水文循环与水均衡

30 25 20 15 10
相对湿度
气温
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (月)
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 水循环积极进行时期。
降水在空间分布上的不均匀性
东南沿海地区年均降水足均在1500mm以上，最 大大可达2000~3000 mm； 长江流域约1200mm；
华北地区一般征600~800mm；
而新疆塔里木盆地降水量仅在50mm； 有的地方几乎终年无雨。
我国降雨量分布
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
1.4.3 水资源在时间上分配相当不均匀
降雨量 相对湿度
(mm) (％)
气温
(℃)
300 250 200 150 100 50
90 75 60 45 30 15
或沙漠的水流。包括地面径流和地下径流。
5）下渗(Seepage flow)： 水从地表渗入地下及在地下流动的现象。包括入渗和渗 透两种现象。
水均衡要素、水循环过程、水文现象
水汽输送 云 云
蒸发 植物蒸腾 降水
降水
蒸发
降水
蒸发
湖
地下径流
下渗 地表径流
海洋
重要概念
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。
“天然—人工”水循环示意图
1.3
水量平衡
Water balance
1.3.1 通用水量平衡方程
（1）水文学（水文地质学）研究的基本原理 物质不灭（质量）、能量守恒定律 （2）通用水量平衡方程：区域—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
水量平衡在水循环和水资源转化过程中是一个至关重要 的基本规律 。就某个地区在某一段时期内的水量平衡来说， 水量收入和支出差额等于该地区的储水量的变化量。 一般流域水量平衡方程式可表达为 ：
水文循环示意图
水汽输送
降水
水汽输送
降水
蒸发
渗入
径流
蒸发
水文循环尺度——全球、流域（区域）、水-土-生
思考：水文循环发生的动力条件是什么？
内因（水的物理特性）
外因（太阳辐射和地心引力）
水 循 环

海陆间水循环
这种海陆间的水循环又称大循环，是指海洋水与陆地水 之间通过一系列的过程所进行的相互转化。 它是陆面补水的主要形式。
循环路径不同：
大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆）
时空尺度不同：
全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文 循环
1.2
水文循环
Hydrologic-cycle
（3）水文循环的运动规律 1）水循环服从于质量守恒定律和能量守恒定律。
2）太阳辐射与重力作用，是水循环的基本动力。 3）水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈 及生物圈。 4）全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开 放系统。 5）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。
水循环分为：地质循环，水文循环 本章重点讨论水文循环
自然界的水循环
地质循环与水文循环关系示意图
（据阿勃拉莫夫）
1.2
（1）定义
水文循环
Hydrologic-cycle
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。 （2）水文循环的划分
全球多年平均水量平衡公式为：
P0 = E0
1.3.2 我国水量平衡
河流
流域面积 降水量 径流量 蒸发量 （%） （mm） （mm） （mm）
56.72 6.51 0.53 63.76 36.24 100 918 739 357 896 164 629 391 518.6 215.9 403.4 33.8 269.5 527 220.4 141.1 492.6 130.2 359.5
2
（5）径流系数：某一时段内的径流深度与同一时段内降雨量的比值， 无量纲。
（6）降雨量/雨强：某个地区单位时间内降雨量的多少，单位：mm
1.1
水循环
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 自然界的水循环── 各部位水的联系与转化 关系
水文学的研究对象
(3) 运动形式 1） 蒸发(Evaporation)：
水循环包括五个过程：蒸发、水汽输送、降水、下渗、径流。
水分子从水面、冰雪面或其它含水物质表面以水汽形式
逸出的现象。包括截留蒸发、地面蒸发、叶面散发、水蒸 发等。
2）水汽输送（transfer of water vapor）
大气中水分因扩散而由一地向另一地运移，或由低空输 送到高空的过程。水汽输送过程中要影响沿途的气温、气
中国 缺水 地区 分布 情况
Aridity
水资源与水文循环的关系（作业）
地球表层可供人类利用的水称为水资源。包括水量、水质、 水能资源和水域。 水文循环供给陆地源源不断的降水、径流，某一区域多年 平均的年降水量或年径流量，即该地区的水资源量，因此 水文循环的变化将引起水资源的变化 。 水体更替周期：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T表示： T（日、年等）= 水体总贮水量/水体年平均参与水循环的活动量 各级水文部门根据水文、水质观测资料通过水文学分析计 算进行水资源评价（包括水环境质量）工作。
2,902
2,838
2,830
2,132
1,913
1,897
1283
世 界 前 10 名 水 资 源 占 有 国 家
Iceland Guyana Suriname Congo P. N. Guinea Gabon Solomon Is. Canada New Zealand Norway World Ave. China
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 濒世界最大水体太平洋。
1.4.2 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。
外 太平洋 流 印度洋Baidu Nhomakorabea河 北冰洋 域 总计 内流河域 全国合计
中国水系
北冰洋流域
内流区域
太平洋流域
印度洋流域
Company Logo
1.3.3
分区
外流区
全球水量平衡
水量平衡要素 年水量（km3）
降水量 径流量 蒸发量 降水量 蒸发量 降水量 径流量 蒸发量 降水量 蒸发量 110000 47000 63000 9000 9000 458000 47000 505000 577000 577000

内陆水循环
是指陆面水分的一部分或者全部通过陆面、水面蒸发和植 物蒸腾形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陆地上，从 而完成的水循环过程。

海上内循环
海上内循环，就是海面上的水份蒸发成水汽，进入大气后 在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面的过程。
水循环周期
大气中总含水量约1.29×105亿m3，而全球年降水总量约 5.77×106亿m3，由此可推算出大气中的水汽平均每年转化成降 水44次，也就是大气中的水汽，平均每8天多循环更新一次。 全球河流总储水量约2.12×104亿m3，而河流年径流量为 4.7×105亿m3，全球的河水每年转化为径流22次，亦即河水平 均每16天多更新一次。
1.4
水文循环的作用
水文循环的作用：
通过循环—水的质量得以净化、水的数量得以再生
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──也是可持续发展保证
1.5 影响水文循环的因素—自学
气象因素
自然地理条件 人类活动等 结果：有利于蒸发，不利于径流，促进内陆水文循环
1.4.1 中国的水循环概况
第一章 地球上的水及其循环
本章内容
1.1 水循环
1.2 水文循环
1.3 水量平衡
1.4 水文循环的作用 1.5 影响水文循环的因素
水文学的研究领域
水文学定义
研究水存在于地球上的大气层中和地球表面以及地壳内
的各种现象的发生和发展规律及其内在联系的学科。包括 水体的形成、循环和分布，水体的化学成分，生物、物理 性质以及它们对环境的效应等。 研究领域(分类) 水文学主要研究陆地表面的河流、湖泊、沼泽、冰川 等，以后逐渐扩展到地下水、土壤水、大气水和海洋水。
年水深（mm）
924 395 529 300 300 1270 130 1400 1130 1130
内流河域
世界海洋
全球
全球水资源
96.53 % 0.94%
1.74% 0.76%
永冻土底冰 湖泊淡水 土壤水
2.53%
0.03%
海洋水 湖泊咸水和地下咸水 淡水 冰川 地下淡水 其他淡水
大气水 沼泽水 河水 生物水
人类社会的水循环
“人类社会的水循环”是指人类在经济社会活动中不断 地取水、用水和排水而产生的人为水循环过程。它是依附于自 然水循环的一个组成部分，或者是一个环节、分支（如同降水、 蒸发、下渗等环节），而不是一个独立的水循环过程。
水的自然循环和社会循环是交织在一起的，水的社会循环 依赖于自然循环而存在，同时又严重干扰自然界的水循环。从 “天人合一”和“人与自然协调发展”的角度，应当将水循环 研究纳入到“天然-人工”这个更为完整的水循环体系中。
P - E - R = △S
式中：
P为流域降水量，
E为流域蒸发量， R为流域径流量，
△S为流域储水量的变化量。从多年平均来说，流域储水变量 △S的值趋于零。
流域多年平均水量平衡方程式为： P0 = E0 + R0 式中P0、E0、R0分别代表多年平均降水量、蒸发量、径流量。 海洋的蒸发量大于降水量，多年平均水量平衡方程式可写为： P0 = E0 - R0
水文学的研究对象
水文现象 指地球上的水受外部作用而产生永无休止的运动形式。 (1) 水的相关基本概念 1) 水体：水的聚积体。 2) 水圈：地球上的水以液态、固态和气态的形式分布于海
洋、陆地、大气和生物机体中，这些水体构成了地球的
水圈。 (2) 外部作用
主要指太阳辐射、地心引力，还有其它周围星球的作用力.
m3 / s （1）流量Q: 单位时间内通过河流某一断面的水量。单位：
3 （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：m
（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：mm （4）径流模数M：单位流域面积上平均产生的流量。单位：l / s km
314,963
各 地 区 人 均 水 资 源 量
Per Capita Water Resource (m3/person)
200,000 400,000 600,000 800,000 0
159,171 126,789 93,405 92,810 85,221 84787 6,859 2,186 599,944 289,848 259,547
Natural Renewable Water Resource (km3)
10,000 2,000 4,000 6,000 8,000
0
Brazil Russia USA Canada Indonesia China Colombia Peru India Congo
3,051 4,507
8,233
压等其它气象因子发生改变，所以水汽输送是水循环过程
的重要环节，是影响当地天气过程和气候的重要原因。
水文学的研究对象
3）降水(Precipitation)： 如雨、雪、露、霜、雹、霰等。 4）径流(Runoff)： 陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层
大气中水汽凝结后以液态水或固态水降落到地面的现象。