水循環(huán)及水資源形成.ppt

,第2章 水循環(huán)及水資源形成,2.2.1 地表水資源的類型與形成,2.1.1 地球水的儲(chǔ)存,2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2.1.2 地球水的循環(huán) 2.1.3 水量平衡,2.2 水資源的形成,2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡 2.1.1 地球水的儲(chǔ)存,一、水的儲(chǔ)存 1、 水圈： 水圈指的是由地球表面所有的水構(gòu)成的圈層，包括地表水、地下水及大氣中的液態(tài)水、固態(tài)水和氣態(tài)水。水圈的厚度只是地球表面很薄的一層, 水圈內(nèi)全部水體占全球面積的70.8%，海洋水為占全球總儲(chǔ)量的96.5。海水是水圈的主體，它在水圈中的水量最大。 2、 水體組成 地球總水儲(chǔ)量中，海水、湖泊咸水和地下水的咸水占97.47%，剩下的淡水約占全球水儲(chǔ)量的2.53。淡水中有69.56%為固體狀態(tài)，大部分存在于兩極冰川與雪蓋、高山冰川和永久凍土層中，難以利用；其次為地下水，占淡水總量的30.1，主要分布在地面至深度2000m的地殼中；其余為湖泊、沼澤、河流中的淡水。（見下圖）,海洋水96.53%,陸地咸水0.94%,陸地淡水2.53%,冰川68.69%,地下淡水30.06%,其他淡水1.25%,永凍土底冰0.86%,湖泊淡水0.26%,地球上的水體組成,河水僅占水體總量的0. 0001518%,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡 2.1.2 地球水的循環(huán),一、地球水的循環(huán) 1、自然循環(huán) 大循環(huán): 大氣-水圈-巖石圈 小循環(huán): 陸地或海洋本身的水單獨(dú)進(jìn)行的循環(huán) 2、人為水循環(huán) 受人類生產(chǎn)、生活的影響，徑流部分主要參與自然循環(huán)，同時(shí)還參與人為循環(huán)，回歸水對徑流量和徑流水質(zhì)發(fā)生改變。 （1）回歸水質(zhì)量狀況： 循環(huán)水質(zhì)：區(qū)域河流或地下水污泥 循環(huán)水量：江河、湖水量減少，甚至干涸，地下水位下降，徑流條件發(fā) 生重大改變。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡 2.1.2 地球水的循環(huán),（2）不可復(fù)原水 不可復(fù)原水量越大，對自然徑流量影響越大，影響一系列環(huán)境與生態(tài)災(zāi)害。人為水循環(huán)對自然徑流的干擾與改造直接影響水文的良性循環(huán)。人為循環(huán)示意圖：,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡 2.1.2 地球水的循環(huán),3、水循環(huán)的作用： （1）通過形態(tài)變化，起到輸送熱量和調(diào)節(jié)氣候的作用； （2）不斷循環(huán)更新為淡水資源的不斷再生提供條件； （3）水不斷的得到更替和凈化。 4、各種循環(huán)比較,自然循環(huán)示意圖,海上內(nèi)循環(huán)示意圖,蒸發(fā),降水,蒸發(fā),內(nèi)陸循環(huán)示意圖,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.1 水的儲(chǔ)存、循環(huán)與水量平衡 2.1.3 水量平衡,一、水量平衡 概念:地球上任一區(qū)域在一定時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入的水量與輸出的水量之差等于該區(qū)域的儲(chǔ)水量變化(質(zhì)量守恒定律) 1、全球水量平衡 (1) 陸地 Es+R=PL(2-1) (2) 海洋 EH-R=PL(2-2) (3) 全球水量平衡方程 E=P (2-3) 結(jié)論： 全球多年平均年蒸發(fā)量等于多年平均年降水量,二、水量平衡示意圖,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,一、地表水的類型 地表水亦稱陸地水，是指各種固態(tài)、液態(tài)水的總稱，包括河流、冰川、湖泊和沼澤四種水體，它是人類生活用水的重要來源之一，也是水資源的主要組成部分。 二、地表水的形成 陸地表面的基本水源來自大氣降水。從海洋上蒸發(fā)的水汽，被氣流輸送到陸地上空，其中一部分從陸地上空流走，形成過境氣流；另一部分在陸地上空冷凝，形成固、液形態(tài)的大氣降水，大氣降水落到地表，除一部分被截留、蒸發(fā)和滲入地下外，其余在地表形成冰川、湖泊、沼澤和天然河流等形式的地表水，此外還有極小一部分組成了生物水。 降水、徑流、蒸發(fā)是決定區(qū)域水資源狀態(tài)的三要素。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,1、降水 我國降水主要表現(xiàn)為時(shí)空分布的極端不均勻性 降水量的年際變化程度用降水量的極值比Ka或年降水變異(變差)系數(shù) Cv值來表示。 a）年降水量的極值比Ka計(jì)算公式： 說明: Ka值越大，降水量年際變化越大 Ka值越小，降量年際變化越小，降水量年際越均勻,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,我國年降水量變化最大的地區(qū)是華北和西北地區(qū)，豐水年與枯水年比值為35倍，最大可達(dá)10倍；南方濕潤地區(qū)降水量的年際變化比較均勻，豐水年為枯水年的1.52.0倍，其中最適宜保持環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)平衡的Ka值為1.2左右。 b） 年降水量變差系數(shù)Cv ） 均方差： ） 變差系數(shù)Cv：,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,III）說明： 年降水量的變差系數(shù)Cv為多年年降水量均方差與平均年降水量之比，比值越大，表示年降水量的年際變化越大，反之就越小。 我國南方濕潤地區(qū)是全國年降水量變差系數(shù)變化最小的地區(qū)，一般在0.2以下，但東南沿南海某些經(jīng)常遭受臺(tái)風(fēng)襲擊的地區(qū)，由于受臺(tái)風(fēng)暴雨的影響，Cv值一般在0.25以上，淮河流域、黃河流域及華北地區(qū)，變差系數(shù)值介于0.250.35之間，東北的東部為0.200.25之間，西部為0.250.30之間，我國西北大部分地區(qū)值在0.40以上。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,2、徑流 1) 概念：流域上的降水，除去損失后，經(jīng)由地面和地下途徑匯入河網(wǎng)，形成流域出口斷面的水流，稱為河流徑流，簡稱徑流。 徑流形成過程:降雨過程 扣除損失 蓄滲過程 坡地漫流 集流過程 2) 徑流的分類: a、按空間的存在方式分:地表徑流與地下徑流 b、按形成水源的條件:降雨徑流、雪融水徑流和冰融水徑流 表征徑流的特征值:流量Q、徑流總量Wt、徑流模數(shù)M、徑流深度Rt、徑流系數(shù)。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,3) 河流徑流的補(bǔ)給來源： (1) 雨水補(bǔ)給 產(chǎn)生雨水補(bǔ)給的條件:降雨強(qiáng)度大于土壤入滲強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生地表徑流，此類河流受降水年際和年內(nèi)分配影響明顯。 (2) 地下水補(bǔ)給 地下水補(bǔ)給是經(jīng)過地下水的調(diào)節(jié)作用后再對河川徑流的補(bǔ)給，可以使河川徑流的水情和季節(jié)分配發(fā)生了重要的變化。我國冬季降水稀少，這時(shí)河流幾乎全靠地下水補(bǔ)給，占河流徑流總量的25-30。 (3) 冰川、融雪水補(bǔ)給 流域表面的積雪、冰川，至次年春季隨著氣候轉(zhuǎn)暖而融化成水，補(bǔ)給河流而形成春汛。此種補(bǔ)給類型在全國所占比重不大，水量有限，但主要發(fā)生在春季，這時(shí)正是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上需水的季節(jié)，這對北方地區(qū)春季農(nóng)業(yè)用水有著重要的意義 (只占河流徑流總量的1.9%）。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,（4）湖泊、沼澤水補(bǔ)給 有些湖泊是河流的源頭，有些湖泊與河流相通，深度較大，對河流水量起調(diào)節(jié)作用。沼澤水補(bǔ)給，對河流水量的調(diào)節(jié)作用不明顯，補(bǔ)給的水量也比較小。 3、蒸發(fā) 概念: 液體或固態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水，并逸入大氣的過程?？煞譃樗嬲舭l(fā)和陸面蒸發(fā)。 水面蒸發(fā)主要反映當(dāng)?shù)氐拇髿庹舭l(fā)能力，與當(dāng)?shù)亟邓康拇笮￡P(guān)系不大，主要影響因素是氣溫、濕度、日照、輻射、風(fēng)速等。 陸面蒸發(fā)主要是指某一地區(qū)和流域內(nèi)河流、湖泊、塘壩、沼澤等水體蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)以及植物蒸騰量的總和。 對于閉合流域:陸面蒸發(fā)量流域平均降水深流域平均徑流深。因此路面蒸發(fā)受降雨與蒸發(fā)條件的制約。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.1 地表水資源的類型與形成,干旱指數(shù): 是衡量一個(gè)地區(qū)降水量的多與寡、進(jìn)行水資源分析的一個(gè)重要參數(shù)。 干旱指數(shù)表示某一特定地區(qū)的濕潤和干旱程度。值大于1.0，表明蒸發(fā)量大于降水量，該地區(qū)的氣候偏于干旱，值越大，干旱程度就越嚴(yán)重。干旱指數(shù)在地區(qū)上的變化范圍很大，干旱指數(shù)的地區(qū)分布與年降水量、年徑流深的分帶性有密切的關(guān)系。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,一、地下水的形成 概念：埋藏在地表以下空隙中的水稱之為地下水。 1、 巖石中水的形式 (1) 結(jié)合水：包括吸著水和薄膜水。都是受顆粒表面的靜電引力作用而被吸附在顆粒表面，它們的含量主要取決于巖石顆粒的表面積大小，巖石顆粒越細(xì)，其顆粒表面的總面積就越大，結(jié)合水的含量也越多；顆粒粗時(shí)，則相反，不能取出、也不能利用。 (2) 毛細(xì)水：是儲(chǔ)存于地下水位以上巖石的毛細(xì)管孔隙和細(xì)小裂隙之中，基本上不受巖石顆粒表面靜電引力的作用的水。屬于半自由水，毛細(xì)管水只能進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，可以傳遞靜水壓力。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,（3）重力水：當(dāng)薄膜水的厚度不斷增大時(shí)，巖石顆粒表面靜電引力逐漸減弱，當(dāng)引力不能支撐水的重量時(shí)，液態(tài)水在重力作用下就會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)巖石的全部空隙為水飽和時(shí)，其中能在重力作用下自由運(yùn)動(dòng)的水都是重力水。重力水只受重力作用的影響，可以傳遞靜水壓力，有沖刷、侵蝕作用，能溶解巖石。 （4）氣態(tài)水：以水蒸氣狀態(tài)存在于末飽和的巖石空隙中的水。氣態(tài)水本身不能直接開采利用，也不能被植物所吸收。 （5）固態(tài)水：當(dāng)巖石的溫度低于水的冰點(diǎn)時(shí)，儲(chǔ)存于巖石空隙中的水便凍結(jié)成冰，而成為固態(tài)水。在我國北方地區(qū)的冬季，在地表以下一定深度內(nèi)形成凍土層，分布著季節(jié)性固態(tài)水，在少數(shù)寒冷地區(qū)地下水會(huì)終年以固態(tài)的形式存在。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2、含水層與隔水層（二者的劃分是相對的） (1) 含水層:是指能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。 (2) 隔水層:是指不具透水和給水能力的巖層。 1) 形成含水層的基本條件 巖層要具有容納重力水的空隙，能儲(chǔ)存并給出地下水。 具有儲(chǔ)存和聚集地下水的地質(zhì)條件:巖層下有隔水層，使水不能向下漏失，水平方向有隔水層阻擋以免全部流空。 具有充足的補(bǔ)給水源：自由出入空間、適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件和充足的補(bǔ)給水源,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2) 含水層的類型,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2、地下水的類型 按地下水的埋藏條件可把地下水分為三大類：上層滯水、潛水、承壓水。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,（1）上層滯水 A、包氣帶中局部隔水層之上具有自由水面的重力水。 B、其含水層厚度不大，只形成暫時(shí)性積水。 C、因?yàn)檠a(bǔ)給完全靠大氣降水和地表水補(bǔ)給，因此水量受季節(jié)性影響非常 明顯，有時(shí)甚至完全被蒸發(fā)掉。 應(yīng)用:因此當(dāng)隔水層范圍小時(shí)，干旱季節(jié)干枯無水，只有隔水層范圍大時(shí) 才可以做小型水源，但因接近地表，容易被污染。 （2）潛水 飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的水帶。 特征: A、具有自由表面 B、由高水位向低水位流動(dòng),第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,C、分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致(通過包氣帶與地表相連) D、水位、流量、化學(xué)成分隨地區(qū)、時(shí)間不同而不同。 應(yīng)用:分布范圍廣、補(bǔ)給來源廣(地表河流、大氣降水、凝結(jié)水等)，含量 豐富，埋藏淺、易開采；但因含水層之上無連續(xù)隔水層分布，故水體易污染 和蒸發(fā)。 （3）承壓水 充滿于上下兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的重力水。 特征： A、有穩(wěn)定的隔水頂板存在，無自由水面，水體承重靜水壓力(與有壓管 道水流相似)。 B、埋藏區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致。 C、較深，受水文氣象、人為因素、季節(jié)因素影響小，是理想的水源。 D、補(bǔ)給:外露地表時(shí)主要靠降水、地表水、上部潛水滲流補(bǔ)給。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,3、地下水類型的概念 地面以下土層可以分為包氣帶和飽水帶。包氣帶土層中含有空氣，沒有被水充滿，其中含的水叫做土壤水；飽水帶土壤空隙被水充滿，含水量達(dá)到飽和，飽水帶中的水即為地下水。,第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,4、地下水循環(huán) (1) 含水層和含水系統(tǒng)通過補(bǔ)給，從外界獲取水量，徑流過程中水由補(bǔ)給水輸送到排泄水，然后向外界排出，這種補(bǔ)給、徑流、排泄無限重復(fù)進(jìn)行，構(gòu)成了地下水循環(huán)。 補(bǔ)給:含水層從外界獲取水量的過程。補(bǔ)給來源:大氣降水、地表滲水、凝結(jié)水(大氣、土壤中水汽的凝結(jié))、人工補(bǔ)給。 徑流:地下水在巖石空隙中流動(dòng)過程稱為徑流.(在重力作用下由高水位向低水位流動(dòng)) 排泄:含水層失去水量的過程叫排泄。排泄的方式:泉、河流、蒸發(fā)、人工排泄等。 (2) 人工補(bǔ)給(水資源保護(hù)的一種很好的方法),第2章 水循環(huán)及水資源形成 2.2 水資源的形成 2.2.2 地下水資源的形成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律,二、地下水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及基本規(guī)律 1、地下水運(yùn)動(dòng)特征 地下水運(yùn)動(dòng)通道因巖石空隙的復(fù)雜而十分曲折復(fù)雜，主要表現(xiàn)為: (1) 遲緩的流速 河道或管網(wǎng)中水的流速一般為1m/s左右，或幾m/s以上。地下水由于在曲折的通道中進(jìn)行，由于摩擦阻力較大因此水頭損失較大、流速緩慢，一般以m/d來表示其流速，均為每日幾m或1m，故常給人以靜止的感覺，一般稱為滲流。 (2) 層流、紊流 地下水大多水質(zhì)點(diǎn)有序、相互平行不混雜而呈層流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遇到大石、大孔以及大洞時(shí)呈現(xiàn)無序的紊流運(yùn)動(dòng)，如人工開采時(shí)取水構(gòu)筑物處由于A小而V很大呈紊流區(qū)。,第2章 水循環(huán)及水資源形成