第三章 流域水循環(huán)與水量平衡

1、 水循環(huán)是指地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運動的過程。3 水循環(huán)服從質(zhì)量守恒定律o 循環(huán)過程保持連續(xù)性，既無開始，也無結(jié)束o 水循環(huán)是物質(zhì)與能量的傳輸、儲存和轉(zhuǎn)化過程 蒸發(fā)、降水：地面向大氣輸送熱量的過程。每日全球蒸發(fā)量為長江年徑流量的1.6倍，潛熱交換量為1990年世界發(fā)電量的近100倍。 降水轉(zhuǎn)化為地表及地下徑流：勢能動能4 水循環(huán)的基本動力o 太陽輻射與重力作用o 水循環(huán)的前提條件：水在常溫常壓下液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)的三相變化o 水循環(huán)的制約因素：地理緯度、海陸分布、地貌形態(tài)等制約了水循環(huán)的路徑

2、、規(guī)模與強度56大循環(huán)和小循環(huán)大循環(huán)和小循環(huán) 大循環(huán)：海洋大循環(huán)：海洋大氣大氣大陸大陸海洋（縱向海洋（縱向+橫向）橫向） 小循環(huán)：海洋小循環(huán)：海洋大氣大氣海洋（海洋小循環(huán)）海洋（海洋小循環(huán)） 大陸大陸大氣大氣大陸（內(nèi)陸小循環(huán)）大陸（內(nèi)陸小循環(huán)）水文循環(huán)的規(guī)律水文循環(huán)的規(guī)律1)海洋的蒸發(fā)量多于降水量；海洋的蒸發(fā)量多于降水量；2)大陸的降水量多于蒸發(fā)量；大陸的降水量多于蒸發(fā)量；3)大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；4)大陸內(nèi)流區(qū)降水量與蒸發(fā)量基本相等。大陸內(nèi)流區(qū)降水量與蒸發(fā)量基本相等。 水體的更替周期o 指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所

3、需的時間。通常用下式來估算式中，T為更替周期；W為水體總貯水量；W為水體年平均參與水循環(huán)的活動量o 水體的更替周期是反映水循環(huán)強度的重要指標(biāo)，亦是反映水體水資源可利用率的基本參數(shù)。o 循環(huán)速度愈快，周期愈短，可開發(fā)利用的水量就愈大。8 1、調(diào)節(jié)氣候；、調(diào)節(jié)氣候； 2、塑造了地球表面；、塑造了地球表面； 3、形成了巨大的水利資源；、形成了巨大的水利資源； 4、形成一切水文現(xiàn)象。、形成一切水文現(xiàn)象。 水循環(huán)一方面受到全球氣候變化的影響，另一方面它又制約了全球氣候。o 水循環(huán)是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、儲存和轉(zhuǎn)化者。如果大氣圈中的水汽含量減少一半，地球表面的平均氣溫將降低5；如果完全沒有水汽，平均氣溫

4、將下降16 。10溫室效應(yīng)：CO2、CH4和水蒸汽大氣能量的來源o 水循環(huán)的強弱及其路徑，會直接影響到各地的天氣過程，甚至可以決定地區(qū)的氣候基本特征。在這方面，海洋環(huán)流系統(tǒng)的氣候效應(yīng)表現(xiàn)得最為強烈。 北大西洋暖流1月份平均氣溫要比同緯度亞洲與北美洲的東海岸高出1520。11倫敦倫敦巴黎巴黎哈爾濱哈爾濱大連大連緯度514945381月平均氣溫 4C3C -22C-5C 定義o 是指任意選擇的區(qū)域（或水體），在任意時段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之間差額必等于該時段區(qū)域（或水體）內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。12SIQIQ=S質(zhì)量守恒原理 水量平衡方程式的通式式中收入項I和

5、支出項Q，可視具體情況進一步細分。其簡繁程度與所研究的對象以及時段長短有關(guān)。例如，對于多年平均來說，s0，可忽略不計；但對于短時段水量平衡方程式而言，蓄水變化量s不可忽略水量平衡方程式是水循環(huán)的數(shù)學(xué)表達式13IQ=ds/dt P: precipitation 降水 ET: evapotranspiration 蒸散發(fā) E: evaporation 蒸發(fā) T: transpiration 蒸騰 R: runoff 徑流 S: storage 蓄水量 F: infiltration 下滲量 14P海E海RS海通用方程：IQ=S海洋水量平衡方程：P海+R E海=S海15多年平均：P海+R = E海P

6、海E海RS海R地表R地下P陸E陸通用方程：IQ=S陸地水量平衡方程：P陸 R地表 R地下 E陸 T=S陸S陸T16多年平均：P陸-R = E陸17陸地多年平均：P陸-R = E陸海洋多年平均：P海+R = E海全球多年平均：P全球= E全球E/P為多年平均蒸發(fā)系數(shù)R/P為多年平均徑流系數(shù)R地表R地下PE通用方程：IQ=S區(qū)域水量平衡方程：P陸+R地表 + R地下 R地表 R地下 E T =SSTR地表R地下 Qd+Qr18人類活動影響區(qū)域水量平衡方程：P陸+R地表 + R地下 R地表 R地下 E T =S19閉合外流流域平衡方程：P陸 R地表 R地下 E T =S閉合內(nèi)流流域平衡方程：P陸 E

7、 T =S20 北京水資源現(xiàn)狀o 多年平均水資源37.3億m3o 近年的年平均產(chǎn)水量僅為22.3億m3o 年用水量為35.3億m3o 為什么缺水？21 降水量o 多年平均降水量584.7mmo 1956-2000前期平均年降水量620.6mmo 1956-2000后期平均年降水量543.6mmo 2001-2009平均年降水量485.4mm22 徑流量o 自產(chǎn)水資源量僅22.33億m3，下降40.3%，地表水資源量減少到7.73億m3 ，下降56.4%。o 入境水量為3.46億m3 ，下降78.5%。o 出境水量為8.03億m3 ，其中含污水5.6億m32324 以現(xiàn)狀年（2001-2009年）和多年平均（1956-2000年）降水量、徑流系數(shù)代入計算o 北京市因為降水和產(chǎn)流異常導(dǎo)致徑流減