1章 自然界的水循环与水均衡

水文地质学*

西南科技大学环境与资源学院2014.9——地质工程专业第一章自然界的水循环与水均衡

Hydrologic-cycle本章主要内容：1.1自然界的水循环

1.2自然界的水均衡1.3我国的水循环概况1.1自然界的水循环

自然界中水的分布

地球上的水以气态、液态和固态形式分布于大气圈、地球表面和地壳中，分别称为大气水、地表水和地下水。这些水组成地球的水圈。绝大部分的水分布于海洋中，占96.5％，只有3.499％的水分布于陆地上。地球上浅部层圈水的分布

水体体积(km3)%大气水129000.001地表水海洋133800000096.5冰川和永久积雪240641001.74湖泊1764000.013沼泽114700.0008河流21200.0002地下水包气带水165000.001饱和带水234000001.7永久冻土带固态水3000000.022合计1385983490100水文循环及地质循环自然界的水循环包括：地质循环：水参与沉积、变质与岩浆作用过程，地壳浅表的水与地壳深部乃至地慢的水发生交换，循环途径长，循环速度缓慢。此类水循环是在地质历史进程中进行的。水文循环：发生于大气、水、地表水与地壳浅部地下水之间，循环速度相对迅速。水文循环的动力：太阳热能和重力的作用循环过程：海洋中的水分蒸发成为水汽，进人大气圈；水汽随气流运移至陆地上空，在适宜的条件下，重新凝结下降。降落的水分，一部分沿地面汇集于低处，成为河流、湖泊等地表水；另一部分渗入土壤、岩石，成为地下水。地球上各部位、各层圈都存在着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量基本平衡水循环的作用：通过水循环水质得以净化、水量得以更新再生。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——是可持续发展的保证。大循环与小循环

根据水循环的途径不同，自然界的水循环可分为大循环与小循环。大循环：发生于海洋与陆地之间的水循环，称为大循环。小循环：在陆地或海洋表面蒸发的水分，最终降落回到陆地或海洋表面，这种局部的水循环，称为小循环。水汽输送蒸发

降水蒸发降水植物蒸腾湖地表径流地下径流海洋下渗水文循环径流径流是水循环的重要环节和水均衡的基本要素，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。径流可分为地表径流和地下径流，两者具有密切联系。

水系、流域、分水岭水系：地表径流和地下径流均有按系统分布的特点。汇注于同一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。流域：一个水系的全部集水区域称为该水系的流域。分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线即为称分水岭。山口沉积作用山口沉积作用河口沉积作用流域与封闭流域径流要素在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值来说明地表径流。水文地质中也采用相应的特征值来表征地下径流。各特征值的换算关系1.2自然界的水均衡1.2.1地下水均衡的概念

应用质量守恒定律研究水循环中各要素之间的关系就是水均衡研究。地下水均衡是研究某个地区在某一时间内地下水水量（盐量、热量）的补给与消耗之间的数量关系。均衡区：进行均衡计算所选定的地区。均衡期：进行均衡计算的时间段。

正均衡；负均衡1.2.2通用水均衡方程

通用水量平衡方程：区域—时间段—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：区域内时段始末的储水量不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式大循环的水均衡分析降水

蒸发

径流

水汽输送入渗

蒸发

降水

水汽输送收入项（I）：大气降水量（X）地表水流入量（Y1）地下水流入量（W1）水汽凝结量（Z1）支出项（O）：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸发量（Z2）陆地上某一地区天然状态下的水均衡分析：I=O+(W1--W2)=O+△W△W＝X+（Y1-Y2

）+（W1-W2

）

+（Z1-Z2

）1.2.3我国水量平衡1.2.4全球水量平衡降水降水强度蒸发水面蒸发、陆面蒸发径流径流是指大气降水落到地表后在重力作用下于地表和地下形成的水流。（1）流量Q

单位时间内通过河流某一断面的水量。单位：（2）径流总量W

某一时间段T内通过河流某一断面的水量。单位：（3）径流深度Y

某一时间段内径流总量均匀分布于过水断面以上的整个流域面积上所得到的水层厚度。单位：

1.2.5水均衡要素

（4）径流模数M

单位流域面积上平均产生的流量。单位：（5）径流系数某一时段内的径流深度与同一时段内的降雨量的比值。1.3我国的水循环概况

地理位置：我国位于世界最大陆地---欧亚大陆东缘，南北地跨亚热带、温带及亚寒带。西部是世界上最高大的青藏高原，东濒世界界最大水体太平洋。我国地区气候我国绝大部分地区均为季风气候，一年中雨季与旱季分明，降水的时空分布很有规律。对我国气候起控制作用的是两个高气压中心：形成于海洋的夏威夷亚热带高压中心，带来暖湿气流；形成于大陆腹地的蒙古寒带高压中心，带来干寒气流。冬季，大陆因太阳辐射减少，急剧降温，空气冷却，密度增大，蒙古高压中心增强；而海洋降温慢，空气密度相对较小，夏威夷高压减弱；此时，我国大部分地区盛行西北季风，寒流所及，天气干冷晴朗。夏季，太阳辐射增强，陆地增温强烈，蒙古高压迅速衰退，海洋温度相对较低，夏威夷高压相对强盛，我国大部盛行东南风。我国季风气候类型我国气温分布水资源在时间上分配相当不均匀由于季风气候的控制，旱季、雨季分明，降水集中使我国水资源在的间上分配相当不均匀。雨季降水丰沛，是水