自然界水循環(huán)

FundamentalsofHydrogeology水文地質(zhì)學(xué)第一章水文循環(huán)Hydrologic-cycle本章內(nèi)容1.1水循環(huán)1.2水文循環(huán)1.3水量平衡1.4水文循環(huán)的作用1.5影響水文循環(huán)的因素1.1水循環(huán)分布：大氣圈、地球表面、巖石圈、生物圈、地幔、地核中氣態(tài)：大氣圈液態(tài)：水圈固態(tài)：巖石圈大氣水、地表水、地下水地下水：地表以下巖石空隙中的水起源：起源于原始地殼形成后，整個(gè)地質(zhì)時(shí)期從地球內(nèi)部逸出。分類：淺部層圈水和深部層圈水(地幔約5%--7%)不包括生物圈和礦物結(jié)合水淺部層圈水13.86×108km3水循環(huán)地球上各部位、各圈層都存在水各部位的水是相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的整體，也稱為水圈—水系統(tǒng)。自然界的水循環(huán)——各部位水的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化水循環(huán)分為：地質(zhì)循環(huán)、水文循環(huán)本章重點(diǎn)討論水文循環(huán)自然界水循環(huán)地質(zhì)循環(huán)與水文循環(huán)關(guān)系示意圖（據(jù)阿勃拉莫夫）地殼晶質(zhì)巖地幔巖巖漿源海洋沉積蓋層地質(zhì)循環(huán)1－6水文循環(huán)7－10地質(zhì)循環(huán)地質(zhì)循環(huán)：地球淺層圈與深層圈水轉(zhuǎn)化過(guò)程。成巖作用、變質(zhì)作用、風(fēng)化作用4KAlSi3O8+6H2O=Al(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4K++4OH-(鉀長(zhǎng)石)(高嶺土)(膠體)(溶液)地質(zhì)循環(huán)淺層圈與深層圈轉(zhuǎn)換速度慢水分子分解與合成1.2水文循環(huán)（Hydrologic-cycle)（1）定義：大氣水、地表水、地殼巖石空隙中地下水循環(huán)（2）水文循環(huán)的劃分

◆循環(huán)路徑不同：大循環(huán)（海－陸）與小循環(huán)（海-海、陸-陸)

◆時(shí)空尺度不同：全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)、水-土-生系統(tǒng)水文循環(huán)（3）水文循環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

◆海洋的蒸發(fā)量大于降水量◆陸地的降水量大于蒸發(fā)量◆大陸輸入水汽量與輸出水汽量基本平衡水文循環(huán)示意圖水文循環(huán)尺度——全球、流域（區(qū)域）思考：水文循環(huán)發(fā)生的動(dòng)力條件是什么？1.3水量平衡1.3.1通用水量平衡方程（1）水文學(xué)（水文地質(zhì)學(xué)）研究的基本原理

物質(zhì)不滅（能量），能量守恒定律為基本定律。（2）通用水量平衡方程：區(qū)域—段—要素I＝O＋（W1－W2）＝O±△W

其中，I：時(shí)段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的各種水量之和

O：時(shí)段內(nèi)輸出區(qū)域的各種水量之和

△W＝W1－W2：區(qū)域內(nèi)時(shí)段始未的儲(chǔ)水量

不同區(qū)域、不同研究對(duì)象可以寫出具體水量平衡方程1.3.2幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)徑流：系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動(dòng)的水流。水系：匯注于某一干流的全部河流構(gòu)成地表徑流系統(tǒng)；流域：一個(gè)水系的全部集水區(qū)域；分水線(嶺)：相鄰兩個(gè)流域之間地形最高點(diǎn)的連線即為分水線；流量(Q)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的水量，m3/sQ=F×V過(guò)水?dāng)嗝媾c流速1.3.2幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)徑流總量(W)：某一T內(nèi)，通過(guò)某一斷面總水量m3

；W=Q×T徑流模數(shù)(M)：?jiǎn)挝涣饔蛎娣eF上平均流量，L/S·km2

徑流深度(Y)：在計(jì)算時(shí)段內(nèi)總徑流量分布測(cè)站以上整個(gè)流域面積上所得到的平均水層厚度，mm；

徑流系數(shù)(α)：同一時(shí)段內(nèi)流域面積上徑流深度Y與降水量X的比值；小數(shù)或百分比表示。1.3.2我國(guó)的水量平衡河流中國(guó)水系流域面積%降水量mm徑流量mm蒸發(fā)量mm外河流域太平洋56.72918391527印度洋6.51739518.6220.4北冰洋0.53357215.9141.4總計(jì)63.76896403.4492.6內(nèi)河流域36.2416433.8130.2全國(guó)合計(jì)100629269.5359.5中國(guó)水系1.3.3全球水量平衡分區(qū)水量平衡要素年水量Km3年水深mm外流區(qū)降水量110000924徑流量47000395蒸發(fā)量63000529內(nèi)河流域降水量9000300蒸發(fā)量9000300世界海洋降水量4580001270徑流量47000130蒸發(fā)量5050001400全球降水量5770001130蒸發(fā)量57700011301.4水文循環(huán)的作用水文循環(huán)的作用：通過(guò)循環(huán)——水的質(zhì)量得以凈化，水的數(shù)量得以再生。

水資源不斷更新與再生，可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用，——也是可持續(xù)發(fā)展的保證。1.氣象因素大氣圈結(jié)構(gòu)大氣熱源大氣層面每分鐘接受太陽(yáng)輻射能量約8.16J/cm2大氣直接吸收15%(短波)散射、反射42%到達(dá)地面43%，輻射使大氣增溫(長(zhǎng)波)1.5影響水文循環(huán)的因素水汽地球大氣圈N278%O221%臭氧CO2水汽水汽3.5km占70%；5km占90%2000--3000km外層熱層中層平流層對(duì)流層1.5影響水文循環(huán)的因素主要?dú)庀笠蛩貧鉁兀弘S時(shí)間和空間而變化，對(duì)流層內(nèi)氣溫隨高度增加而減小0.5℃/100m；赤道向兩側(cè)減小。氣壓：隨高度增加壓力降低冬季大陸氣壓高于海洋，氣溫低于海洋。濕度：大氣中水汽含量

絕對(duì)濕度(m或e)

某一時(shí)刻空氣中的水汽含量g/m3

。

飽和水汽含量(M或E)：某一溫度下、空氣中容納最大水汽數(shù)量。氣溫呈露點(diǎn)，與溫度正相關(guān)。

露點(diǎn)：空氣中水汽達(dá)到飽和時(shí)氣溫。

相對(duì)濕度(r)：空氣中水汽含量的飽和程度；

r=(e/E)×100%或r=(m/M)×100%1.5因素水文循環(huán)的因素蒸發(fā)：常溫液態(tài)氣態(tài)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)，常用水面蒸發(fā)量表征一個(gè)地區(qū)蒸發(fā)的強(qiáng)度。主要影響因素：氣溫：飽和差(d)=飽和水汽含量(E)-絕對(duì)濕度(e)

蒸發(fā)速度與d正相關(guān)；風(fēng)速：與蒸發(fā)正相關(guān)；降水：空氣冷卻，超飽和限度水汽凝結(jié)成固態(tài)和液態(tài)降落

降水量(x)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)降落到地面的水量（mm)；降水強(qiáng)度：每分鐘內(nèi)的降水量，暴雨＞0.5mm/分；降雨分霪雨、細(xì)雨、暴雨等；雪是固態(tài)的降水，融化后也能補(bǔ)給地下水

從水文循環(huán)角度看《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》相關(guān)學(xué)科從水文循環(huán)角度來(lái)看，地球上水資源是個(gè)整體，研究地下水科學(xué)需要與相關(guān)學(xué)科相結(jié)合。

地質(zhì)學(xué)（普通）、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、自然地理學(xué)、陸地水文學(xué)、《水文氣象學(xué)》等相關(guān)知識(shí)相參考。與工程應(yīng)用角度

《水資源開發(fā)工程》、