水文地质学基础 第一章 地球上的水及其循环.

1.3 与水文循环有关的气象、水文因素
一、气象因素 （一）大气圈的结构
1.大气的主要成分： N2（78％）、O2 （21％） 、CO2、 臭氧、水汽及固态尘埃等。
2. 水汽在大气圈中的分布：不均匀 水平方向：赤道带2.6％，北纬70°处0.2％，90°纬度 带0.9％； 垂直方向：下部3.5km为总量的70％，下部5km为总量的 90％，再往高处水汽含量十分稀少。
还有一些科学家认为：地球上的水大部分是由撞入地球的彗星带来 的。美国科学家曾对人造卫星发回的数千张照片进行了研究，认为每分 钟约有20颗由冰物质组成的彗星撞入地球，若每颗彗星直径为10米，则 每分钟就有1000m3的水进入地球，一年则可达0.5亿km3。据此推论：地 球形成距今46亿年中，就有23亿km3的水进入地球，超过了目前海水的总 量(约13.4亿km3)。
（三）与水文循环有关的主要气象因素
气温 气压 湿度 蒸发 降水
1. 气 温
气温随时间的变化：昼夜变化、季节变化、 多年变化。
气温随空间的变化： 水平方向：由赤道向两极，气温由高到低。 垂直方向：对流层内，随高度增加，气温递 减。每升高100m，气温约降低 0.5°C。
2. 气压：（大气压力）
第一章 地球上的水及其循环
1.1 地球上的水
1.地球上水起源的假说：
一种观点认为是地球从原始太阳星云中分离出来的时候，经过冷凝， 携带有这部分水，起初存在于矿物、岩石中。后来，地球演化中，轻重 物质分离，水从岩石、矿物中释放出来，成为地球上水的来源。
另一些学者认为来自地球内部。据分析研究表明，火山喷发的岩浆 中平均含有7％的水分，而冷凝形成的岩浆中只含1％的水分，其余6％ 的水分则聚集成海洋。
3.大气圈分层：
根据大气的热力性质，自地表向上可将大气圈分为5层：
外层 热层 中层 平流层
对流层最接近地表， 其物理状态及运动规律是 影响水文循环和水资源分 布最重要的因素。
对流层
（二）大气的热源
太阳的热辐射是地表和大气的最主要热源。 地表是大气的第二热源。 地表的热力状况在空间和时间上的变化，直接 引起大气物理状态的变化。
水文循环
定义：发生于大气水、地表水和地下水之间的水 循环。（地球浅部层圈水之间的循环） 特点：循环速度较快，途径较短，转换交替迅速。 水文循环包括三个阶段： 蒸发 降水
径流
水文循环分为：大循环、小循环
海陆之间的大循环
水汽输送
降水
地表径流
入
地下径流
渗
大陆
蒸 发
海洋
海洋内部的小循环
蒸 发 降 水
深部层圈水
深部层圈水：从地壳下部直到下 地幔。在这一范围内地温高达 400°C，压力也很大，水成为被压 密的气水溶液（离解状态的非自由 态的水）。
大气圈
地壳上半部
地壳下半部 上地幔
下地幔
地核
地球浅部层圈水的分布
• 地球表面海 陆面积比例为 “七三开”(即 七成海洋、三 成陆地)”海洋 和陆地的分布 是很不均匀的。 • 由于全球 陆地面积还不 及海洋面积的 一半，所以在 任何一个半球 上，海洋面积 都比陆地面积 要大。
径流可分为地表径流和地 下径流。
1. 水系：汇流于某一 干流的全部河流的总体构 成水系。
2. 流域：一个水系的 全部集水区域。
3. 分水岭：相邻两个 流域之间地形最高点的连 线。
4. 地表径流的特征值：
1）流量（Q）：单位时间内通过河流某一断面的水 量。（m3/s） Q＝V·F （V—流速；F—断面面积） 2）径流总量（W）：某一时段T内，通过河流某一 断面的总水量.(m3) W＝Q·T 3）径流模数（M）：指单位流域面积上平均产生的 流量。（L/s·km2） M Q 103
课堂习题：
1. 浅部层圈水、深部层圈水的特征；
2．自然界的水循环分为 循环和 循环；
3．水文循环分为 循环和 循环；
4．水文循环是在 和 作用下，以 、 和 等方式 周而复始进行的；
3. 通过调节 循环条件，加强其频率和强度，可以改善局 部性的干旱气候。目前人力仍无法改变 循环条件；
5．与水文循环有关的主要气象要素有
当空气中水汽达到饱和时的气温成为露点。当气温降到露点 以下，空气中过剩的水汽即凝结而形成不同形式的液态或固态降
水。
4.蒸发
蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。通 常用水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度。
水面蒸发的速度和数量与气温、气压、湿度、风 速等有关。 饱和差（d）＝E-e ，饱和差愈大，蒸发速度愈大。
气压在水平和垂直方向上都有差别，气压的 差别引起气流，而气流运动使大气中的水分与热 量重新分配，从而引起各种复杂的天气现象。
3.湿度
绝对湿度（m/e）：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。 重量单位：用g/m3表示，符号为m； 压力单位：用mmHg或毫巴（1毫巴＝102Pa）表示， 符号为e。
饱和水汽含量（M/E）：某一温度下，空气中可容纳的最 大水汽数量。 随着气温升高而增大。代号分别为M或E。 相对湿度（r） ＝ 绝对湿度 ＝ （e/E）×100％
。
3. 绝对湿度、饱和水汽含量、相对湿度的定义及相互关系；
6．在水文学中常用
等特征值说明地表径流。
主要的水文因素：流量，径流总量，径流模数， 径流深度，径流系数的定义及计算式。
1.4 我国的水文循环概况
两个特点Fra Baidu bibliotek： 我国水资源在时间上分配相当不均匀。 我国水文循环的另一重要特征就是降水在空间 分布上的不均匀性。
一个地区水资源的丰富程度主要取决于降水量 的多寡。
可以长期供给利用的水量，只能是该地区经常 参与水文循环的那部分水量。
饱和水汽含量
相对湿度可通过计算求得。若气温为20℃，绝对湿 度e＝4.6mm，查表1-2得E＝17.5mm， r（20℃）＝（e/E）×100％
＝（4.6/17.5）×100％＝26.3％， 气温下降到0℃，E＝4.6mm，则r（0℃）＝100％。
当绝对湿度不变时，随气温下降，相对湿度随之增高。当绝 对湿度与饱和水汽含量相等，相对湿度等于100％。
F
4）径流深度（Y）：计算时段内的总径流量均匀 分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均 水层厚。(mm) Y＝W/F×10－3
5）径流系数（α）：同一时段内流域面积上的 径流深度（Y）与降水量（X）的比值。 α＝Y/X
湿润地区，径流系数大（南方）;干燥地区， 径流系数小（北方）.
重点掌握：
主要的气象因素： 气温；气压；湿度（绝对湿度、相对湿度、饱和 水汽含量的定义，并运用三者的关系来解释降水 的形成。）；蒸发；降水。
广义的水圈应包括： 地球深层圈的水 矿物结合水 浅部层圈的水
重点掌握：
地球上水的起源； 地球上水的分布：
浅部层圈水的分布范围及其存在状态 深部层圈水的分布范围及其存在状态 广义水圈的范围
1.2 自然界的水循环
地球各层圈间水的相互联系、相互转化的过程。
自然界的水循环
水文循环
地质循环
海洋
大陆内部的小循环
蒸
蒸
蒸
蒸 发
蒸 腾
腾 蒸蒸 腾腾
蒸
腾蒸 腾
腾
腾
水文循环的作用
一方面，水通过不断转化而水质得以净化； 另方面，水通过不断循环水量得以更新再生。
地质循环
定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化 过程。
发生在岩浆喷发，成岩作用、变质作用、风 化作用等过程中。 初生水：由地幔溶岩物质直接分异出来的水。 再生水：在成岩、变质、风化作用等过程中，
陆地淡水占全球水量的2.532％
冰川和永久积雪虽然为淡水，但却难以开采利用;
较易开发利用的江、河、湖水仅占全球淡水量的百分之零点几，而且时空分布 很不均匀。
地下水占全球淡水的近50％。地下水不仅量多，且分布较普遍，因此，当有限 的地表水源已不能满足人类需要时，地下水由于地下水水质良好，分布广泛，变化 稳定以及便于利用，很自然的就成了理想的供水水源。在我国干旱与半干旱的华北、 西北地区，地下水往往是主要的，有时甚至是唯一的生活以及工农业生产供水水源。
注意：气象部门提供的蒸发量，只能说明蒸发的相对强度， 而不代表实际的蒸发水量，因为通常一个地区不全是水面，并 且用小直径的蒸发皿测得的蒸发量比实际的水面蒸发量要偏大 许多。
5.降水
降水是水循环的主要环节之一，一个地区降 水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度， 对地下水资源的形成具有重要影响。
二、径 流（与水文循环有关的水文因素）
H＋和OH－合成为H2O形成。
水文循环与地质循环的区别：
水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O 分 子态水的转换，通常更替较快； 地质循环发生于地球浅层圈和深层圈之间，常 伴有水分子的分解与合成，转换速度缓慢。
重点掌握：
水文循环：循环范围，大循环，小循环， 水文循环的作用
地质循环：循环范围，初生水、再生水的定义 水文循环与地质循环的区别
目前普遍接受的看法是：
组成地球水圈的水（包括地表水和地下 水），是在原始地壳形成以后，在整个地质 时期内从地球内部不断逸出而起源的。
2.地球上水的分布
浅部层圈水：从大气圈到地壳上
半部。分布有大气水、地表水、地 浅部层圈水
下水及生物体中的水。以自由态H2O
分子形式存在，以液态为主，也有
气态与固态存在。