水文循环与水量平衡
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第二章-水文循环与水量平衡2
（基本河床、主槽、滩地、水位、过水断面、单式断面、复式 断面、中泓线）
3、河道纵比降
落差、纵比降 比降计算公式： （1）当河道纵断面近于直线
时，比降计算式为：
J h1 h0 h
l
l
（2）当河底高程沿程变化时， 如下图，比降计算式为：
J
(h0
h1)l1
(h1
h2 )l2
(hn1 L2
游、中游、下游和河口五段。 （左岸、右岸） （二）河流的基本特征 包括河流的长度、河流断面、河道纵比降
几个基本概念： 1、河流长度 自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度。 2、河流断面 河流断面有横断面和纵断面： 垂直于水流方向的断面为横断面。 沿中泓线的断面称为河流的纵断面。
5、流域的平均高度和平均坡度：采用格点法计算 6、 流域的自然地理特征
包括流域的地理位置、气候特征、植被、土 壤特性、 地质构造、沼泽及湖泊等
（三）水系
流域中大大小小河流交汇成树枝状或网络状结构称为水系。 水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状。 羽毛状水系：自上游到下游，在不同地点汇入依次汇入干流。
第一节 水文循环与水量平衡
一、自然界的水文循环 水是在不断地运动变化和相互交换着。 1、水文循环：水在太阳辐射和地心引力的作用下，不
断地蒸发、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程， 称为水文循环（也称为水分循环）。 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。 基本概念： 大循环、小循环（内陆小循环和海洋小循环)
降水中，一部分在分子力、毛细力和重力作用下渗入地下；一部分形成地 面径流主要在重力作用下，流入江、河、湖泊，再汇入海洋，还有一部分 通过蒸发和散发返回大气中。
2、水文循环运动规律
水量平衡与水循环的内在关系以及水量平衡的研究意义
水量平衡与水循环的内在关系以及水量平衡的研究意义本文旨在探讨水量平衡与水循环之间的内在关系以及研究水量平衡的意义。
一、水量平衡与水循环的内在关系水量平衡是指一个系统内，进入和排出的水量相等。
在水循环过程中，水量平衡是一个重要的概念。
水循环是指自然界中水在不同形态之间循环的过程，包括地表水、地下水、大气水和生物水等。
在水循环过程中，水量平衡是保持水循环持续不断的基础。
水量平衡与水循环之间的内在关系表现在以下几个方面：1. 水量平衡是水循环的基础。
水循环是一个复杂的过程，包括蒸发、降水、径流和地下水运动等。
在水循环中，水量平衡是保持水循环持续不断的基础。
如果进入和排出的水量不相等，那么水循环就会失去平衡，导致水资源的浪费和生态环境的破坏。
2. 水量平衡是水资源管理的重要依据。
水资源管理是为了合理开发、利用和保护水资源，以满足人类社会和生态环境的需求。
在水资源管理中，水量平衡是一个重要的依据。
通过水量平衡的分析，可以了解水资源的供需情况，制定合理的水资源开发和利用计划，保障水资源的可持续利用。
3. 水量平衡是水环境监测的重要指标。
水环境监测是为了了解水环境的质量状况，及时发现和解决水环境问题。
在水环境监测中，水量平衡是一个重要的指标。
通过水量平衡的分析，可以了解水环境的水量变化情况，及时发现水环境问题，采取有效的措施进行治理和保护。
二、水量平衡的研究意义研究水量平衡具有重要的意义，主要表现在以下几个方面：1. 提高水资源利用效率。
通过研究水量平衡，可以了解水资源的供需情况，制定合理的水资源开发和利用计划，提高水资源利用效率，保障水资源的可持续利用。
2. 保护水资源和生态环境。
通过研究水量平衡，可以及时发现水环境问题，采取有效的措施进行治理和保护，保护水资源和生态环境，维护人类社会的生态安全。
3. 促进经济社会发展。
通过研究水量平衡，可以保障水资源的合理开发和利用，促进经济社会发展，提高人民生活水平。
水量平衡与水循环之间存在内在关系，研究水量平衡具有重要的意义。
地球上的水分循环与水量平衡(-节)
5 蒸发 4 降水
1 植物蒸腾
2 降水
湖
6 地表径流
6 地下径流 海洋
地球表面的水在太阳辐射作用下，大量 水分不断地从海洋、河湖等水面、陆面 和植物表面蒸发和蒸腾，升入空中，被 气流带动输送至各地，在适当条件下遇 冷凝结而以降水形式降落到地表面或水 体上。降落到陆地表面的水又在重力作 用下，一部分渗入地下，一部分形成地 表径流注入江河汇流大海，还有一部分 又重新蒸发返回空中。其中渗入到地下 的水，一部分也逐渐蒸发，一部分也形 成径流最终也汇集于海洋。
（三）水循环是联系海洋与陆地的主要纽带
海洋正是通过蒸发水分源源不断地向大陆 输送水汽而形成降水，进而影响陆地上的 一系列物理、化学与生物过程。而从陆地 上回归海洋的径流，则不断地向海冰输送 大量的泥沙、有机杂质、各种营养盐类， 进而影响海水的性质、海水中的生物学过 程，以及海冰沉积与海盆形态等。
1
第2章 地球上水分循环与 水量平衡P41－88
§2.1 地球上的水分循环41－47
一、水分循环的过程、原因及影响因素
（一）水分循环过程
地球上的水不断通过运动和相变从一个地 圈转向另一个地圈，或从一种空间转向另 一种空间。 地表水（海、河、湖水面，陆面和植物）
3 水汽输送
1蒸发
4 降水
1蒸发
3、水循环广及整个水圈，并深入大 气圈、岩石圈及生物圈
水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩 石圈及生物圈。其循环路径并非单一的， 而是通过无数条路线实现循环和相变的， 所以水循环系统是由无数不同尺度、不同 规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系 统。
4、全球水循环是闭合系统，但局部 水循环却是开放系统。
各种水体的更替周期
表
第二章水文基础知识
W Q•T
y Q •T •103 Q •T (mm)
F •106
1000F
径流模数（M）：流域出口断面上的流量与流域面积的比值。
M=1000Q/F
径流系数（α）：某时段降雨量x所形成径流深y的比例数
α =y/x
因为降雨总是会有损失，所以一般α只能小于1。
3/3
（三）流域平均降雨量的计算
流域内各站降雨量是不同的，分析流域 降雨与径流关系时，需要由降雨量计算流域 平均面雨量，根据流域内雨量资料，常用以 下方法：
1. 算术平均法
式中
——某一指定时段的流域平均雨量，mm； ——流域内的雨量站数； ——流域内第站指定时段的雨量，mm。
2. 泰森多边形法
f4 f3
2. 降水的分类 按空气抬升形成动力冷却的原因可以把降水分
为4种类型：
强度大，范围小，历时短
降水
对流雨 地形雨 气旋雨
迎风面雨多，背风面雨少
温带气旋雨
气旋前方：暖锋云系及连续性降雨 气旋后方：狭窄的冷锋云系和降雨 气旋中部：暖气团，层云或毛毛雨
热带气旋雨 水汽充足，运动强烈，易带来狂风暴雨
锋面雨
冷锋雨 暖锋雨
水面蒸发常用蒸发器进行观测。换算关 系为：
式中
——天然水面蒸发量，mm； ——蒸发器实测蒸发量，mm； ——蒸发器折算系数。
（二） 土壤蒸发 土壤蒸发比水面蒸发要复杂得多。湿润
的土壤，其蒸发过程一般可以分为三个阶段。
（三）植物散发 土壤中的水分经植物根系吸收后，输送
至叶面，再从叶面散发到大气中，称为植物 散发。
（四） 流域总蒸发
流域总蒸发是流域内所有的水面、土壤以及植 被蒸发与散发的总和。目前采用的方法是从全流 域综合角度出发，用水量平衡原理来推算流域总 蒸发量。
地球上的水分循环与水量平衡
太阳辐射是地表热能的主要源泉，它促使冰雪融 化，水分蒸发，空气流动等，是水分循环的动力。
重力是促使空中水滴降落和地面、地下径流流归 海洋的动力。
外部环境包括地理纬度、海陆分布、地貌形态等 则制约了水循环的路径、规模与强度。
3、水循环广及整个水圈，并深入大气圈、 岩石圈及生物圈
▪ 水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩 石圈及生物圈。其循环路径并非单一的， 而是通过无数条路线实现循环和相变的， 所以水循环系统是由无数不同尺度、不同 规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系 统。
四、水循环的作用与效应
水循环是地球上的物质大循环，巨大的能量流， 对自然界和人类具有重大的作用和意义。
（一）水循环是联系大气圈、水圈、岩石圈和生 物圈的纽带，并成为它们之间的能量调节器
水循环的一系列过程中，通过降水、地表径流、 入渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾等各个环节， 使地球四大圈层相互联系起来，并在物质流的同 时，伴随能量流。
▪ 水分大循环通常经历蒸发、输送、凝结、降水、 入渗和径流等环节，一方面在天空、地面和地下 之间通过蒸发、降水和入渗进行纵向水分交换 （垂直方向）；另一面又在海洋与陆地之间以水 汽输送和径流形式进行横向交换（水平方向）。 海洋从空中向大陆输送大量水汽，大陆则通过地 面和地下径流把水分输送到海洋里去。大陆上蒸 发的水汽也可随气流带到海洋上空。但总的说来， 水汽输送方向是从海洋输向大陆的。海洋向陆地 输送的水汽减去陆地向海洋输送的水汽，称为有 效水汽输送量。
5、水文循环是巨大的物质循环
▪ 地球上的水分在交替循环过程中，总是溶 解并携带着某些物质一起运动，诸如溶于 水中的各种化学元素、气体以及泥沙等固 体杂质等。不过这些物质不可能象水分那 样，构成完整的循环系统，所以通常意义 上的水文循环仅指水分循环，简称水循环。
重力是促使空中水滴降落和地面、地下径流流归 海洋的动力。
外部环境包括地理纬度、海陆分布、地貌形态等 则制约了水循环的路径、规模与强度。
3、水循环广及整个水圈，并深入大气圈、 岩石圈及生物圈
▪ 水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩 石圈及生物圈。其循环路径并非单一的， 而是通过无数条路线实现循环和相变的， 所以水循环系统是由无数不同尺度、不同 规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系 统。
四、水循环的作用与效应
水循环是地球上的物质大循环，巨大的能量流， 对自然界和人类具有重大的作用和意义。
（一）水循环是联系大气圈、水圈、岩石圈和生 物圈的纽带，并成为它们之间的能量调节器
水循环的一系列过程中，通过降水、地表径流、 入渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾等各个环节， 使地球四大圈层相互联系起来，并在物质流的同 时，伴随能量流。
▪ 水分大循环通常经历蒸发、输送、凝结、降水、 入渗和径流等环节，一方面在天空、地面和地下 之间通过蒸发、降水和入渗进行纵向水分交换 （垂直方向）；另一面又在海洋与陆地之间以水 汽输送和径流形式进行横向交换（水平方向）。 海洋从空中向大陆输送大量水汽，大陆则通过地 面和地下径流把水分输送到海洋里去。大陆上蒸 发的水汽也可随气流带到海洋上空。但总的说来， 水汽输送方向是从海洋输向大陆的。海洋向陆地 输送的水汽减去陆地向海洋输送的水汽，称为有 效水汽输送量。
5、水文循环是巨大的物质循环
▪ 地球上的水分在交替循环过程中，总是溶 解并携带着某些物质一起运动，诸如溶于 水中的各种化学元素、气体以及泥沙等固 体杂质等。不过这些物质不可能象水分那 样，构成完整的循环系统，所以通常意义 上的水文循环仅指水分循环，简称水循环。
第二章(水文循环与径流形成)
每日8时观测一次， 得日蒸发量；可计算月蒸发 量、年蒸发量。
蒸发器折算系数：K
二、土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
三个阶段：
第一阶段：土壤充分湿润，供水充足E接近最大蒸
发能力EM。
E EM
第二阶段：土壤水分减少Hale Waihona Puke 供水条件变差，E逐渐减小。
E W EM W田
第三阶段：水分运动十分缓慢，蒸发率很小。
三 、流域总蒸发 包括：水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发及 植物散发。
二、地球上的水量平衡 水量平衡原理： 在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入 水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。 水量平衡方程：
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量 △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
以陆地作为研究范围水量平衡方程为： 以海洋为研究对象水量平衡方程为：
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
总结： 1.产流过程：降雨扣除损失成为净雨的过程。
①降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成 的径流在数量上是相等的。
②净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果； 净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要延长很长时间。
地面净雨→地面径流 ③ 表层流净雨→表层流或壤中流 地面径流 总径流过程
3. 径流深（R）：将径流量平铺在整个流域面积上所得的
水 层深度，mm。
R W 1000F
4.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，
L/(s·km2)，洪峰流量模数，多年平均流量模数。
M Q F
5.径流系数（α）：径流深与流域平均降雨量的比，
α<1。
蒸发器折算系数：K
二、土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
三个阶段：
第一阶段：土壤充分湿润，供水充足E接近最大蒸
发能力EM。
E EM
第二阶段：土壤水分减少Hale Waihona Puke 供水条件变差，E逐渐减小。
E W EM W田
第三阶段：水分运动十分缓慢，蒸发率很小。
三 、流域总蒸发 包括：水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发及 植物散发。
二、地球上的水量平衡 水量平衡原理： 在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入 水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。 水量平衡方程：
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量 △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
以陆地作为研究范围水量平衡方程为： 以海洋为研究对象水量平衡方程为：
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
总结： 1.产流过程：降雨扣除损失成为净雨的过程。
①降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成 的径流在数量上是相等的。
②净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果； 净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要延长很长时间。
地面净雨→地面径流 ③ 表层流净雨→表层流或壤中流 地面径流 总径流过程
3. 径流深（R）：将径流量平铺在整个流域面积上所得的
水 层深度，mm。
R W 1000F
4.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，
L/(s·km2)，洪峰流量模数，多年平均流量模数。
M Q F
5.径流系数（α）：径流深与流域平均降雨量的比，
α<1。
水文学原理期末复习(1)
•
5、 流域平均雨量计算方法：
（1）、垂直平分法（泰森多边形法）方法：①用直线连接相邻雨量站构成若干个锐角 三角形；②作每个三角形各边的垂直平分线，这些垂直平分线将流域分成 n 个以流域边
-1-
界为界的多边形；③假设每个多边形内雨站的雨量代表该多边形面积上的降雨量，按面 积加权法推求流域平均降雨量
水文学原理期末复习
第二章 水文循环与水量平衡 1、水循环分类 大循环：海陆之间的循环 小循环：海洋之间和陆地之间的循环 2、水循环机理：内因：水的物理三态（气、液、固）之间的相互转化 外因：太阳辐射和地心引力以及地形、地貌等下垫面因素 3、流域：分水线包围的集水区 分水线：分水岭上最高点的连线 闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合 非闭合流域：地面分水线与地下分水线不重合的流域 第三章 河流与流域 1、水系：脉络相通的大小河流所构成的系统 干流：水系中直接流入海洋、湖泊的河流 支流：流入干流的河流 2、一条河流五个部分：河源、上游、中游、下游，河口。 3、水系：由干流及其全部直流组成的脉络相通的网状系统。
6、 各种方法的比较：算术平均法最为简便，在区域面积不大，地形起伏较小，雨量站分布 较为均匀的情况下，精度可以得到保证； 泰森多边形法也较为简单，精度一般较高但该法将各雨量站权重视为定值，而降雨空间 分布复杂多变。另外，不管雨量站之间的距离远近，呈现线性关系不符合； 等雨量线法在理论上比较完善，但要求雨量站网密度高，而且需要绘制等雨量线，计算 量大 第五章 土壤水与下渗 1、土壤水：吸附于土粒和存在于土壤孔隙中的水分。 饱和带：土壤含水率达到饱和的土层区域，是土壤颗粒、水分的二相系统。 包气带：土壤水分未充满所有土壤空隙的土层区域，是土壤颗粒、空气、水分的三相系 统。
3、地下水：潜水+承压水 潜水：第一个不透水层以上的水，压力=大气压 承压水：在两个不透水层之间的水，压力>大气压 4、土壤水分常数： （1） 、最大吸湿量:在饱和空气中,土壤能够吸附的最大水汽量称为最大吸湿量。 （2 ） 、最大分子持水量:由土粒分子力所结合的最大水分称为最大分子持水量。薄膜水厚 度此时达到最大值。 （3） 、 凋萎含水量(凋萎系数): 植物根系无法从土壤中吸收水分,开始凋萎,即开始枯死时的 土壤含水量称为凋萎含水量。只有大于凋萎含水量的水分才是参加水分交换的有效水量。 介 于最大吸湿量和最大分子持水量之间。 （4） 、田间持水量: 指土壤中所能保持的最大毛管水量和最大分子持水量。当土壤含水量 超过这一限度时,多余的水分不能被土壤所保持,将以自由重力水的形式向下渗透。 （5） 、毛管断裂含水量: 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。当土壤含水量大于 此值时,悬着水就能向土壤水分的消失点或消失面运行。 低于此值时,连续供水状态遭到破坏。 （6） 、饱和含水量: 指土壤中所有孔隙都被水充满时的土壤含水量。介于田间持水量到饱 和含水量之间的水量,就是在重力作用下向下运动的自由重力水分 土壤缺水量=田间持水量--实际含水量 5、土水势：土壤水分所具有的势能，包括重力势，静水压力势、基模势。土壤饱和时具有 重力势，静水压力势；不饱和时具有重力势，基模势。 6 达西定律： ，依次表示，渗流流速；水力传导度；总水势；渗流方向上的距离。 7、下渗：下渗是指在一定的供水条件下（比如降雨或者灌溉）所发生的水分通过土壤面（例 如地面）向土中运动的过程，运动方向有垂直和水平两种。
水文循环与水量平衡
qo 流域与周围区域 qi 的地下水交换
闭合流域：qi =qo =0 若q=0，则 In: P Out: E+Rs +Rg P－(E+Rs + Rg)=△W 令R= Rs + Rg, 则P-(E+R)=△W 多年平均：P=R+E
第三节 水量的平衡
第四节 研究水量平衡的意义
➢可以定量揭示水文循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间的相互联 系、相互制约关系；揭示水文循环过程对人类社会的影响，以及人类对水文 循环的消极影响和积极控制的效果。 ➢是研究水文循环系统内在结构和运行机制，分析系统内各环节之间的内在 联系，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法；人们认识各种水体的基本 特征、空间分布、时间变化以及发展趋势的重要手段；对水文测验战网的布 局、观测资料进行判断，并改进。 ➢是水资源研究工作的基础，是水资源现状评价与供需预测研究工作的核心。 ➢为工程规划提供基本参数，而且可以评价水利工程建设后可能产生的实际 效益。 ➢水资源工程正式投入运行后，成为恰当地协调各部门用水要求，进行合理 调度，科学管理，充分发挥用水效益的重要手段。
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
大尺度水文循环——全球水文循环 空间尺度最大，最完整的水文循环
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
中尺度水文循环——流域或区域水文循环 流域降雨径流形成过程，开放式循环系统
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
小尺度水文循环——水-土-植物循环系统 空间尺度最小，开放式循环系统
第一节 水文循环
主讲内容： 水文循环现象 水文循环的分类 水文循环的作用与意义 水文循环的影响因素 我国的水文循环路径
水循环和水量平衡
A
18
3 流域水量平衡
（2）分水线(岭)定义 河流周围地面高程最高点的连线，通常为山脉脊线，如秦岭
山脉。 （平原地势）黄河大堤为淮河、海河流域分水岭。 分水线有地面分水线和地下分水线之分。前者是汇集地表水
的界线，后者是汇集地下水的界线。
19
黄黄 河河
长长江江
分水岭实例
20
3 流域水量平衡
（3）非闭合流域与闭合流域
上二式相加得：
E c Es Pc Ps
或：
E P 全球的水量平衡式
式中：
E Ec Es
P Pc Ps
16
2 水量平衡原理及其方程
17
3 流域水量平衡
（1）流域的定义 ➢ 河流某断面（A断面）以上，汇集 地表水和地下水的区域统称做该河流 在A断面以上的流域。
➢ 由分水线包围的集水区域。
24
不闭合流域水量平衡方程：
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；
RGI ： 给定时段内从地下水流入的水量； RSO ： 给定时段内从地面流出的水量； RGO ： 给定时段内从地下流出的水量； q ： 给定时段内流域内工农业及生活净用水量；
7
1 水文循环
• 地球上各种水体更新期
水体
周期
水体
周期
极地冰川 永冻地带地下水 世界大洋 高山冰川 深层地下水 湖泊水
10000a 9700a 2500a 1600a 1400a 17a
沼泽水 土壤水 河水 大气水 生物水
5a 1a 16天 8天 12h
8
1 水文循环
水循环的影响因素
工程水文：第二章第一节 自然界的水文循环
由此可推算地球上一年中的水循环更新次数=
57.7 *104 45 次
12900
一年365天，所以平均
365 45
8
天完成一次循环。
由于太阳能在地球上分布不均匀,且时间上也有变化, 因此由太阳能驱动的水文循环导致地球上降水量和蒸发量 的时空分布不均匀,使地球上有湿润地区和干旱地区;有 多水季节和少水季节、多水年和少水年的区别。
0
0
0
多年平均情况下
SC 0, S0 0
P RE
C
C
P R E
0
0
合并两式得多年平均全球水量平衡方程
P P E E，或 P E
C
0
C
0
即全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等。
水循环的主要环节：蒸发、水汽输送、降水（凝结、 降落）、径流
二、产生水循环的内外因及分类 1、水循环产生的内外因 产生循环的外因：太阳辐射和地心引力。
产生循环的内因：水常温下的三态转化,并不发 生化学变化。
2、水循环分类 按水循环的规模与过程可分为：
大循环：海洋-陆地间水分的交换
纵向交换：降水 蒸发
横向交换：通过河 流由陆地到海洋。
小循环：海洋-海洋；陆面-陆面间的水分交换。
陆面降水主要依赖于洋面上源源不断送来的水汽。即 大循环起主导作用。其次是内陆小循环起作用。
水在自然界中的循环，为人类带来了源源不绝的水资 源。也是地球上的生命得以延续的重要原因。
例；大气中的水量S为12900km3 ，地球上一年中的降水 量为57.7万km3 。。
水是良好的溶剂，水流具有携带物质的能力。自然界许 多物质（如泥沙、有机质、无机质等以水为载体，参与 各种物质循环。
水文循环有全球水文循环、流域或区域水文循环和水土-植物系统水文循环等三种不同尺度。
57.7 *104 45 次
12900
一年365天，所以平均
365 45
8
天完成一次循环。
由于太阳能在地球上分布不均匀,且时间上也有变化, 因此由太阳能驱动的水文循环导致地球上降水量和蒸发量 的时空分布不均匀,使地球上有湿润地区和干旱地区;有 多水季节和少水季节、多水年和少水年的区别。
0
0
0
多年平均情况下
SC 0, S0 0
P RE
C
C
P R E
0
0
合并两式得多年平均全球水量平衡方程
P P E E，或 P E
C
0
C
0
即全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等。
水循环的主要环节：蒸发、水汽输送、降水（凝结、 降落）、径流
二、产生水循环的内外因及分类 1、水循环产生的内外因 产生循环的外因：太阳辐射和地心引力。
产生循环的内因：水常温下的三态转化,并不发 生化学变化。
2、水循环分类 按水循环的规模与过程可分为：
大循环：海洋-陆地间水分的交换
纵向交换：降水 蒸发
横向交换：通过河 流由陆地到海洋。
小循环：海洋-海洋；陆面-陆面间的水分交换。
陆面降水主要依赖于洋面上源源不断送来的水汽。即 大循环起主导作用。其次是内陆小循环起作用。
水在自然界中的循环，为人类带来了源源不绝的水资 源。也是地球上的生命得以延续的重要原因。
例；大气中的水量S为12900km3 ，地球上一年中的降水 量为57.7万km3 。。
水是良好的溶剂，水流具有携带物质的能力。自然界许 多物质（如泥沙、有机质、无机质等以水为载体，参与 各种物质循环。
水文循环有全球水文循环、流域或区域水文循环和水土-植物系统水文循环等三种不同尺度。
水文学第2章 地球上的水循环及水量平衡
三、水循环国内研究进展 1 水循环要素研究进展 降水研究进展：①在暴雨时空分布统计特征研究方面出现一些有价值 的新成果，如“中国降水与暴雨季节变化”（王家祁等，1997）；② 关于致洪暴雨中期预报研究取得了新的进展并在实际应用中取得一定 成效（章淹等，1996）。 径流研究进展：在流域产流的理论和计算方法研究中，由于水向土壤 中入渗的研究取得了新成果（唐海行等，1995），推动了超渗产流机 制和模型的研究。在汇流方面的研究进展主要表现在两个方面：①将 水力学方法和水文学方法相结合的河道汇流研究取得显著进展（谭维 炎等，1996）；②数值地貌学的理论和方法被应用于流域汇流研究， 并取得一定成果。 蒸发研究进展：近年来关于作物蒸腾和土壤与潜水蒸发的研究取得了 较大进展，提出了一些植物蒸腾计算新公式（谢贤群等，1997）和土 壤蒸发计算新公式（罗毅等，1997）。
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：
2.陆地水量平衡方程式
陆地上水循环可区分为外流区水循环系统及内流区水循环系统，其水量平衡 方程存在两种形式：
(1)外流区任意时段的水量平衡方程为： P外-E外-R地表-R地下=△s外 对于多年平均而言Δs外→0，并以R=R地表 + R地下，则有 P0 = E0 + R0 式中；P外、E外、R地表、R地下、△S外分别为外流区任意时段内降水 量、蒸发量、入海的地表与地下径流量。P0、E0、R0、分别为外流 区多年平均降水量，蒸发量及径流量。 (2)内流区基本上呈闭合状态，没有水量入海。水量平衡方程为： P内 = E内
5
四、水循环的作用与效应
水循环作为地球上最基本的物质大循环和最 活跃的自然现象，具有重要的自然地理环境功能 和社会影响作用，是水文学重要的基础研究领域。 1 .水循环具有促进自然地理环境中物质和能量迁移转化的功
高考地理专题《水循环与水量平衡》知识点汇总
高考地理专题《水循环与水量平衡》知识点汇总1．从发生领域、环节等理解水循环的概念2．结合水量平衡原理理解水循环原理的应用（1）水量平衡原理地球上的水时时刻刻都在循环运动，从长期来看，全球水的总量没有什么变化。
但是，对一个地区来说，有的时候降水量多，有的时候降水量少。
某个地区在某一段时期内，水量收入和支出的差额等于该地区的储水变化量。
这就是水平衡原理。
原理：总收入＝总支出。
（2）水量平衡原理的公式流域水量平衡方程式外流区：降水量＝蒸发量＋外流径流量内流区：降水量＝蒸发量注：如果地面集水区和地下集水区相重合，称为闭合流域；流域根据其中的河流最终是否入海可分为内流区（内流流域）和外流区（外流流域）。
（3）利用水量平衡原理解释“沼泽、旱涝、缺水、断流、盐碱化”等成因如下图所示，图中①～①分别为降水、径流输入、蒸发、径流输出、下渗。
（4）利用水量平衡原理分析沼泽湿地的成因3．人类对水循环的利用和影响（1）正向利用①修建水库，改变地表径流的季节分配，减少洪水期径流量，增加枯水期径流量（削峰补枯）；同时由于水面面积的扩大和下渗增大使地下水位提高，可加大蒸发量和降水量。
①跨流域调水，改变地表径流的空间分布，也可以使蒸发量增加，大气中水汽增多，从而增加降水量。
①植树造林、保护湿地资源，起到涵养水源的作用，使下渗增多，减少地表径流。
①城市铺设渗水砖，可减小地表径流，增加下渗，增大地下径流量。
①实施人工增雨，加大降水量。
（2）负面影响①滥伐森林，破坏地表植被，平时会减少蒸腾，空气中水汽减少，使降水量减少；降雨时下渗减少，大量地表径流产生汇聚，容易发生洪涝灾害。
①围湖造田则减少了湖泊自然蓄水量，削弱了其防洪抗旱能力，也减弱了湖泊水体对周围地区气候的调节作用。
①城市路面硬化，增加地表径流，减少下渗，减小地下径流，地面蒸发量减少，易造成城市内涝。
①河流上游地区过度引水灌溉，会导致下游水量减少，甚至出现断流；对地下水的过量开采和使用，会造成地下水位下降，会使有泉水出露的地方出现断流，绿洲地区出现生态恶化和土地荒漠化。
第三章 流域水循环与水量平衡
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5
水循环的类型与层次结构
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6
• 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
1) 海洋的蒸发量多于降水量； 2) 大陆的降水量多于蒸发量； 3) 大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡； 4) 大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。
• 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
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4
水循环机理
• 水循环的基本动力
o 太阳辐射与重力作用
o 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
o 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
水循环与水量平衡
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水循环
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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。
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水循环机理
• 水循环服从质量守恒定律
o 循环过程保持连续性，既无开始，也无结束 o 水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程
纬度
51°
1月平均气温 4°C
巴黎 49° 3°C
哈尔滨 45° -22°C
大连 38° -5°C
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水量平衡
• 定义
o 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。
水量平衡法
WUHEE
大循环：海陆之间的水分交换过程，又称为外循环。 小循环：海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水 的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降落 到陆地上，又称为内循环。前者称为海洋小循环，后 者称为陆地小循环。 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一 。正是由于自然界的水文循环，才形成永无终止千变 万化的水文现象。 水文循环也是水资源具有再生性的原因。
WUHEE
WUHEE
二、地球上的水量平衡
水量平衡原理：在水文循环过程中，对任一区域 、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水 量的变化量。 水量平衡方程：
I O S
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量
△S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
WUHEE
若以地球的整个大陆作为研究范围，其水量平衡方程为：
WUHEE
（2）翻斗式
分辨率：0.1mm 降雨强度适用 范围： 4.0mm/min以内 （3）称重式 记录降水时全部降 水的重量。优点在于能 够记录雪、冰雹及雨雪 混合降水。
WUHEE
（二）雷达探测
气象雷达是利用云、雨、雪等对无 线电波的反射现象来发现目标的。 有效范围：40～200km。
（三）气象卫星云图
（一）土壤水分存在形式： 1. 吸湿水 2. 薄膜水 3. 毛管水
（1）支持毛管水（毛管上升水）
（2）毛管悬着水
4.重力水
WUHEE
（二）土壤含水量和水分常数
1. 土壤含水量（率） 一定量的土壤中所含水分的数量（mm）。 土壤重量含水率、土壤容积含水率 2. 土壤水分常数
（1）最大吸湿量 （2）最大分子持水量 （3）凋萎含水量（凋萎系数） （4）毛管断裂含水量 （5）田间持水量 （6）饱和含水量
大循环：海陆之间的水分交换过程，又称为外循环。 小循环：海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水 的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降落 到陆地上，又称为内循环。前者称为海洋小循环，后 者称为陆地小循环。 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一 。正是由于自然界的水文循环，才形成永无终止千变 万化的水文现象。 水文循环也是水资源具有再生性的原因。
WUHEE
WUHEE
二、地球上的水量平衡
水量平衡原理：在水文循环过程中，对任一区域 、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水 量的变化量。 水量平衡方程：
I O S
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量
△S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
WUHEE
若以地球的整个大陆作为研究范围，其水量平衡方程为：
WUHEE
（2）翻斗式
分辨率：0.1mm 降雨强度适用 范围： 4.0mm/min以内 （3）称重式 记录降水时全部降 水的重量。优点在于能 够记录雪、冰雹及雨雪 混合降水。
WUHEE
（二）雷达探测
气象雷达是利用云、雨、雪等对无 线电波的反射现象来发现目标的。 有效范围：40～200km。
（三）气象卫星云图
（一）土壤水分存在形式： 1. 吸湿水 2. 薄膜水 3. 毛管水
（1）支持毛管水（毛管上升水）
（2）毛管悬着水
4.重力水
WUHEE
（二）土壤含水量和水分常数
1. 土壤含水量（率） 一定量的土壤中所含水分的数量（mm）。 土壤重量含水率、土壤容积含水率 2. 土壤水分常数
（1）最大吸湿量 （2）最大分子持水量 （3）凋萎含水量（凋萎系数） （4）毛管断裂含水量 （5）田间持水量 （6）饱和含水量
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第三节 水量的平衡
2 全球水量的平衡
时 大陆
段： Pl =El+R ±? W
多年平均： Pl =El+R
时 海洋
段： Ps =Es-R ±? W
多年平均： P s=Es-R
全球多年平均： P=E=1130mm
第三节 水量的平衡
3 流域水量平衡
E
P
q
Rs
Rg
非闭合流域：
In: P+q i Out: q+E+R s +Rg +qo (P+q i )－(q+E+R s +Rg +qo )=△W
产生水文循环的原因
内因是根据，外因是条件，内因通过外因起作用
第一节 水文循环ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 水文循环的分类 （1）依据水文循环的整体性与局部性
水分由海洋输送到 大陆，又回到海洋 的循环称为大循 环。
水分由海洋输送到 海洋，又回到 海洋， 叫海洋小 循环。
水分由陆地输送到 陆地，又回到 陆地， 叫内陆小 循环。
水的奇异的物理性质 (Remarkable physical properties of water)
1) 水是仅次于空气的最活跃的物质之一； 2) 水有三态变化，是自然界水文循环的基础； 3) 同其他氢化物相比，水有特别高的溶点和沸点； 4) 水有特别大的比热和蒸发潜热； 5) 水有反常的密度变化（4?C时密度最大）； 6) 水有较大的表面张力； 7) 水是各种盐类很好的溶剂； 8) 水具有几乎不可压缩性。
第一节 水文循环
5 我国的水文循环路径
我国水文循环系统主要有： 太平洋水文循环 印度洋水文循环 大西洋水文循环 北冰洋水文循环 鄂霍次克海水文循环
第二节 地球上的水
主讲内容： ? 地球上水的分布 ? 地球上水的更新
第二节 地球上的水
1 地球上水的分布
地球系统中水的储量(Earth's Water)—— 13.86 亿km3 ?地面水(surface water)——136225.4万km3 ?地下水(groundwater)——2371.65万km3 ?大气水(atmospheric water)——1.29万km3 ?生物水(biological water)——0.112万km3
?海洋水占全球水量的96.54%；地球上的淡水仅占总量的 2.53% ?与人类生存和发展关系最为密切的河流、湖泊、沼泽储 存的水量只占到全部水量的0.014% ?大气总水量占0.001%，这部分水量所占比例很小，但是 循环更新快，是地球上可更新淡水资源的主要来源。
第二节 地球上的水
第二节 地球上的水
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
大尺度水文循环——全球水文循环 空间尺度最大，最完整的水文循环
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
中尺度水文循环——流域或区域水文循环 流域降雨径流形成过程，开放式循环系统
第一节 水文循环
（2）依据水文循环的研究尺度
小尺度水文循环——水-土-植物循环系统 空间尺度最小，开放式循环系统
第一节 水文循环
主讲内容： ?水文循环现象 ?水文循环的分类 ?水文循环的作用与意义 ?水文循环的影响因素 ?我国的水文循环路径
第一节 水文循环
1 水文循环现象
水文循环：水圈中的各种水体在太阳辐射和地心引力作用下通过不 断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循 环过程。
第一节 水文循环
qo 流域与周围区域 qi 的地下水交换
闭合流域：qi =qo =0 若q=0 ，则
In: P
Out: E+R s +Rg P－(E+R s + Rg)=△W 令R= R s + Rg, 则P-(E+R)= △W 多年平均：P=R+E
第三节 水量的平衡
第四节 研究水量平衡的意义
?可以定量揭示水文循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间的相互联 系、相互制约关系；揭示水文循环过程对人类社会的影响，以及人类对水文 循环的消极影响和积极控制的效果。 ?是研究水文循环系统内在结构和运行机制，分析系统内各环节之间的内在 联系，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法；人们认识各种水体的基本 特征、空间分布、时间变化以及发展趋势的重要手段；对水文测验战网的布 局、观测资料进行判断，并改进。 ?是水资源研究工作的基础，是水资源现状评价与供需预测研究工作的核心。 ?为工程规划提供基本参数，而且可以评价水利工程建设后可能产生的实际 效益。 ?水资源工程正式投入运行后，成为恰当地协调各部门用水要求，进行合理 调度，科学管理，充分发挥用水效益的重要手段。
2 地球中水的更新 水体通过水循环得到更新，更新所需时间：
t ? 水体的储量 ? S
r
流量
q
例：大气中的水量 S为12900 km3
地球上一年中的降水量为 57.7万km3 问：循环周期是多少天？
第二节 地球上的水
?全球水量更新一次大约需要 2400年 13.86 亿km3/(57.7万km3/year)=2400years ?生物水更新最快，其次是大气水和河流水
第三节 水量的平衡
主讲内容： ? 水量平衡原理 ? 全球水量的平衡 ? 流域水量平衡
第三节 水量的平衡
1 水量平衡原理
水量平衡是水文循环遵循物质不灭定律的具体表现，水 量平衡方程式实际就是水量收支平衡关系式，具体表达 式为：
要正确理解水量平衡方程必须掌握两个关键点: （1）计算时段（针对一定长度的时间段） （2）研究区域 (针对某一空间尺度)
第一节 水文循环
3 水文循环的作用与意义
地球上总水量 13.86亿Km3，参与循环的约 57.7万 Km3，占0.0416% 。 ?形成一切水文现象、直接影响气候变化； ?改变地表形态，形成各种地貌，塑造地球表面； ?众多物质循环中最重要、最活跃的物质循环， 是水资源和水能资源可再生的根本原因，使地球 上生命生生不息，能千秋万代延续下去 合理开发利用水资源，抗御洪旱灾难，改造自然， 利用自然
第一节 水文循环
4 水文循环的影响因素
各影响因素主要是通过蒸发，水汽输送，降水和径流四个 环节影响水分循环的。 (一)气象因素： ? 是影响水分循环的主导因素，起着主导作用。因为在水分 循环的四个环节中，有三个环节蒸发，输送，凝结降水取 决于气象过程，亦地面辐射，大气环流和热量平衡。 (二)下垫面因素（自然地理条件、地理位置）： ? 通过对水分循环的蒸发和径流两个环节而影响水分循。主 要有水面的大小、地下水位的高低、植被、地表坡度、岩 石透水性。 ? 下垫面因素对水分循环的影响比较复杂，在人类生产活动 过程中，有时需要加快某环节的速度，有时需要延缓某环 节，按人类的需要去影响水分循环。 (三)人类活动对水分循环的影响 ? 人类活动是通过改变下垫面因素进而影响蒸发，径流，降 水三个环节而影响水分循环的。表现：调节径流(使径流 均匀)、加大蒸发、增加降水。