第二章-水文循环与水量平衡2.pptx

第一节第一节 水文循环与水量平衡水文循环与水量平衡l一、自然界的水文循环一、自然界的水文循环l水是在不断地运动变化和相互交换着。水是在不断地运动变化和相互交换着。l1 1、水水文文循循环环：水水在在太太阳阳辐辐射射和和地地心心引引力力的的作作用用下下，不不断断地地蒸蒸发发、凝凝结结、降降落落、产产流流、汇汇流流的的往往复复循循环环过过程程，称为水文循环（也称为水分循环）。称为水文循环（也称为水分循环）。l水文循环是地球上水文循环是地球上最重要、最活跃最重要、最活跃的物质循环之一。的物质循环之一。l基本概念：基本概念：l大循环、小循环（内陆小循环和海洋小循环大循环、小循环（内陆小循环和海洋小循环)降水中，一部分在分子力、毛细力和重力作用下渗入地下；一部分形成地面降水中，一部分在分子力、毛细力和重力作用下渗入地下；一部分形成地面径流主要在重力作用下，流入江、河、湖泊，再汇入海洋，还有一部分通过径流主要在重力作用下，流入江、河、湖泊，再汇入海洋，还有一部分通过蒸发和散发返回大气中。蒸发和散发返回大气中。2 2、水文循环运动规律、水文循环运动规律、水文循环运动规律、水文循环运动规律l水水文文循循环环大大致致沿沿着着海海洋洋（或或陆陆地地）大大气气陆陆地地（或或海海洋洋）海海洋洋（或或地地面面）循循环环不不已已，水水文文循循环环有有四四个个重重要要环环节节，即即：降降雨雨、下下渗渗、径径流流、蒸蒸发发。（以以后后将将分分章章节节讲述这四个要素）讲述这四个要素）l形成水文循环的形成水文循环的内因内因是水的三态（固、液、气）在常温下是水的三态（固、液、气）在常温下可以相互转化，水文循环的可以相互转化，水文循环的外因外因是太阳辐射和地心引力（重是太阳辐射和地心引力（重力）。因下垫面的不同，水文循环的强度、规律和路径也不力）。因下垫面的不同，水文循环的强度、规律和路径也不同。同。水文循环的存在，不仅是水资源和水能资源可再生的根本原因，而且是地水文循环的存在，不仅是水资源和水能资源可再生的根本原因，而且是地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去的重要原因之一。水文循环是自球上生命生生不息，能千秋万代延续下去的重要原因之一。水文循环是自然界众多物质循环中最重要的物质循环。然界众多物质循环中最重要的物质循环。3、水文循环的意义l（1）直接影响气候变化直接影响气候变化l（2）形成江、河、湖、沼泽等水体及各种地貌）形成江、河、湖、沼泽等水体及各种地貌l（3）造成巨大的水利资源）造成巨大的水利资源l（4）形成一切水文现象）形成一切水文现象二、地球上的水量平衡二、地球上的水量平衡(water balancewater balance)水水量量平平衡衡原原理理是是水水文文学学的的基基本本原原理理。水水量量平平衡衡法法是是分分析析水水文文现现象象，建建立立水水文文要要素素之之间间定定性性或或定定量量关关系系，了了解解其其时时空空变变化化规律等的主要方法之一。规律等的主要方法之一。l根根据据水水量量平平衡衡原原理理，可可列列出出水水量量平平衡衡方方程程。对对某某一一区区域域，有有lI-O=Sl式中式中I、O给定时段内输入、输出该区域的总水量；给定时段内输入、输出该区域的总水量；lS时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。大陆的水量平衡方程大陆的水量平衡方程：l大陆多年平均水量平衡方程大陆多年平均水量平衡方程为：为：l海洋的水量平衡方程海洋的水量平衡方程：l海洋的多年平均水量平衡方海洋的多年平均水量平衡方程为：程为：l从上面分析看，则从上面分析看，则全球多年平均水量平衡全球多年平均水量平衡方程为：方程为：l即即l说明全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等。说明全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等。l第二节第二节 水文循环的尺度水文循环的尺度l水文循环具有全球水文循环、流域或区域水文循环和水水文循环具有全球水文循环、流域或区域水文循环和水土壤土壤植物系统水文循环等三种不同的尺度。植物系统水文循环等三种不同的尺度。全球水文循环系统全球水文循环系统全球水文循环系统全球水文循环系统是空间尺度最大的水文循是空间尺度最大的水文循环，也是最完整的水文循环，也是最完整的水文循环环,是水文学研究的核心是水文学研究的核心.流域或区域水文循环流域或区域水文循环流域或区域水文循环流域或区域水文循环截留、填洼、截留、填洼、下渗下渗土壤系统土壤系统含水层系统含水层系统蒸蒸散散发发河川径流河川径流地表径流地表径流壤中流壤中流地下径流地下径流降水降水是流域水文学或径流是流域水文学或径流形成学研究的核心形成学研究的核心水水水水土土土土植物系统植物系统植物系统植物系统 植被植被土壤土壤下渗下渗地表径流地表径流蒸发蒸发降水降水是流域水文学的重要基础是流域水文学的重要基础,而且是生态水文学的重要课题之一而且是生态水文学的重要课题之一人类活动对水文循环和水量平衡的影响表现在：人类活动对水文循环和水量平衡的影响表现在：人类活动对水文循环和水量平衡的影响表现在：人类活动对水文循环和水量平衡的影响表现在：l1、把水从河流中和潜水层中直接引出，满足生活和灌、把水从河流中和潜水层中直接引出，满足生活和灌溉需要。溉需要。l2、在河流上修筑水利工程，改变了原来河流的水量。、在河流上修筑水利工程，改变了原来河流的水量。l3、跨流域调水，完全改变了原来水分循环的路径，改、跨流域调水，完全改变了原来水分循环的路径，改变着水循环中各要素之间的平衡关系。变着水循环中各要素之间的平衡关系。第三节第三节 河流与流域河流与流域l一、河流一、河流l(一一)河流的形成与分段河流的形成与分段l一一条条河河流流沿沿水水流流方方向向，自自高高向向低低可可分分为为河河源源、上上游、中游、下游和河口游、中游、下游和河口五段。五段。l（左岸、右岸）（左岸、右岸）l（二）河流的基本特征（二）河流的基本特征l包括河流的长度、河流断面、包括河流的长度、河流断面、河道纵比降河道纵比降l几个基本概念：几个基本概念：l1、河流长度、河流长度l自河源沿主河道至河口的距离称为自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度。河流长度。l2 2、河流断面、河流断面l河流断面有横断面和纵断面：河流断面有横断面和纵断面：l垂直于水流方向的断面为横断面。垂直于水流方向的断面为横断面。l沿中泓线的断面称为河流的纵断面。沿中泓线的断面称为河流的纵断面。l（基基本本河河床床、主主槽槽、滩滩地地、水水位位、过过水水断断面面、单单式式断断面面、复复式式断面、中泓线）断面、中泓线）l3 3、河道纵比降、河道纵比降 l落差、纵比降落差、纵比降 l比降计算公式：比降计算公式：l（1）当当河河道道纵纵断断面面近近于于直直线线时，比降计算式为：时，比降计算式为：l（2 2）当当河河底底高高程程沿沿程程变变化化时时，如下图，比降计算式为：如下图，比降计算式为：l l二、流域二、流域 l（一）流域（一）流域l流域流域：汇集地面水和地下水的区域称为流域。也就是：汇集地面水和地下水的区域称为流域。也就是分水线包围的区域。分水线包围的区域。l（闭合流域、不闭合流域）（闭合流域、不闭合流域）（二）流域的基本特征（二）流域的基本特征 1、流流域域面面积积：流流域域分分水水线线包包围围区区域域的的平平面面投投影影面面积。积。2、河河网网密密度度：流流域域河河流流干干支支流流总总长长度度与与流流域域面面积积的比值。的比值。3、流域的长度和平均宽度：流域的长度和平均宽度：流流域域的的长长度度（流流域域的的轴轴长长）：以以流流域域出出口口为为中中心心向向河河源源方方向向做做一一组组不不同同半半径径的的同同心心圆圆，在在每每个个圆圆与与流流域域分分水水线线相相交交处处作作割割线线，各各割割线线中中点点的的连线的长度就是流域的轴长。连线的长度就是流域的轴长。平均宽度：平均宽度：流域面积与流域长度之比。流域面积与流域长度之比。4、流域的形状系数：流域的形状系数：流域平均宽度与流域长度之比。（扇形流域的形流域平均宽度与流域长度之比。（扇形流域的形状系数大，狭长形流域则较小，所以流域形状系状系数大，狭长形流域则较小，所以流域形状系数在一定程度上以定量的方式反映流域的形状）数在一定程度上以定量的方式反映流域的形状）5、流域的平均高度和平均坡度：、流域的平均高度和平均坡度：采用格点法计算采用格点法计算6、流域的自然地理特征流域的自然地理特征包括流域的地理位置、气候特征、植被、土包括流域的地理位置、气候特征、植被、土壤特性、壤特性、地质构造、沼泽及湖泊等地质构造、沼泽及湖泊等（三）水系（三）水系l流域中大大小小河流交汇成树枝状或网络状结构称为水系。流域中大大小小河流交汇成树枝状或网络状结构称为水系。l水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状。水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状。l羽毛状水系羽毛状水系：自上游到下游，在不同地点汇入依次汇入干流。：自上游到下游，在不同地点汇入依次汇入干流。相应的流域形状多为狭长形。相应的流域形状多为狭长形。l平行状水系平行状水系：干流和支流大体呈平行趋势相交汇，流域形状：干流和支流大体呈平行趋势相交汇，流域形状多为扇形。多为扇形。l混合状水系介于前两者之间。混合状水系介于前两者之间。l（对面积相同、水系形状不形同的流域，同样一场暴雨形成的流域出口（对面积相同、水系形状不形同的流域，同样一场暴雨形成的流域出口断面的流量过程线明显不同，为什么？）断面的流量过程线明显不同，为什么？）l思考题思考题l1、为什么说水文循环是最基本、最重要、为什么说水文循环是最基本、最重要的物质循环？的物质循环？l2、人类对水文循环的影响表现在那些方、人类对水文循环的影响表现在那些方面？面？