水文學(xué)原理(二水文循環(huán)).ppt

水的密度 大部分液體的密度是隨溫度的升高而減小的 但水的密度在4 C時最大 當(dāng)水的溫度從0 C上升到4 C時 水的密度反而隨溫度的升高而增大 水的密度異常還表現(xiàn)為0 C的冰的密度比0 C的液態(tài)水的密度減小約10 水的冰點和沸點 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 純水的凍結(jié)溫度為0 C 沸點為100 C 與其他氫化物比較幾乎都是偏高的 水的比熱不僅比其他液體和固體為大 而且隨溫度也呈奇異變化 水的傳熱性 水的傳熱性比其他液體小 在20 C時水的傳熱率為0 5987J m s C 冰的傳熱率為2 261J m s C 雪的傳熱率更小 當(dāng)雪的密度等于0 1kg L時為0 093J m s C 水的表面張力 水的表面張力特別大 其他液體 除水銀外 在常溫下表面張力都是比較小的 水對一般固體 石蠟除外 的附著力大于內(nèi)聚力 故水能夠很容易地濕潤固體 水的壓縮率 水的壓縮率很小 其體積壓縮系數(shù)為4 7 10 5 1個大氣壓水幾乎是不可壓縮的 水文循環(huán)過程 自然界的水在太陽能和大氣運動的驅(qū)動下 不斷地從水面 江 河 湖 海等 陸面 土壤 巖石等 和植物的莖葉面 通過蒸發(fā)或散發(fā) 以水汽的形式進入大氣圈 在適當(dāng)?shù)臈l件下 大氣圈中的水汽可以凝結(jié)成水滴 小水滴合并成為大水滴 當(dāng)凝結(jié)的水滴大到能克服空氣阻力時 就在地球引力的作用下 以降水的形式降落到地球表面 到達(dá)地球表面的降水 一部分在分子力 毛管力和重力的作用下 通過地面滲入地下 一部分則形成地面徑流 在重力作用下流入江 河 湖泊 再匯入海洋 還有一部分通過蒸發(fā)和散發(fā)重新逸散到大氣圈 滲入地下的那部分水 或者成為土壤水 再經(jīng)由蒸發(fā)和散發(fā)逸散到大氣圈 或者以地下水形式排入江 河 湖泊 再匯入海洋 水文循環(huán) hydrologicalcycle 的定義 地球上的水在太陽輻射作用下 不斷蒸發(fā)變成水汽上升到空中 被氣流帶動輸送到各地 在輸送過程中水汽遇冷凝結(jié) 形成降水降落到地面和海洋 降至地面的那部分水直接進入河流或滲入地下并補給河流 再流入海洋 水分這種往返循環(huán) 不斷轉(zhuǎn)移交替的現(xiàn)象稱為水文循環(huán)或水循環(huán) 水文循環(huán)定義 水的這種既無明確的 開端 也無明確的 終了 的永無休止的循環(huán)運動過程稱為水文循環(huán) 又稱水分循環(huán)或水循環(huán) 水分由海洋輸送到大陸 又回到海洋的循環(huán)稱為大循環(huán)或外循環(huán) 水分由陸地輸送到陸地 又回到陸地 或由海洋輸送到海洋 又回到海洋的循環(huán)稱為小循環(huán)或內(nèi)循環(huán) 前者叫做內(nèi)陸小循環(huán) 后者叫做海洋小循環(huán) 水文循環(huán)的作用和意義 自然界水文循環(huán)的存在 不僅是水資源和水能資源可再生的根本原因 而且是地球上生命生生不息 能千秋萬代延續(xù)下去的重要原因之一 由太陽能驅(qū)動的水文循環(huán)導(dǎo)致了地球上降水量和蒸發(fā)量的時空分布不均勻 這不僅是地球上有濕潤地區(qū)和干旱地區(qū)的區(qū)別 而且是有多水季節(jié)和少水季節(jié) 多水年和少水年區(qū)別 甚至是地球上發(fā)生洪 澇 旱災(zāi)害的根本原因 同時也是地球上具有千姿百態(tài)自然景觀的重要條件之一 水文循環(huán)是自然界眾多物質(zhì)循環(huán)中最重要的物質(zhì)循環(huán) 水是良好的溶劑 水流具有攜帶物質(zhì)的能力 自然界有許多物質(zhì) 如泥沙 有機質(zhì)和無機質(zhì)均會以水作為載體 參與各種物質(zhì)循環(huán) 不見不散 這是喜馬拉雅山 這是尼泊爾 這是青藏高原 由于印度洋暖濕氣流的影響 尼泊爾王國溫暖濕潤 四季如春 而山的北麓由于寒冷則終年積雪 如果沿著山腰打開一條通路 將濕氣引到山的這一邊來 那中國的青藏高原該會變成多少魚米之鄉(xiāng)呵 你把這個想法獻(xiàn)給國家吧 我敢保證藏族人民一定不會虧待你的 拉倒吧 真要是暖流吹過去 冰雪化了 青藏高原是富了 下面的二十幾個省全泡水里了 漢族人民該跟我急了 3水文循環(huán)的尺度 全球水文循環(huán)流域或區(qū)域水文循環(huán)水 土 壤 植 物 系統(tǒng)水文循環(huán) 全球水文循環(huán) 全球水文循環(huán)是空間尺度最大的水文循環(huán) 也是最完整的水文循環(huán) 它涉及到大氣 海洋和陸地之間的相互作用 與全球氣候變化的關(guān)系密切 1986年美國水文學(xué)家伊格爾森將研究這一問題的學(xué)科稱為全球尺度水文學(xué)或大尺度水文學(xué) Macrohydrology 以陸地上的年降水量為基準(zhǔn) 全球水循環(huán)中的水量關(guān)系 100 119 000km3 year 水文手冊 byD R Maidment 1993 全球水循環(huán)中的水量 1 在垂直方向 大氣與地球表面之間通過降水和蒸發(fā)進行垂向水分交換 在全球尺度降水等于蒸發(fā) 2 在橫向 即海洋和陸地之間的水分交換 包括 海洋向陸地輸送水汽而陸地也向海洋輸送水汽 是雙向交換 總的結(jié)果是水分以水汽形式由海洋向陸地輸送 陸地以地面徑流和地下徑流的形式向海洋輸送 上述二者是相等 平衡 的 從全球水循環(huán)來看 流域或區(qū)域水文循環(huán) 流域或區(qū)域水文循環(huán)實際上就是流域降雨徑流形成過程 降落到流域上的雨水 首先滿足截留 填洼和下滲要求 剩余部分成為地面徑流 匯入河網(wǎng) 流達(dá)流域出口斷面 截留最終耗于蒸發(fā)和散發(fā) 填洼的一部分將繼續(xù)下滲 而另一部分也耗于蒸發(fā) 下滲到土壤中的水分 在滿足土壤持水量需要后將形成壤中水徑流或地下水徑流 從地面以下匯集到流域出口斷面 被土壤保持的那部分水分最終消耗了蒸發(fā)和散發(fā) 水 土 植系統(tǒng)水文循環(huán) 水 土 植系統(tǒng)是一個由土壤 植物和水分構(gòu)成的相互作用的系統(tǒng) 是流域或區(qū)域水文循環(huán)的一部分 可以小到一個微分土塊 水 土 植系統(tǒng)水文循環(huán)是自然界空間尺度最小的水文循環(huán) 降水進入這個系統(tǒng)后將在太陽能 地球引力和土壤 植物根系產(chǎn)生的力場等作用下發(fā)生截留 填洼 下滲 蒸發(fā) 散發(fā)和徑流等現(xiàn)象 并且維持植物生命過程 水文循環(huán)的相互關(guān)系 全球水文循環(huán)是全球水文學(xué)或大尺度水文學(xué)研究的核心 流域或區(qū)域水文循環(huán)是流域水文學(xué)或徑流形成學(xué)研究的核心 水 土 植系統(tǒng)水文循環(huán)不但是流域水文學(xué)的重要基礎(chǔ) 而且是生態(tài)水文學(xué)研究的重要課題之一 氣候變化與水循環(huán)的關(guān)系 水循環(huán)的季節(jié) 年際和多年的變動性 帶來氣候的變動性 如旱季和雨季 干旱年和豐水年 ElNino LaNina等 全球變暖是氣候一個趨勢性變化 這影響全球和區(qū)域水循環(huán)在時間和空間發(fā)生變化 造成更多的洪水和干旱 地球系統(tǒng)中的水及水平衡 存在于地球各圈層中的水可分為地面水 地下水 大氣水和生物水等四部分 地面水主要是指儲存于海洋 湖泊 水庫 河流 冰川 沼澤等水體中的水 地下水是指賦存于土壤和巖石孔隙 洞穴 溶穴中的水 這里包括土壤水 大氣水主要是指懸浮于大氣中的水汽 也包括以液態(tài)和固態(tài)形式懸浮于大氣中的水 生物水是指含在生物體內(nèi)的水分 水文循環(huán)的范圍 量及速度 范圍 水文循環(huán)的范圍為從地面以上約11km的對流層頂?shù)降孛嬉韵? 2km深處的廣大空間 數(shù)量 據(jù)估算 地球上每年參加水文循環(huán)的總水量平均為577000km3 折合地球表面的水深為1130mm 速度 大氣水分在降水 蒸發(fā)過程中 每