(xiàn)在是3頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)機理水循環(huán)服從質(zhì)量守恒定律循環(huán)過程保持連續(xù)性，既無開始，也無結束水循環(huán)是物質(zhì)與能量的傳輸、儲存和轉(zhuǎn)化過程蒸發(fā)、降水：地面向大氣輸送熱量的過程。每日全球蒸發(fā)量為長江年徑流量的1.6倍，潛熱交換量為1990年世界發(fā)電量的近100倍。降水轉(zhuǎn)化為地表及地下徑流：勢能→動能4現(xiàn)在是4頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)機理水循環(huán)的基本動力太陽輻射與重力作用水循環(huán)的前提條件：水在常溫常壓下液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)的三相變化水循環(huán)的制約因素：地理緯度、海陸分布、地貌形態(tài)等制約了水循環(huán)的路徑、規(guī)模與強度5現(xiàn)在是5頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)的類型與層次結構6現(xiàn)在是6頁\一共有29頁\編輯于星期四大循環(huán)和小循環(huán)

大循環(huán)：海洋→大氣→大陸→海洋（縱向+橫向）

小循環(huán)：海洋→大氣→海洋（海洋小循環(huán)）

大陸→大氣→大陸（內(nèi)陸小循環(huán)）水文循環(huán)的規(guī)律海洋的蒸發(fā)量多于降水量；大陸的降水量多于蒸發(fā)量；大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；大陸內(nèi)流區(qū)降水量與蒸發(fā)量基本相等。現(xiàn)在是7頁\一共有29頁\編輯于星期四水體的更替周期水體的更替周期指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所需的時間。通常用下式來估算

式中，T為更替周期；W為水體總貯水量；ΔW為水體年平均參與水循環(huán)的活動量水體的更替周期是反映水循環(huán)強度的重要指標，亦是反映水體水資源可利用率的基本參數(shù)。循環(huán)速度愈快，周期愈短，可開發(fā)利用的水量就愈大。8現(xiàn)在是8頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)意義1、調(diào)節(jié)氣候；

2、塑造了地球表面；

3、形成了巨大的水利資源；

4、形成一切水文現(xiàn)象?，F(xiàn)在是9頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)與全球氣候水循環(huán)一方面受到全球氣候變化的影響，另一方面它又制約了全球氣候。水循環(huán)是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、儲存和轉(zhuǎn)化者。如果大氣圈中的水汽含量減少一半，地球表面的平均氣溫將降低5℃；如果完全沒有水汽，平均氣溫將下降16℃。10溫室效應：CO2、CH4和水蒸汽大氣能量的來源現(xiàn)在是10頁\一共有29頁\編輯于星期四水循環(huán)與全球氣候水循環(huán)的強弱及其路徑，會直接影響到各地的天氣過程，甚至可以決定地區(qū)的氣候基本特征。在這方面，海洋環(huán)流系統(tǒng)的氣候效應表現(xiàn)得最為強烈。北大西洋暖流1月份平均氣溫要比同緯度亞洲與北美洲的東海岸高出15～20℃。11倫敦巴黎哈爾濱大連緯度51°49°45°38°1月平均氣溫4°C3°C

-22°C-5°C現(xiàn)在是11頁\一共有29頁\編輯于星期四水量平衡定義是指任意選擇的區(qū)域（或水體），在任意時段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之間差額必等于該時段區(qū)域（或水體）內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。12SIQI?Q=?S質(zhì)量守恒原理現(xiàn)在是12頁\一共有29頁\編輯于星期四水量平衡方程水量平衡方程式的通式式中收入項I和支出項Q，可視具體情況進一步細分。其簡繁程度與所研究的對象以及時段長短有關。例如，對于多年平均來說，Δs→0，可忽略不計；但對于短時段水量平衡方程式而言，蓄水變化量Δs不可忽略水量平衡方程式是水循環(huán)的數(shù)學表達式13I?Q=ds/dt現(xiàn)在是13頁\一共有29頁\編輯于星期四水量平衡方程中的符號說明P:precipitation降水ET:evapotranspiration蒸散發(fā)E:evaporation蒸發(fā)T:transpiration蒸騰R:runoff徑流S:storage蓄水量F:infiltration下滲量

14現(xiàn)在是14頁\一共有29頁\編輯于星期四海洋水量平衡方程P海E海R?S海通用方程：I?Q=?S海洋水量平衡方程：P海+R?

E海=?S海15多年平均：P海+R=E?，F(xiàn)在是15頁\一共有29頁\編輯于星期四陸地水量平衡方程P海E海R?S海R地表R地下P陸E陸通用方程：I?Q=?S陸地水量平衡方程：P陸?R地表

?R地下?E陸?T=?S陸?S陸T16多年平均：P陸-R=E陸現(xiàn)在是16頁\一共有29頁\編輯于星期四全球水量平衡方程17陸地多年平均：P陸-R=E陸海洋多年平均：P海+R=E海全球多年平均：P全球=E全球E/P為多年平均蒸發(fā)系數(shù)R/P為多年平均徑流系數(shù)現(xiàn)在是17頁\一共有29頁\編輯于星期四區(qū)域水量平衡方程R地表R地下PE通用方程：I?Q=?S區(qū)域水量平衡方程：P陸+R’地表+R’地下?R地表

?R地下?E?T=?S?STR’地表R’地下?Qd+Qr18人類活動影響現(xiàn)在是18頁\一共有29頁\編輯于星期四區(qū)域水量平衡方程區(qū)域水量平衡方程：P陸+R’地表+R’地下?R地表

?R地下?E?T=?S19閉合外流流域平衡方程：P陸?R地表

?R地下?E?T=?S閉合內(nèi)流流域平衡方程：P陸?E?T=?S現(xiàn)在是19頁\一共有29頁\編輯于星期四區(qū)域水量平衡應用20現(xiàn)在是20頁\一共有29頁\編輯于星期四研究背景北京水資源現(xiàn)狀多年平均水資源37.3億m3近年的年平均產(chǎn)水量僅為22.3億m3年用水量為35.3億m3為什么缺水？21現(xiàn)在是21頁\一共有29頁\編輯于星期四北京水資源現(xiàn)狀降水量多年平均降水量584.7mm1956-2000前期平均年降水量620.6mm1956-2000后期平均年降水量543.6mm2001-2009平均年降水量485.4mm22現(xiàn)在是22頁\一共有29頁\編輯于星期四北京水資源現(xiàn)狀徑流量自產(chǎn)水資源量僅22.33億m3，下降40.3%，地表水資源量減少到7.73億m3，下降56.4%。入境水量為3.46億m3，下降78.5%。出境水量為8.03億m3，其中含污水5.6億m323現(xiàn)在是23頁\一共有29頁\編輯于星期四徑流變化原因24現(xiàn)在是24頁\一共有29頁\編輯于星期四徑流變化原因以現(xiàn)狀年（2001-2009年）和多年平均（1956-2000年）降水量、徑流系數(shù)代入計算北京市因為降水和產(chǎn)流異常導致徑流減少量分別為3.01億m3和6.98億m3近年來北京市河川徑流量減少的原因中，氣候變化的原因為30.1％，下墊面變化導致產(chǎn)流異常的貢獻率為69.9％。25現(xiàn)在是25頁\一