《工程水文與水利計(jì)算》課件-任務(wù)一 水文循環(huán)與水量平衡

教學(xué)要求點(diǎn)擊添加標(biāo)題內(nèi)容從水循環(huán)的角度出發(fā)，了解降水、蒸發(fā)、入滲及自然地理因素對(duì)河川徑流的影響。初步建立水量平衡概念，掌握流域主要特征值的概念和計(jì)算，掌握徑流常用單位受地心引力作用，地球水圈是相對(duì)穩(wěn)定的聚水區(qū)域，包括地球表面、巖石圈內(nèi)、大氣層中、生物體內(nèi)儲(chǔ)存著的各種形態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài))的水體，分布在海洋、地表、地下、土壤、大氣、生物體中。2.1水文循環(huán)與水量平衡

2.1.1水文循環(huán)地球水圈中的各種水體在不斷地運(yùn)動(dòng)變化和相互交換著，因?yàn)樗w內(nèi)部因素：（內(nèi)部因素）具有固液氣三態(tài)轉(zhuǎn)化。地球上或某一區(qū)域內(nèi)的各種水體，（外部因素）在太陽(yáng)輻射和重力作用下，水分通過(guò)蒸散發(fā)、水汽輸送、降水、入滲、徑流等過(guò)程不斷變化、遷移的現(xiàn)象稱為水文循環(huán)，也稱水分循環(huán)，簡(jiǎn)稱水循環(huán)，如下圖(圖2-1)筆記：大循環(huán)--從海洋蒸發(fā)的水汽，被氣流輸送到大陸形成降水，其中一部分以地面和地下徑流的形式從河流匯歸海洋；另一部分重新蒸發(fā)返回大氣。這種海陸間的水分交換過(guò)程稱為大循環(huán)或外循環(huán)。小循環(huán)－海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結(jié)后，以降水的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)凝結(jié)又降落到陸地上，這種局部的水文循環(huán)稱為小循環(huán)或內(nèi)循環(huán)。形成水文循環(huán)的原因分有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因是水在常態(tài)下有固、液、汽三種狀態(tài)，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)換。外因是太陽(yáng)的輻射作用和地心引力。太陽(yáng)輻射為液態(tài)、固態(tài)的水蒸發(fā)成汽態(tài)的水汽提供了熱量，并引起空氣流動(dòng)。地心引力使空中的水汽又以降水方式回到地面，并且形成地面、地下水匯歸入海。另外，陸地的地形、地質(zhì)、土壤、植被等條件，對(duì)水分循環(huán)也有一定的影響。水文循環(huán)是地球上最重要、最活躍的物質(zhì)循環(huán)之一，它對(duì)地球環(huán)境的形成、演化和人類生存都有著重大的作用和影響。水文循環(huán)使得人類生產(chǎn)和生活不可缺少的水資源具有再生性和時(shí)空分布不均勻性，提供了江河湖泊等地表和地下水資源。同時(shí)也造成了早澇災(zāi)害，給水資源的開(kāi)發(fā)利用增加了難度。2.1.2水量平衡2.1.2.1水量平衡原理在水文循環(huán)過(guò)程中，任一區(qū)域在任一時(shí)段輸入水量(Wi)與輸出水量(Wo)之差額等于其蓄水量的變化量(△W)，這就是水量平衡原理。根據(jù)水量平衡原理，對(duì)某一區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)，其水量平衡方程為：

Wi-Wo=△W記一下公式式中：Wi、Wo——給定時(shí)段內(nèi)該區(qū)域輸入、輸出的總水量；△W——給定時(shí)段內(nèi)該區(qū)域蓄水量的變化量，△W>0，表示時(shí)段內(nèi)區(qū)域蓄水量增加；△W<0，表示時(shí)段內(nèi)區(qū)域蓄水量減少。水量平衡原理是水文學(xué)的基本原理，水量平衡法是分析研究水文現(xiàn)象、建立水文要素之間定性與定量關(guān)系、了解其時(shí)空變化規(guī)律等的主要方法之一。上式(2-1)為水量平衡方程的通用式，對(duì)不同研究對(duì)象需具體分析其輸入、輸出的組成，寫(xiě)出相應(yīng)的水量平衡方程式。若以地球的整個(gè)大陸作為研究范圍，其水量平衡方程式為

Wi-W0=△WHc（降水）–R（徑流）–Ec（蒸發(fā)）=△Sc（大陸的蓄水量變化量）(2-2)若以地球的整個(gè)海洋作為研究范圍，其水量平衡方程式為：

Wi-W0=△WHo（降水）+R（徑流）–Eo（蒸發(fā)）=△So海洋的蓄水量變化量(2-3)Hc、Ho——分別為大陸、海洋上的降水量；Ec、Eo——分別為大陸、海洋上的蒸發(fā)量；R——流入海洋的徑流量，包括地面、地下徑流量；△Sc、△So——分別為研究時(shí)段內(nèi)大陸、海洋蓄水量的變化量。2.1.2.2地球上的水量平衡大陸：Hc（降水）–R（徑流）=Ec（蒸發(fā)）海洋：Ho（降水）+R（徑流）=Eo（蒸發(fā)）在短時(shí)間內(nèi)，△Sc和△So可正可負(fù)；但對(duì)于多年平均情況，則正負(fù)可以相互抵消蓄水量的變化量趨于零。因此，對(duì)多年平均情況，有式(2-4)和(2-5)：大陸(2-4)海洋(2-5)式中：、

——分別為大陸、海洋多年平均降水量；、

——分別為大陸、海洋多年平均蒸發(fā)量；

——多年平均流入海洋的徑流量，包括地面、地下徑流量。合并式(2-4)和(2-5)，得多年平均全球水量平衡方程式(2-6)或(2-7)：