第二讲_水循环与水量平衡

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第一讲 水文水资源基础
水循环示意图
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第一讲 水文水资源基础
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 水物理三态 气、液、固)之间的相互 之间的相互 转化
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第一讲 水文水资源基础
自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为： 自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为： 大循环/ 大循环/小循环
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第一讲 水文水资源基础
• 若以海洋为研究水量平衡对象，某时段△t内的水 若以海洋为研究水量平衡对象，某时段△ 内的水 量平衡方程可写成： 量平衡方程可写成：
△Ws = Ps＋R － Es ＋
式中: 式中 Es ： 海洋在时段内的蒸发量； 海洋在时段内的蒸发量； Ps ： 海洋在时段内的降水量； 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； 时段内由陆地流入海洋的径流量；
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第一讲 水文水资源基础
1.2 水量平衡：
指地球任一区域(可以是某个流域、湖泊、 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) 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、 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 数十年或更长的时间) 的水量之差等于该区域内的蓄水变量( 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)。 指时段始末区域内蓄水量之差)
因此， 用以反映流域气候地理特性。 因此，α0、β0 用以反映流域气候地理特性。 半干旱地区： 干旱地区: 如湿润地区： 如湿润地区：α0>0.5; 半干旱地区：α0<0.3; 干旱地区 α0<0.1
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海 洋 上 空
气流输运 降 海 洋 蒸 发 水
大 陆 上 空
蒸 发 返 回 大 气
大循环： 大循环： 小循ห้องสมุดไป่ตู้： 小循环：
地面径流
降 水
汇入 河川 洋
地下径流
陆 面 地 下
海
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第一讲 水文水资源基础
水文循环的意义： 水文循环的意义：
直接影响气候变化： ① 直接影响气候变化： 改变地表形态： ② 改变地表形态： 造成再生资源： ③ 造成再生资源： 负面影响：干旱， ④ 负面影响：干旱，洪涝灾害
Ec + Es = P + P c s
E=P
E = Ec + Es
P = P +P c s
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第一讲 水文水资源基础
（2）河流流域的水量平衡
河流流域的定义： 河流流域的定义： 河流某断面以上， 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） 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。 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。 由分水线包围的集水区域。
闭合流域水量平衡方程为： 闭合流域水量平衡方程为：
P = E + R + △W
闭合流域的多年平均水量平衡方程式为： 闭合流域的多年平均水量平衡方程式为：
1 n 1 n 1 n 1 n ∑P = n ∑E + n ∑R+ n ∑∆W n 1 1 1 1
其中， 其中，
1 n ∑∆W ≈ 0 n 1
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第一讲 水文水资源基础
水量平衡是水文循环的定量描述， 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。 定律在水文循环中的特定表现形式。
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第一讲 水文水资源基础
水量平衡方程： 水量平衡方程： I － O = △W
式中: 式中: I — 给定时段内输入研究区域的总水量； 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； 给定时段内输出研究区域的总水量；
1.1 水文循环： （1）地球上水的存在形式： 地球上水的存在形式：
汽态、液态、 汽态、液态、固态
（2）存在位置： 存在位置：
空气中、地表、地下、 空气中、地表、地下、生物体内
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第一讲 水文水资源基础
水文循环的概念：
地球表面的广大水体， 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， 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， 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， 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。 或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水 往返循环、 分这种往返循环 不断转移交替的现象称为水文 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。 循环或水循环。
△W — 时段内研究区域蓄水量的变化量。 时段内研究区域蓄水量的变化量。
上式中各变量的单位： 上式中各变量的单位：km3 或 mm
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第一讲 水文水资源基础
（1）地球上的水量平衡
• 若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△t内 若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△ 内 的水量平衡方程可写成： 的水量平衡方程可写成：
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第一讲 水文水资源基础
P
E
q
△W
RGO RGI
RSO
地面分水线 地下分水线
不闭合流域的水量平衡示意图
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第一讲 水文水资源基础
对于不闭合流域，其水量平衡方程为： 对于不闭合流域，其水量平衡方程为： 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； 式中 流域给定时段的降雨量； 净蒸发量； RGI ： 给定时段内从地下水流入的水量； 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； 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； 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； 水量；
第一讲 水文水资源基础
一、水文循环及水量平衡
水文学：
研究地球上江河、湖泊、冰川、 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 和海洋等各种水体的存在数量、 规律的科学。 规律的科学。 与气象学、地理学、生态环境学等关系 与气象学、地理学、 密切。 密切。
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第一讲 水文水资源基础
△Ws ： 海洋在该时段内蓄水量的变化量。 海洋在该时段内蓄水量的变化量。
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第一讲 水文水资源基础
在多年平均的情况下， △Wc→0， △Ws →0，则 在多年平均的情况下，
Ec = P − R c
Es = P + R s
上二式相加得： 上二式相加得： 或： 式中： 式中：
— 陆地水量平衡方程 — 海洋水量平衡方程
将式 P = E + R两边除以 P ，则该式变成
R E + =1 P P
R 多年平均径流系数 径流系数， ～ 多年平均 径流系数 ， 其反映流域降雨量 令 α0 = P 转换成径流量的比例系数。 转换成径流量的比例系数。
转换成径流量的比例系数。
E β0 = P
多年平均蒸发系数 蒸发系数, ～ 多年平均 蒸发系数 , 其反映流域降雨量 转换成蒸发量的比例系数。 转换成蒸发量的比例系数。
三个层次： 掌握：理解准确、透彻的基础上， 掌握：理解准确、透彻的基础上，能 理解准确 熟练自如地运用并分析解决实 际问题； 际问题； 熟悉：能说明其要点， 熟悉：能说明其要点，并解决实际问 能说明其要点 题； 了解：概略知道其原理及应用范畴。 了解：概略知道其原理及应用范畴。 概略知道其原理及应用范畴
△Wc = Pc－ R － Ec －
式中: 式中 Ec： 在时段内陆地的蒸发量； ： 在时段内陆地的蒸发量； Pc： 在时段内陆地的降水量； ： 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； 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。 在时段内陆地蓄水量的变化量。
△W ： 时段初及时段末流域蓄水量的变化量。 时段初及时段末流域蓄水量的变化量。
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第一讲 水文水资源基础
P
E
q
△W
RGO RGI
RSO
地面分水线 地下分水线
不闭合流域的水量平衡示意图
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第一讲 水文水资源基础
对于闭合流域: 对于闭合流域:
在方程 P + RGI = E + RSO + RGO + q +△W 中RGI=0， 较小， 如果q 较小，则可取q=0，合并RSO+RGO=R
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第一讲 水文水资源基础
非闭合流域/闭合流域： 非闭合流域/闭合流域： ★ 非闭合流域： 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， 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。 域为非闭合流域。
★ 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， 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。 流域为闭合流域。
对于多年平均的情况，闭合流域的水量平衡方程式为： 对于多年平均的情况，闭合流域的水量平衡方程式为：
P = E+ R
式中: 式中: 流域内多年平均降水量； P ：流域内多年平均降水量； 流域内多年平均径流量； R ：流域内多年平均径流量； 流域内多年平均蒸发量。 E ：流域内多年平均蒸发量。
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第一讲 水文水资源基础