自然界水循环

FundamentalsofHydrogeology水文地质学第一章水文循环Hydrologic-cycle本章内容1.1水循环1.2水文循环1.3水量平衡1.4水文循环的作用1.5影响水文循环的因素1.1水循环分布：大气圈、地球表面、岩石圈、生物圈、地幔、地核中气态：大气圈液态：水圈固态：岩石圈大气水、地表水、地下水地下水：地表以下岩石空隙中的水起源：起源于原始地壳形成后，整个地质时期从地球内部逸出。分类：浅部层圈水和深部层圈水(地幔约5%--7%)不包括生物圈和矿物结合水浅部层圈水13.86×108km3水循环地球上各部位、各圈层都存在水各部位的水是相互联系、相互转化的整体，也称为水圈—水系统。自然界的水循环——各部位水的联系与转化水循环分为：地质循环、水文循环本章重点讨论水文循环自然界水循环地质循环与水文循环关系示意图（据阿勃拉莫夫）地壳晶质岩地幔岩岩浆源海洋沉积盖层地质循环1－6水文循环7－10地质循环地质循环：地球浅层圈与深层圈水转化过程。成岩作用、变质作用、风化作用4KAlSi3O8+6H2O=Al(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4K++4OH-(钾长石)(高岭土)(胶体)(溶液)地质循环浅层圈与深层圈转换速度慢水分子分解与合成1.2水文循环（Hydrologic-cycle)（1）定义：大气水、地表水、地壳岩石空隙中地下水循环（2）水文循环的划分

◆循环路径不同：大循环（海－陆）与小循环（海-海、陆-陆)

◆时空尺度不同：全球水文循环，流域水文循环、水-土-生系统水文循环（3）水文循环的运动规律

◆海洋的蒸发量大于降水量◆陆地的降水量大于蒸发量◆大陆输入水汽量与输出水汽量基本平衡水文循环示意图水文循环尺度——全球、流域（区域）思考：水文循环发生的动力条件是什么？1.3水量平衡1.3.1通用水量平衡方程（1）水文学（水文地质学）研究的基本原理

物质不灭（能量），能量守恒定律为基本定律。（2）通用水量平衡方程：区域—段—要素I＝O＋（W1－W2）＝O±△W

其中，I：时段内输入区域的各种水量之和

O：时段内输出区域的各种水量之和

△W＝W1－W2：区域内时段始未的储水量

不同区域、不同研究对象可以写出具体水量平衡方程1.3.2几个专业术语径流：系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。水系：汇注于某一干流的全部河流构成地表径流系统；流域：一个水系的全部集水区域；分水线(岭)：相邻两个流域之间地形最高点的连线即为分水线；流量(Q)：单位时间内通过某一断面的水量，m3/sQ=F×V过水断面与流速1.3.2几个专业术语径流总量(W)：某一T内，通过某一断面总水量m3

；W=Q×T径流模数(M)：单位流域面积F上平均流量，L/S·km2

径流深度(Y)：在计算时段内总径流量分布测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度，mm；

径流系数(α)：同一时段内流域面积上径流深度Y与降水量X的比值；小数或百分比表示。1.3.2我国的水量平衡河流中国水系流域面积%降水量mm径流量mm蒸发量mm外河流域太平洋56.72918391527印度洋6.51739518.6220.4北冰洋0.53357215.9141.4总计63.76896403.4492.6内河流域36.2416433.8130.2全国合计100629269.5359.5中国水系1.3.3全球水量平衡分区水量平衡要素年水量Km3年水深mm外流区降水量110000924径流量47000395蒸发量63000529内河流域降水量9000300蒸发量9000300世界海洋降水量4580001270径流量47000130蒸发量5050001400全球降水量5770001130蒸发量57700011301.4水文循环的作用水文循环的作用：通过循环——水的质量得以净化，水的数量得以再生。

水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用，——也是可持续发展的保证。1.气象因素大气圈结构大气热源大气层面每分钟接受太阳辐射能量约8.16J/cm2大气直接吸收15%(短波)散射、反射42%到达地面43%，辐射使大气增温(长波)1.5影响水文循环的因素水汽地球大气圈N278%O221%臭氧CO2水汽水汽3.5km占70%；5km占90%2000--3000km外层热层中层平流层对流层1.5影响水文循环的因素主要气象因素气温：随时间和空间而变化，对流层内气温随高度增加而减小0.5℃/100m；赤道向两侧减小。气压：随高度增加压力降低冬季大陆气压高于海洋，气温低于海洋。湿度：大气中水汽含量

绝对湿度(m或e)

某一时刻空气中的水汽含量g/m3

。

饱和水汽含量(M或E)：某一温度下、空气中容纳最大水汽数量。气温呈露点，与温度正相关。

露点：空气中水汽达到饱和时气温。

相对湿度(r)：空气中水汽含量的饱和程度；

r=(e/E)×100%或r=(m/M)×100%1.5因素水文循环的因素蒸发：常温液态气态包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发，常用水面蒸发量表征一个地区蒸发的强度。主要影响因素：气温：饱和差(d)=饱和水汽含量(E)-绝对湿度(e)

蒸发速度与d正相关；风速：与蒸发正相关；降水：空气冷却，超饱和限度水汽凝结成固态和液态降落

降水量(x)：单位时间内降落到地面的水量（mm)；降水强度：每分钟内的降水量，暴雨＞0.5mm/分；降雨分霪雨、细雨、暴雨等；雪是固态的降水，融化后也能补给地下水

从水文循环角度看《水文地质学基础》相关学科从水文循环角度来看，地球上水资源是个整体，研究地下水科学需要与相关学科相结合。

地质学（普通）、第四纪地质学、自然地理学、陆地水文学、《水文气象学》等相关知识相参考。与工程应用角度

《水资源开发工程》、