水循环与水量平衡

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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，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， 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，再从河道
或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水 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。
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、地下水 和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化 规律的科学。 与气象学、地理学、生态环境学等关系 密切。
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第一讲 水文水资源基础
1.1 水文循环：
（1）地球上水的存在形式：
汽态、液态、固态
（2）存在位置：
空气中、地表、地下、生物体内
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 E R W n 1 n 1 n 1 n 1
其中，
1 n
W
1
n
0
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第一讲 水文水资源基础
对于多年平均的情况，闭合流域的水量平衡方程式为：
P ER
式中:
P ：流域内多年平均降水量； R ：流域内多年平均径流量； E ：流域内多年平均蒸发量。
河流流域的定义：
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） 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。
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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：
若地面分水线与地下分水线在位置上不完全 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。
指时段始末区域内蓄水量之差)。
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。
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第一讲 水文水资源基础
水量平衡方程：
I － O = △W
式中: I — 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；
△W — 时段内研究区域蓄水量的变化量。
上式中各变量的单位：km3 或 mm
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；
△W ： 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
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第一讲 水文水资源基础
将式 P E R 两边除以 P ，则该式变成
R E 1 P P
R 令 0 P
E 0 P
～ 多年平均径流系数，其反映流域降雨量 转换成径流量的比例系数。 ～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。
因此，0、0 用以反映流域气候地理特性。 如湿润地区：0>0.5; 半干旱地区：0<0.3; 干旱地区: 0<0.1
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 量平衡方程可写成：
△Ws = Ps＋R － Es
式中:
Es ： 海洋在时段内的蒸发量； Ps ： 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；
△Ws ： 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
E c Pc R
E s Ps R
上二式相加得： 或：
— 陆地水量平衡方程 — 海洋水量平衡方程
E c E s Pc Ps
EP
E Ec E s
P Pc Ps
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式中：
第一讲 水文水资源基础
（2）河流流域的水量平衡
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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
的水量平衡方程可写成：
△Wc = Pc－ R － Ec
式中: Ec： 在时段内陆地的蒸发量； Pc： 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；
△Wc ： 在时段内陆地蓄水量的变化量。
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★ 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，则称这种 流域为闭合流域。
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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：
P + RGI = E + RSO + RGO + q +△W
蒸 发 返 回 大 气
大循环： 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：
① 直接影响气候变化： ② 改变地表形态： ③ 造成再生资源： ④ 负面影响：干旱，洪涝灾害
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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、 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、月，也可以是一 年、数十年或更长的时间 )，收入的水量与支出 的水量之差等于该区域内的蓄水变量(蓄水变量
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:
在方程 P + RGI = E + RSO + RGO + q +△W 中RGI=0， 如果q 较小，则可取q=0，合并RSO+RGO=R
闭合流域水量平衡方程为：
P = E + R + △W
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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、液、固)之间的相互
转化
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第一讲 水文水资源基础Байду номын сангаас
自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为： 大循环/小循环
海 洋 上 空
气流输运 降 水 海 洋 蒸 发
大 陆 上 空
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