水文循環(huán)與水量平衡

1、第二章第二章 水文循環(huán)與水量平衡水文循環(huán)與水量平衡西安理工大學西安理工大學黃領梅黃領梅2011年秋年秋祖國祖國 榮譽榮譽 責任責任 ZUGUO RONGYU ZERENZUGUO RONGYU ZEREN主要內容：主要內容： 水文循環(huán)現(xiàn)象水文循環(huán)現(xiàn)象 水文循環(huán)分類水文循環(huán)分類 水文循環(huán)作用與意義水文循環(huán)作用與意義 水文循環(huán)的影響因素水文循環(huán)的影響因素 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑第一節(jié)第一節(jié) 水文循環(huán)水文循環(huán)一一 水文循環(huán)現(xiàn)象水文循環(huán)現(xiàn)象一一 水文循環(huán)現(xiàn)象水文循環(huán)現(xiàn)象水文循環(huán)定義水文循環(huán)定義：水圈中的各種水體通過不斷蒸發(fā)、水汽輸送、：水圈中的各種水體通過不斷蒸發(fā)、水汽輸送、凝結、降落、

2、下滲、地面與地下徑流的往復循環(huán)過程凝結、降落、下滲、地面與地下徑流的往復循環(huán)過程水文循環(huán)主要環(huán)節(jié)水文循環(huán)主要環(huán)節(jié)：降水、蒸發(fā)、下滲、徑流：降水、蒸發(fā)、下滲、徑流水文循環(huán)范圍水文循環(huán)范圍：地表以上：地表以上11km；以下；以下1km參與水文循環(huán)水量參與水文循環(huán)水量：57.7萬萬km3水文循環(huán)原因水文循環(huán)原因：內因：內因水的三態(tài)變化水的三態(tài)變化 外因外因太陽輻射、地心引力太陽輻射、地心引力分類依據(jù)分類依據(jù)1：根據(jù)循環(huán)的規(guī)模和路徑根據(jù)循環(huán)的規(guī)模和路徑: 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)：海洋大氣大氣陸地陸地海洋海洋 陸地小循環(huán)：陸地陸地小循環(huán)：陸地大氣大氣陸地陸地 海洋小循環(huán)：海洋海

3、洋小循環(huán)：海洋大氣大氣海洋海洋特別：內陸水循環(huán)特別：內陸水循環(huán) 二二 水文循環(huán)分類水文循環(huán)分類 二二 水文循環(huán)分類水文循環(huán)分類分類依據(jù)分類依據(jù)2：根據(jù)研究尺度不同：根據(jù)研究尺度不同： 全球水循環(huán)全球水循環(huán) 區(qū)域或流域水循環(huán)：區(qū)域或流域水循環(huán)：110000km2之間之間 水土壤植物系統(tǒng)水文循環(huán)水土壤植物系統(tǒng)水文循環(huán)三水文循環(huán)作用與意義三水文循環(huán)作用與意義直接影響氣候變化：蒸發(fā)、水汽輸送直接影響氣候變化：蒸發(fā)、水汽輸送 改變地表形態(tài)：徑流侵蝕改變地表形態(tài)：徑流侵蝕 形成再生資源：水量、水能形成再生資源：水量、水能 物質循環(huán)載體：溶質輸移物質循環(huán)載體：溶質輸移四四 水文循環(huán)的影響因素水文循環(huán)的影響因

4、素 因素因素1：氣象因素：氣象因素溫度、風速、風向、濕度等溫度、風速、風向、濕度等 因素因素2：自然地理條件：自然地理條件地形、地質、土壤、植被等地形、地質、土壤、植被等 因素因素3：地理位置：地理位置與海洋的距離與海洋的距離 因素因素4：人類活動：人類活動改變下墊面，間接影響改變下墊面，間接影響 五五 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑1 太平洋水文循環(huán)太平洋水文循環(huán)水汽來源水汽來源：太平洋黑潮暖流：太平洋黑潮暖流登陸區(qū)登陸區(qū)：東南沿海：東南沿海降雨區(qū)降雨區(qū)：華東、華北地區(qū)：華東、華北地區(qū)涉及流域涉及流域：松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、錢塘：松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、錢

5、塘江、閩江、珠江、以及臺灣的河流江、閩江、珠江、以及臺灣的河流 五五 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑2 印度洋水文循環(huán)印度洋水文循環(huán)冬季：水汽從孟加拉灣輸入我國西南，形成降水冬季：水汽從孟加拉灣輸入我國西南，形成降水夏季：水汽輸送到西南、中南、華東以及河套以北地區(qū)夏季：水汽輸送到西南、中南、華東以及河套以北地區(qū)降水一部分經(jīng)雅魯藏布江、怒江等匯入印度洋降水一部分經(jīng)雅魯藏布江、怒江等匯入印度洋 一部分參與太平洋水文循環(huán)一部分參與太平洋水文循環(huán) 五五 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑3 內陸水文循環(huán)內陸水文循環(huán)內陸河：塔里木河、格爾木河、黑河、石羊河內陸河：塔里木河、格爾木河、黑河、石羊河

6、 主要為內陸水文循環(huán)主要為內陸水文循環(huán) 春季少量大西洋水汽參與春季少量大西洋水汽參與4 北冰洋水文循環(huán)北冰洋水文循環(huán)北冰洋水汽進入我國西北形成降水北冰洋水汽進入我國西北形成降水經(jīng)額爾齊斯河匯入北冰洋經(jīng)額爾齊斯河匯入北冰洋五五 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑5 鄂霍次克海水文循環(huán)鄂霍次克海水文循環(huán)水汽來源：鄂霍次克海與日本海的冷濕氣團水汽來源：鄂霍次克海與日本海的冷濕氣團季節(jié)：春夏之間季節(jié)：春夏之間影響區(qū)：我國東北北部地區(qū)影響區(qū)：我國東北北部地區(qū)涉及河流：黑龍江（注入鄂霍次克海）涉及河流：黑龍江（注入鄂霍次克海）五五 我國的水文循環(huán)路徑我國的水文循環(huán)路徑多年平均情況下，我國大陸上空的水汽多

7、年平均情況下，我國大陸上空的水汽 總輸入量：總輸入量：15023.2km3 總輸出量：總輸出量：12362.7km3 凈輸入量：凈輸入量：2660.5km3，平均深度為，平均深度為279.4mm，與全國，與全國的入海徑流量很接近，即進入我國上空的水汽，只有的入海徑流量很接近，即進入我國上空的水汽，只有13參與循環(huán)，以徑流形式匯入海洋。參與循環(huán)，以徑流形式匯入海洋。 第二節(jié)第二節(jié) 地球上的水地球上的水主要內容：主要內容： 地球上水的分布地球上水的分布 地球上水的更新地球上水的更新一一 地球上水的分布地球上水的分布地理圈：大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈地理圈：大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈 水圈：總水

8、量水圈：總水量13.86億億km3 大氣水、地面水、地下水和生物水大氣水、地面水、地下水和生物水 0.001%、98.29%、1.74%、0.0001% 陸地總水量陸地總水量0.48億億km3，占，占3.46% 其中淡水其中淡水2.53%，可利用淡水，可利用淡水0.014% 地球上各種水體的儲量地球上各種水體的儲量序號序號水體總類水體總類儲量（萬儲量（萬km3）占總量的占總量的占淡水的占淡水的1海洋水海洋水13380096.542地下水地下水其中其中 地下咸水地下咸水 地下淡水地下淡水2340128710531.710.940.7630.13土壤水土壤水1.650.0010.054永久凍土層永

9、久凍土層30.00.0220.865冰川及永久積雪冰川及永久積雪2406.411.7468.76湖泊水湖泊水其中咸水其中咸水 淡水淡水17.648.549.100.0130.0060.0070.267沼澤水沼澤水1.1470.00080.038河網(wǎng)水河網(wǎng)水0.2120.00020.0069生物水生物水0.1120.00010.00310大氣水大氣水1.290.0010.04總計總計其中其中 淡水淡水138598.4613502.921100.02.53100.0地球上水的來源地球上水的來源1 1 自生說：地球形成時產(chǎn)生自生說：地球形成時產(chǎn)生2 2 外來說：太陽外來說：太陽粒子流（太陽風，粒子流

10、（太陽風，H H、O O、C C原子核）原子核）與大氣圈中的電子結合與大氣圈中的電子結合H H、O O、C C原子原子水（化學水（化學反應）反應）3 3 其他：地球礦物脫水其他：地球礦物脫水 碳氫化合物燃燒碳氫化合物燃燒 隕石墜落隕石墜落 火山噴發(fā)等火山噴發(fā)等二二 地球上水的更新地球上水的更新更新周期：水體中的水全部更新一次所需要的時間更新周期：水體中的水全部更新一次所需要的時間qstr二二 地球上水的更新地球上水的更新例例2-1 大氣中的水量為大氣中的水量為1.29104km3，流量，流量q為為57.7104km3/a。則大氣水的更新周期為：。則大氣水的更新周期為：天年2 . 8022. 0

11、57700012900qstr各種水體的更新周期各種水體的更新周期 水體水體更新周期更新周期水體水體更新周期更新周期極地冰川常年積雪極地冰川常年積雪約約1000010000年年土壤水土壤水1 1年年世界大洋世界大洋25002500年年河流水河流水1616天天高山冰川高山冰川16001600年年大氣水大氣水8 8天天深層地下水深層地下水14001400年年生物水生物水幾個小時幾個小時湖泊水湖泊水1717年年全球全球24002400年年沼澤水沼澤水5 5年年古人古人“水是取之不盡，用之不竭水是取之不盡，用之不竭”的說法是對還是錯？的說法是對還是錯？第三節(jié)第三節(jié) 水量平衡水量平衡主要內容：主要內容：

12、 水量平衡原理水量平衡原理 全球水量平衡全球水量平衡 流域水量平衡流域水量平衡 一一 水量平衡原理水量平衡原理在水文循環(huán)過程中，對任一區(qū)域（或水體）、任一時段內輸在水文循環(huán)過程中，對任一區(qū)域（或水體）、任一時段內輸入水量與輸出水量之差等于其蓄水量的變化量入水量與輸出水量之差等于其蓄水量的變化量：t12WWWOI注意：研究區(qū)域注意：研究區(qū)域水體、流域水體、流域 計算時段計算時段日、月、年、日、月、年、h二二 全球水量平衡全球水量平衡全球全球=海洋海洋+陸地陸地時段時段t ：海洋：海洋 陸地陸地 全球全球oooWERPlllWERPgllololoWWWEEPP)(glWEP二二 全球水量平衡全球

13、水量平衡多年平均：多年平均： 海洋海洋 陸地陸地 全球全球ooERP011nmmWnWllERPloloEEPPmm1130 EP全球水量平衡表全球水量平衡表 平衡要素平衡要素區(qū)域區(qū)域蒸發(fā)蒸發(fā)降水降水徑流徑流水量水量(萬萬km3)深度深度(mm)水量水量(萬萬km3)深度深度(mm)水量水量(萬萬km3)深度深度(mm)海洋海洋50.5140045.812704.7130陸地陸地陸地外陸地外流區(qū)流區(qū)陸地內陸地內流區(qū)流區(qū)43552930011.911.00.98009243004.74.7435495300全球全球57.7113057.71130地球水量動態(tài)平衡地球水量動態(tài)平衡

14、l地球從宇宙空間獲得水量地球從宇宙空間獲得水量 隕石降落：隕石降落：0.5km3/a 大氣圈上層由太陽來的質子而形成的水，難以估計大氣圈上層由太陽來的質子而形成的水，難以估計 從地球內部析出化合水：火山爆發(fā)從地球內部析出化合水：火山爆發(fā)1km3/al地球向宇宙空間逸散水量地球向宇宙空間逸散水量 地球大氣圈上層水分子被太陽紫外線分解散失，難以估計地球大氣圈上層水分子被太陽紫外線分解散失，難以估計l獲得與散失水量相對于地球總水量有限，可忽略，即地球上獲得與散失水量相對于地球總水量有限，可忽略，即地球上總水量不變的推理成立?？偹坎蛔兊耐评沓闪?。 海平面的上升會改變全球水量平衡格局嗎？海平面的上升會

15、改變全球水量平衡格局嗎？l據(jù)觀測，海平面年均上升據(jù)觀測，海平面年均上升1.6mm，因為：，因為： 全球年氣溫上升全球年氣溫上升1.2，陸地冰雪減少使海平面升高，陸地冰雪減少使海平面升高0.7mm 陸地湖水減少使海平面升高陸地湖水減少使海平面升高0.2mm 地下水減少使海平面升高地下水減少使海平面升高0.8mm 修建水利工程使海平面減少修建水利工程使海平面減少0.1mml全球水量平均深度：全球水量平均深度：13.86億億km3/51000萬萬km2=2717647mml改變量相對于全球總水量有限，即短時間內全球水平衡的改變量相對于全球總水量有限，即短時間內全球水平衡的基本格局基本不會改變基本格局

16、基本不會改變青海湖青海湖青海湖每年入湖河水補給青海湖每年入湖河水補給13.35億億m3，降水補給，降水補給15.57億億m3 ，地下水補給地下水補給4.01億億m3，總補給為，總補給為34.93億億m3 ;年蒸發(fā)量年蒸發(fā)量39.3億億m3 ，年均損失，年均損失4.37億億m3 近近50年來，水位下降年來，水位下降3.78m，水面減少，水面減少362.3km2塔里木河塔里木河塔里木河水系塔里木河水系歷史上有歷史上有9大水系大水系1921年主流向東經(jīng)孔雀河注入羅布泊年主流向東經(jīng)孔雀河注入羅布泊1952年筑壩，與孔雀河分離注入臺特瑪湖年筑壩，與孔雀河分離注入臺特瑪湖塔里木河現(xiàn)狀塔里木河現(xiàn)狀三三 流域

17、水量平衡流域水量平衡時段為時段為t的流域水量平衡方程為：的流域水量平衡方程為：WqRRERRPgOsOgIsI)(時段為時段為t的閉合流域：的閉合流域：RI=0，假設，假設q0，WREP閉合流域多年平均：閉合流域多年平均：REP中國主要河流的多年平均水量平衡要素中國主要河流的多年平均水量平衡要素流域流域流域面積流域面積(104km2)降水量降水量(mm)徑流量徑流量(mm)蒸散發(fā)量蒸散發(fā)量(mm)遼河遼河21.90472.664.5408.0松花江松花江55.68526.8136.8390.0海河海河26.34558.786.5472.2黃河黃河75.20464.687.5387.1淮河淮河2

18、6.90888.7231.0657.7長江長江180.851070.5526.0544.5珠江珠江44.21469.2751.3718.0雅魯藏布江雅魯藏布江*24.05*949.4687.8261.0*為中國境內的流域面積為中國境內的流域面積 世界上主要河流概況世界上主要河流概況第四節(jié)第四節(jié) 人類活動對水文循環(huán)和水量平衡的影響人類活動對水文循環(huán)和水量平衡的影響 1 人類生產(chǎn)及生活用水對水文循環(huán)的影響人類生產(chǎn)及生活用水對水文循環(huán)的影響 直接：直接：灌溉、工業(yè)、生活用水等灌溉、工業(yè)、生活用水等局地小循環(huán)加強局地小循環(huán)加強 河川徑流減少或斷流河川徑流減少或斷流 湖泊萎縮湖泊萎縮 濕地減少等濕地減少等 間接：間接：改變流域下墊面而影響水循環(huán)改變流域下墊面而影響水循環(huán)