水循环与水量平衡

水循环与水量平衡1第1页，共21页，2023年，2月20日，星期六一、水文循环及水量平衡水文学：

研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。2第2页，共21页，2023年，2月20日，星期六1.1水文循环：

（1）地球上水的存在形式：

汽态、液态、固态

（2）存在位置：

空气中、地表、地下、生物体内

3第3页，共21页，2023年，2月20日，星期六水文循环的概念：

地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环。

4第4页，共21页，2023年，2月20日，星期六水循环示意图5第5页，共21页，2023年，2月20日，星期六

水循环的外因：

太阳辐射能和地球引力的存在

水循环的内因：

水物理三态(气、液、固)之间的相互转化6第6页，共21页，2023年，2月20日，星期六海洋上空大陆上空海洋地下陆面降水蒸发返回大气地面径流海洋蒸发降水气流输运大循环：小循环：自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：

大循环/小循环地下径流汇入河川7第7页，共21页，2023年，2月20日，星期六水文循环的意义：①直接影响气候变化：②改变地表形态：③造成再生资源：④负面影响：干旱，洪涝灾害8第8页，共21页，2023年，2月20日，星期六1.2水量平衡：指地球任一区域(可以是某个流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区，也可以是整个地球)，在一定时段内(时段可以是日、月，也可以是一年、数十年或更长的时间)，收入的水量与支出的水量之差等于该区域内的蓄水变量(蓄水变量指时段始末区域内蓄水量之差)。水量平衡是水文循环的定量描述，是质量守恒定律在水文循环中的特定表现形式。9第9页，共21页，2023年，2月20日，星期六

式中:

I

—

给定时段内输入研究区域的总水量；

O

—

给定时段内输出研究区域的总水量；

△W

—

时段内研究区域蓄水量的变化量。上式中各变量的单位：km3

或mm

I－O=△W水量平衡方程：10第10页，共21页，2023年，2月20日，星期六

若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：

△Wc

=Pc－

R－Ec式中:Ec：在时段内陆地的蒸发量；

Pc：在时段内陆地的降水量；

R

：时段内由陆地流入海洋的径流量；

△Wc

：在时段内陆地蓄水量的变化量。（1）地球上的水量平衡11第11页，共21页，2023年，2月20日，星期六若以海洋为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：

△Ws

=Ps＋R－Es式中:Es

：海洋在时段内的蒸发量；Ps

：海洋在时段内的降水量；R

：时段内由陆地流入海洋的径流量；△Ws

：海洋在该时段内蓄水量的变化量。12第12页，共21页，2023年，2月20日，星期六上二式相加得：或：式中：—陆地水量平衡方程—海洋水量平衡方程在多年平均的情况下，△Wc→0，△Ws→0，则13第13页，共21页，2023年，2月20日，星期六河流流域的定义：河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域（称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。

由分水线包围的集水区域。（2）河流流域的水量平衡14第14页，共21页，2023年，2月20日，星期六非闭合流域/闭合流域：★非闭合流域：

若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流域为非闭合流域。★闭合流域：

若流域的地面水和地下水分水线在位置上重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种流域为闭合流域。15第15页，共21页，2023年，2月20日，星期六不闭合流域的水量平衡示意图PERSO△WqRGIRGO地面分水线地下分水线16第16页，共21页，2023年，2月20日，星期六

P+RGI=E+RSO+RGO+q+△W式中:P：流域给定时段的降雨量；E：净蒸发量；对于不闭合流域，其水量平衡方程为：△W

：时段初及时段末流域蓄水量的变化量。q：给定时段内流域内工农业及生活净用水量；RGO：给定时段内从地下流出的水量；RSO

：给定时段内从地面流出的水量；RGI：给定时段内从地下水流入的水量；17第17页，共21页，2023年，2月20日，星期六不闭合流域的水量平衡示意图PERSO△WqRGIRGO地面分水线地下分水线18第18页，共21页，2023年，2月20日，星期六

P=E+R+△W闭合流域水量平衡方程为：

对于闭合流域:闭合流域的多年平均水量平衡方程式为：其中，

在方程

P+RGI=E+RSO+RGO+q+△W中RGI=0，如果q较小，则可取q=0，合并RSO+RGO=R19第19页，共21页，2023年，2月20日，星期六式中:：流域内多年平均降水量；：流域内多年平均径流量；：流域内多年平均蒸发量。对于多年平均的情况，闭合流域的水量平衡方程式为：20第20页，共21页，2023年，2月20日，星期六令～多年平均径流系数，其反映流域降雨量转换成径流量的比例系数。～多年平均蒸发系数,其反映流域降雨量转换成蒸发量的比