大学课件-水文地质基础(全套)
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– 深部层圈水：地壳下部到下地幔中的水。
第1节 地球上的水-浅部层圈水
第1节 地球上的水-深部层圈水
• 地壳下部深约15~35KM处，地温达400℃以 上，压力也很大，为压密的气水溶液。
• 不以普通液态水或气态水形式存在，而是呈 离解状态的水，其与地壳矿物内部的结合水 均是非自由态存在的水。
• 地球深层圈水和矿物结合水与地球浅层圈自 由水是相互联系、转化的整体。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 气温
– 气温随时间的变化是指一个地区气温的昼夜变 化、季节变化和多年变化。
– 气温随空间的变化包括水平方向和垂直方向的 变化：
• 高度相同的地区，气温变化主要爱纬度的控制，一 般自赤道向两极由高到低。以同一时期各地区气温 平均值绘制等温线图来表示气温水平变化。
第一章 地球上的水及其循环
• 地球上的水 • 自然界的水循环 • 与水文循环有关的水文、气象
要素
第1节 地球上的水
• 地球上水的存在：
不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈 中，也存在于地球深部的地幔乃至地核中。
• 浅部层圈水与深部层圈水：
– 浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部的水。 包括大气水、地表水、地下水及生物体中水。
• 水质：浑浊水与清水比较，受相同热能情况下，浑 浊水的温度比清水温度高，因而清水蒸发快；
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
水中若含有盐分，因盐分子有吸水力，使水面蒸发 减少，因而在相同环境条件下，海水蒸发比淡水要 小。
– 土壤蒸发 指土壤表面由湿变干的过程。
有下列影响因素：
• 土壤含水量：是主要因素。含水量高，蒸发强度大， 且稳定。
• 广义的水圈包括地球各层圈中以各种不同状 态存在且相互转化的所有水。
第2节 自然界的水循环
• 自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构 成一个系统。这一系统内的水相互联系、 相互转化的过程即是自然界的水循环。
• 自然界的水循环按其循环途径长短、循环 速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为 水文循环和地质循环两类。
转化过程。
– 上地幔软流圈对流运动时的水分循环
– 在成岩、变质和风化作用过程中水分子的分解 与合成转换及分子态水进入矿物或从矿物中脱 出形成再生水的转换
第3节 与水文循环有关的气象、水 文因素
• 主要气象要素
包括：降水、蒸发、湿度、气温和气压
• 水文要素 包括：流量 、Biblioteka Baidu流总量 、径流模数 、径 流深度 和径流系数
水面蒸发—江、河、湖、海、湖泊、水库 等地表水体。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
– 水面蒸发：受下列因素影响：
• 饱和差：即水面温度条件下的饱和水汽压和实际水 汽压之差。差值越大，蒸发越强烈。一般，两者呈 线性关系。
• 风速：风速大，扩散强，因而蒸发愈强。
• 温度：体现在汽化的强弱上。包括水温和气温。两 者同时在饱和差中得到反映。
中所容纳的水汽含量是有一定限度的，水
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
汽含量超过这个极限，水汽就凝结成水滴。水 汽含量恰好达到这个限度，则称这时的空气是 饱和空气。饱和空气的水汽压称为饱和水汽压。
e＜E 未饱和 出现蒸发 e = E 饱 和 水和水汽动态平衡 e＞E 过饱和 凝结降水
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
第2节 自然界的水循环-水文循环
第2节 自然界的水循环-水文循环
• 地下水资源具有以下特点：
– 可恢复性。 – 系统性：和地表水资源密切联系和相互转化 – 在时间和空间分布上的不均匀性 – 有较大的储量和较大的调蓄能力 – 复杂性
第2节 自然界的水循环-地质循环
• 地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互
– 饱和差（d）：同一温度下E和e的差。
• 空气湿度
指空气的潮湿程度—空气中含水汽的程度
– 绝对湿度（m）：某地区某时刻每1立方米空气 中实际所含水汽重量的克数（g/m3）。
m = 289e/T
T为绝对温标
或 m = 217e/T
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
– 饱和湿度（M）：某温度下1立方米空气中可容 纳的最大水汽重量（ g/m3 ）。 M随t增高而增大。
– 相对湿度（r）：同温度下空气中实际所含水汽 量与饱和时水汽两的比值。 r = （m/M）×100℅ r ＜100 ℅ 未饱和 出现蒸发 r = 100 ℅ 饱和
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
r ＞100 ℅ 过饱和 凝结降水 – 露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
• 蒸发
指在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。 包括：陆面蒸发—土壤蒸发和植物蒸腾
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 垂直方向的变化，是指同一地点不同高度上 的气温的变化。在对流层内，气温随高度增 加而递减，一般每升高100m，气温约降低 0.50C。
• 气压：大气的质量施加在地表或地表物体上的
压力称为大气压力。
– 水气压(e)：大气中水汽所具有的压力。 – 饱和水气压(E)：在一定温度下，一定体积空气
第2节 自然界的水循环
• 水文循环(hydrologic cycle)：
是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地 下水之间的水循环。水文循环的速度较快，途径 较短，转换交替比较迅速。
• 小循环与大循环：
海洋与大陆之间的水分交换为大循环。海洋或大 陆内部的水分交换称为小循环。
第2节 自然界的水循环-水文循环
– 水汽压e、饱和水汽压E与温度t有关：
• e与t没有定量关系，但t增高，e增大 • E与t呈指数关系：
E0为气温0℃时的饱和水汽压 a、b为常数：对水面a=7.45 b=235
对冰面 a=9.5 b=265.5 E随t的增高而增大，对降水和凝结有极为重要意义。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 地下水埋深：埋深愈浅，蒸发量愈大。若地下水面 接近地面，其蒸发量接近光滑水面的蒸发量。 潜水蒸发量为零时的最小地下水埋深，称为极限 埋深。
• 土壤结构：影响孔隙的数量、体积、和连通性。 土壤颗粒越小，毛细上升高度越大，蒸发越强。
• 土壤色泽：影响对太阳热能的吸收，从而土壤内的 温度和水分蒸发。即土壤颜色越深，越易蒸发。
第1节 地球上的水-浅部层圈水
第1节 地球上的水-深部层圈水
• 地壳下部深约15~35KM处，地温达400℃以 上，压力也很大，为压密的气水溶液。
• 不以普通液态水或气态水形式存在，而是呈 离解状态的水，其与地壳矿物内部的结合水 均是非自由态存在的水。
• 地球深层圈水和矿物结合水与地球浅层圈自 由水是相互联系、转化的整体。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 气温
– 气温随时间的变化是指一个地区气温的昼夜变 化、季节变化和多年变化。
– 气温随空间的变化包括水平方向和垂直方向的 变化：
• 高度相同的地区，气温变化主要爱纬度的控制，一 般自赤道向两极由高到低。以同一时期各地区气温 平均值绘制等温线图来表示气温水平变化。
第一章 地球上的水及其循环
• 地球上的水 • 自然界的水循环 • 与水文循环有关的水文、气象
要素
第1节 地球上的水
• 地球上水的存在：
不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈 中，也存在于地球深部的地幔乃至地核中。
• 浅部层圈水与深部层圈水：
– 浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部的水。 包括大气水、地表水、地下水及生物体中水。
• 水质：浑浊水与清水比较，受相同热能情况下，浑 浊水的温度比清水温度高，因而清水蒸发快；
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
水中若含有盐分，因盐分子有吸水力，使水面蒸发 减少，因而在相同环境条件下，海水蒸发比淡水要 小。
– 土壤蒸发 指土壤表面由湿变干的过程。
有下列影响因素：
• 土壤含水量：是主要因素。含水量高，蒸发强度大， 且稳定。
• 广义的水圈包括地球各层圈中以各种不同状 态存在且相互转化的所有水。
第2节 自然界的水循环
• 自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构 成一个系统。这一系统内的水相互联系、 相互转化的过程即是自然界的水循环。
• 自然界的水循环按其循环途径长短、循环 速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为 水文循环和地质循环两类。
转化过程。
– 上地幔软流圈对流运动时的水分循环
– 在成岩、变质和风化作用过程中水分子的分解 与合成转换及分子态水进入矿物或从矿物中脱 出形成再生水的转换
第3节 与水文循环有关的气象、水 文因素
• 主要气象要素
包括：降水、蒸发、湿度、气温和气压
• 水文要素 包括：流量 、Biblioteka Baidu流总量 、径流模数 、径 流深度 和径流系数
水面蒸发—江、河、湖、海、湖泊、水库 等地表水体。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
– 水面蒸发：受下列因素影响：
• 饱和差：即水面温度条件下的饱和水汽压和实际水 汽压之差。差值越大，蒸发越强烈。一般，两者呈 线性关系。
• 风速：风速大，扩散强，因而蒸发愈强。
• 温度：体现在汽化的强弱上。包括水温和气温。两 者同时在饱和差中得到反映。
中所容纳的水汽含量是有一定限度的，水
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
汽含量超过这个极限，水汽就凝结成水滴。水 汽含量恰好达到这个限度，则称这时的空气是 饱和空气。饱和空气的水汽压称为饱和水汽压。
e＜E 未饱和 出现蒸发 e = E 饱 和 水和水汽动态平衡 e＞E 过饱和 凝结降水
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
第2节 自然界的水循环-水文循环
第2节 自然界的水循环-水文循环
• 地下水资源具有以下特点：
– 可恢复性。 – 系统性：和地表水资源密切联系和相互转化 – 在时间和空间分布上的不均匀性 – 有较大的储量和较大的调蓄能力 – 复杂性
第2节 自然界的水循环-地质循环
• 地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互
– 饱和差（d）：同一温度下E和e的差。
• 空气湿度
指空气的潮湿程度—空气中含水汽的程度
– 绝对湿度（m）：某地区某时刻每1立方米空气 中实际所含水汽重量的克数（g/m3）。
m = 289e/T
T为绝对温标
或 m = 217e/T
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
– 饱和湿度（M）：某温度下1立方米空气中可容 纳的最大水汽重量（ g/m3 ）。 M随t增高而增大。
– 相对湿度（r）：同温度下空气中实际所含水汽 量与饱和时水汽两的比值。 r = （m/M）×100℅ r ＜100 ℅ 未饱和 出现蒸发 r = 100 ℅ 饱和
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
r ＞100 ℅ 过饱和 凝结降水 – 露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
• 蒸发
指在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。 包括：陆面蒸发—土壤蒸发和植物蒸腾
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 垂直方向的变化，是指同一地点不同高度上 的气温的变化。在对流层内，气温随高度增 加而递减，一般每升高100m，气温约降低 0.50C。
• 气压：大气的质量施加在地表或地表物体上的
压力称为大气压力。
– 水气压(e)：大气中水汽所具有的压力。 – 饱和水气压(E)：在一定温度下，一定体积空气
第2节 自然界的水循环
• 水文循环(hydrologic cycle)：
是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地 下水之间的水循环。水文循环的速度较快，途径 较短，转换交替比较迅速。
• 小循环与大循环：
海洋与大陆之间的水分交换为大循环。海洋或大 陆内部的水分交换称为小循环。
第2节 自然界的水循环-水文循环
– 水汽压e、饱和水汽压E与温度t有关：
• e与t没有定量关系，但t增高，e增大 • E与t呈指数关系：
E0为气温0℃时的饱和水汽压 a、b为常数：对水面a=7.45 b=235
对冰面 a=9.5 b=265.5 E随t的增高而增大，对降水和凝结有极为重要意义。
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
第3节 与水文循环有关的主要气象 因素
• 地下水埋深：埋深愈浅，蒸发量愈大。若地下水面 接近地面，其蒸发量接近光滑水面的蒸发量。 潜水蒸发量为零时的最小地下水埋深，称为极限 埋深。
• 土壤结构：影响孔隙的数量、体积、和连通性。 土壤颗粒越小，毛细上升高度越大，蒸发越强。
• 土壤色泽：影响对太阳热能的吸收，从而土壤内的 温度和水分蒸发。即土壤颜色越深，越易蒸发。