第三章流域水循环与水量平衡

水循环与水量平衡当前第1页\共有29页\编于星期三\8点水循环当前第2页\共有29页\编于星期三\8点水循环基本过程水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。3当前第3页\共有29页\编于星期三\8点水循环机理水循环服从质量守恒定律循环过程保持连续性，既无开始，也无结束水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程蒸发、降水：地面向大气输送热量的过程。每日全球蒸发量为长江年径流量的1.6倍，潜热交换量为1990年世界发电量的近100倍。降水转化为地表及地下径流：势能→动能4当前第4页\共有29页\编于星期三\8点水循环机理水循环的基本动力太阳辐射与重力作用水循环的前提条件：水在常温常压下液态、气态、固态的三相变化水循环的制约因素：地理纬度、海陆分布、地貌形态等制约了水循环的路径、规模与强度5当前第5页\共有29页\编于星期三\8点水循环的类型与层次结构6当前第6页\共有29页\编于星期三\8点大循环和小循环

大循环：海洋→大气→大陆→海洋（纵向+横向）

小循环：海洋→大气→海洋（海洋小循环）

大陆→大气→大陆（内陆小循环）水文循环的规律海洋的蒸发量多于降水量；大陆的降水量多于蒸发量；大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡；大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。当前第7页\共有29页\编于星期三\8点水体的更替周期水体的更替周期指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间。通常用下式来估算

式中，T为更替周期；W为水体总贮水量；ΔW为水体年平均参与水循环的活动量水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标，亦是反映水体水资源可利用率的基本参数。循环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈大。8当前第8页\共有29页\编于星期三\8点水循环意义1、调节气候；

2、塑造了地球表面；

3、形成了巨大的水利资源；

4、形成一切水文现象。当前第9页\共有29页\编于星期三\8点水循环与全球气候水循环一方面受到全球气候变化的影响，另一方面它又制约了全球气候。水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者。如果大气圈中的水汽含量减少一半，地球表面的平均气温将降低5℃；如果完全没有水汽，平均气温将下降16℃。10温室效应：CO2、CH4和水蒸汽大气能量的来源当前第10页\共有29页\编于星期三\8点水循环与全球气候水循环的强弱及其路径，会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征。在这方面，海洋环流系统的气候效应表现得最为强烈。北大西洋暖流1月份平均气温要比同纬度亚洲与北美洲的东海岸高出15～20℃。11伦敦巴黎哈尔滨大连纬度51°49°45°38°1月平均气温4°C3°C

-22°C-5°C当前第11页\共有29页\编于星期三\8点水量平衡定义是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。12SIQI−Q=∆S质量守恒原理当前第12页\共有29页\编于星期三\8点水量平衡方程水量平衡方程式的通式式中收入项I和支出项Q，可视具体情况进一步细分。其简繁程度与所研究的对象以及时段长短有关。例如，对于多年平均来说，Δs→0，可忽略不计；但对于短时段水量平衡方程式而言，蓄水变化量Δs不可忽略水量平衡方程式是水循环的数学表达式13I−Q=ds/dt当前第13页\共有29页\编于星期三\8点水量平衡方程中的符号说明P:precipitation降水ET:evapotranspiration蒸散发E:evaporation蒸发T:transpiration蒸腾R:runoff径流S:storage蓄水量F:infiltration下渗量

14当前第14页\共有29页\编于星期三\8点海洋水量平衡方程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海当前第15页\共有29页\编于星期三\8点陆地水量平衡方程P海E海R∆S海R地表R地下P陆E陆通用方程：I−Q=∆S陆地水量平衡方程：P陆−R地表

−R地下−E陆−T=∆S陆∆S陆T16多年平均：P陆-R=E陆当前第16页\共有29页\编于星期三\8点全球水量平衡方程17陆地多年平均：P陆-R=E陆海洋多年平均：P海+R=E海全球多年平均：P全球=E全球E/P为多年平均蒸发系数R/P为多年平均径流系数当前第17页\共有29页\编于星期三\8点区域水量平衡方程R地表R地下PE通用方程：I−Q=∆S区域水量平衡方程：P陆+R’地表+R’地下−R地表

−R地下−E−T=∆S∆STR’地表R’地下−Qd+Qr18人类活动影响当前第18页\共有29页\编于星期三\8点区域水量平衡方程区域水量平衡方程：P陆+R’地表+R’地下−R地表

−R地下−E−T=∆S19闭合外流流域平衡方程：P陆−R地表

−R地下−E−T=∆S闭合内流流域平衡方程：P陆−E−T=∆S当前第19页\共有29页\编于星期三\8点区域水量平衡应用20当前第20页\共有29页\编于星期三\8点研究背景北京水资源现状多年平均水资源37.3亿m3近年的年平均产水量仅为22.3亿m3年用水量为35.3亿m3为什么缺水？21当前第21页\共有29页\编于星期三\8点北京水资源现状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当前第22页\共有29页\编于星期三\8点北京水资源现状径流量自产水资源量仅22.33亿m3，下降40.3%，地表水资源量减少到7.73亿m3，下降56.4%。入境水量为3.46亿m3，下降78.5%。出境水量为8.03亿m3，其中含污水5.6亿m323当前第23页\共有29页\编于星期三\8点径流变化原因24当前第24页\共有29页\编于星期三\8点径流变化原因以现状年（2001-2009年）和多年平均（1956-2000年）降水量、径流系数代入计算北京市因为降水和产流异常导致径流减少量分别为3.01亿m3和6.98亿m3近年来北京市河川径流量减少的原因中，气候变化的原因为30.1％，下垫面变化导致产流异常的贡献率为69.9％。25当前第25页\共有29页