第二章 水循环过程及原理.ppt

Zuo Qiting 第2章水循环过程与原理 水循环过程 水循环原理 水循环研究进展 2.1 2.2 2.3 第2章 水循环过程与原理 主要内容 2.1 水循环过程 2.1.1 自然界的水循环 水循环是指地球上的水在太阳辐射和地心引力等作用下，以蒸发﹑降水和径流等方式进行周而复始的运动过程。 自然界的水循环是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的纽带，是影响自然环境演变的最活跃因素，是地球上淡水资源的获取途径。 在海洋与陆地之间，陆地与陆地上空之间，海洋与海洋上空之间时刻都在进行着水循环过程。 水文循环过程如下图所示 海陆间水循环 内陆水循环 海上内循环 这种海陆间的水循环又称大循环，是指海洋水与陆地水 之间通过一系列的过程所进行的相互转化。 它是陆面补水的主要形式。 是指陆面水分的一部分或者全部通过陆面、水面蒸发和植 物蒸腾形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陆地上，从 而完成的水循环过程。 海上内循环，就是海面上的水份蒸发成水汽，进入大气后 在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面的过程。 2.1.1.4 水循环周期 大气中总含水量约1.29×105亿m3，而全球年降水总量约5.77×106亿m3，由此可推算出大气中的水汽平均每年转化成降水44次，也就是大气中的水汽，平均每8天多循环更新一次。 全球河流总储水量约2.12×104亿m3，而河流年径流量为4.7×105亿m3，全球的河水每年转化为径流22次，亦即河水平均每16天多更新一次。 2.1.2 人类社会的水循环 “人类社会的水循环”是指人类在经济社会活动中不断地取水、用水和排水而产生的人为水循环过程。它是依附于自然水循环的一个组成部分，或者是一个环节、分支（如同降水、蒸发、下渗等环节），而不是一个独立的水循环过程。 水的自然循环和社会循环是交织在一起的，水的社会循环依赖于自然循环而存在，同时又严重干扰自然界的水循环。从“天人合一”和“人与自然协调发展”的角度，应当将水循环研究纳入到“天然-人工”这个更为完整的水循环体系中。 “天然—人工”水循环示意图 内因（水的物理特性） 外因（太阳辐射和地心引力） 水循环 2.2 水循环原理 2.2.1 水量平衡原理 Water balance（水量平衡）是指在任一时段内研究区的输入与输出水量之差等于该区域内的储水量的变化值。水量平衡研究的对象可以是全球、某区（流）域、或某单元的水体（如河段、湖泊、沼泽、海洋等）。研究的时段可以是分钟、小时、日、月、年，或更长的尺度。水量平衡原理是物理学中“物质不灭定律”的一种表现形式。 2.2.1.1 全球储水量 地球的总储水量约1.38×1010亿m3，其中海水约1.34×1010亿m3，占全球总水量的96.5%。余下的水量中地表水占1.78%，地下水占1.69%。 人类可利用的淡水量约为3.5×108亿m3，主要通过海洋蒸发和水循环而产生，仅占全球总储水量2.53%。淡水中只有少部分分布在湖泊、河流、土壤和浅层地下水中，大部分则以冰川、永久积雪和多年冻土的形式存储。其中冰川储水量约2.4×108亿m3，约占世界淡水总量的69%，大部分都存储在南极和格陵兰地区。 2.2.1.2 水量变化规律 水量平衡在水循环和水资源转化过程中是一个至关重要的基本规律 。就某个地区在某一段时期内的水量平衡来说，水量收入和支出差额等于该地区的储水量的变化量。 一般流域水量平衡方程式可表达为 ： P - E - R = △S （2.1.1） 式中，P为流域降水量，E为流域蒸发量，R为流域径流量，△S为流域储水量的变化量。从多年平均来说，流域储水变量△S的值趋于零。 流域多年平均水量平衡方程式为： P0 = E0 + R0 （2.1.2） 式中P0、E0、R0分别代表多年平均降水量、蒸发量、径流量。 海洋的蒸发量大于降水量，多年平均水量平衡方程式可写为： P0 = E0 - R0 （2.1.3） 全球多年平均水