水文學(xué)西華師范大學(xué)資源共享課程

1、 教 案 課程名稱 水文學(xué) 課程編號(hào) 101000107 課程性質(zhì) 專業(yè)基礎(chǔ)課 教學(xué)時(shí)數(shù) 64 教學(xué)對(duì)象 地理科學(xué)專業(yè) 授課教師 許武成 職 稱 教授 西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院 2009 年 8 月 （一）課程教學(xué)目的和要求 目的：通過該課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握地球上各種水體的分布、性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 并運(yùn)用水文學(xué)理論對(duì)水文現(xiàn)象予以分析， 構(gòu)建學(xué)生可持續(xù)的水資源利用觀及為學(xué)生今后從事 地理教學(xué)、科研、參與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)打下一定的基礎(chǔ)。 要求：掌握各種水體的組成、性質(zhì)、現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)變化及其時(shí)空分布規(guī)律、水資源及其利 用；掌握水文學(xué)研究的基本方法以及實(shí)踐意義 （二）課程教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1、重點(diǎn)： 、難點(diǎn)

2、： （三）教學(xué)方法 講授法 （四）課時(shí)安排 （一）總課時(shí)： 64 課時(shí)。 （二）課時(shí)安排 : 各教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)分配 課 程 內(nèi) 容 講 課 習(xí)題課 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 緒論 2 地球上水的性質(zhì)與分布 6 地球上水的循環(huán) 14 陸地表面水的組成與運(yùn)動(dòng) 14 課程中期小結(jié)與練習(xí) 2 海洋的結(jié)構(gòu)與海水的運(yùn)動(dòng) 10 地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng) 10 人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響 4 課程終期小結(jié)與練習(xí) 2 總 計(jì)（學(xué)時(shí)） 60 4 （五）考核方式 1、考核方式 本課程考試采用筆式、閉卷的方式。 2、成績(jī)構(gòu)成 課堂成績(jī) 10%；課外成績(jī) 10%；期終考試 80%。 （六）參考教材 1）丁蘭璋 .水文學(xué)與水資源基礎(chǔ) .河南

3、大學(xué)出版社 .1987 2）胡方榮 . 水文學(xué)原理 . 水利電力出版社 .1991 3）天津師范大學(xué)地理系 .水文學(xué)與水資源共概論 .華中師范大學(xué)出版社 .1987 緒 論 教研室： 地理科學(xué)教研室 教師姓名： 羅熙 課程名稱 水文學(xué) 授課專業(yè)及班次 地理科學(xué)專業(yè) 2007 級(jí) 授課內(nèi)容 緒論 授課方式及學(xué)時(shí) 講授法，學(xué)時(shí)： 2 課時(shí) （ 1）掌握水文學(xué)研究的對(duì)象、內(nèi)容、任務(wù)及學(xué)科體系； （ 2）了解水文學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史和水文學(xué)的地理研究方向； 目的要求 （ 3）理解水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)；初步認(rèn)識(shí)水文學(xué)研究的主要方法 . （1）教學(xué)重點(diǎn)： 水文學(xué)研究的對(duì)象；水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)；水文學(xué)的研究方法。 重點(diǎn)

4、與難點(diǎn) （2）教學(xué)難點(diǎn)： 水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)。 1）水文學(xué)研究的對(duì)象。 2）水文學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史。 3）水文學(xué)體系。 講授內(nèi)容 及 時(shí)間分配 4）水文學(xué)的地理研究方向地理水文學(xué)。 5）水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)。 6）水文學(xué)研究的主要方法。 7）水文學(xué)的課程性質(zhì)及教學(xué)目的要求。 課的類型 講授課 （ 1）丁蘭璋 .水文學(xué)與水資源基礎(chǔ) .河南大學(xué)出版社 .1987 參考資料 （ 2）胡方榮 . 水文學(xué)原理 . 水利電力出版社 .1991 （ 3）天津師范大學(xué)地理系 .水文學(xué)與水資源共概論 .華中師范大學(xué)出版社 .1987 教學(xué)過程： 一、水文學(xué)的研究對(duì)象及主要內(nèi)容 （一）研究對(duì)象 1、 水文學(xué)研究地球上水的性

5、質(zhì)、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律及其與地理環(huán)境、人類社會(huì)之間相互關(guān)系的科學(xué) 2、水體以一定形式存在于自然界中水的總稱。水的形態(tài)包括大汽水、 河流水、湖泊水、海洋水、 湖泊水、沼澤水、 冰川水、地下水、土壤水、生物水等。 （二）水文學(xué)研究的主要內(nèi)容及本課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu) 1、主要內(nèi)容 （1）水分循環(huán)及水量平衡（水文學(xué)的核心內(nèi)容） （2）水的數(shù)量、質(zhì)量及分布 （3）各種水體的性質(zhì)（物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)） （4）各種水體的類型結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （5）水在地理環(huán)境中的作用（與生態(tài)系統(tǒng)、地理環(huán)境、人類活動(dòng)之間的關(guān) 系） （6）水資源開發(fā)利用及人類活動(dòng)的水文效應(yīng) 2、本課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu) 二、水文學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介 水文學(xué)經(jīng)歷

6、了從萌芽到成熟、從經(jīng)驗(yàn)到理論、從定性到定量的歷史發(fā)展過程。 （一）水文現(xiàn)象定性描述階段 1、時(shí)期：遠(yuǎn)古 14 世紀(jì)未 2、標(biāo)志 （1）世界上最早的水文觀測(cè)：中國和埃及（大禹冶水、隨山刊木） （2）水經(jīng)注呂氏春秋定性描述各大河流的源流、水情、水文循環(huán)的初步 概念 （3）特點(diǎn)水文觀測(cè)定性描述經(jīng)驗(yàn)積累 （二）水文科學(xué)的形成階段 1、時(shí)期： 15 世紀(jì)初 19 世紀(jì)未 2、特點(diǎn)： 1）概念描述進(jìn)入定量描述 2）水文理論的形成 3、標(biāo)志 1） 1674 年 p. 佩羅提出了水量平衡概念 2） 1775 年謝才提出了謝才公式（明渠暢流等流速公式） 3） 1802 年道爾頓提出蒸發(fā)公式 4） 1856 年達(dá)

7、西定律形成 （三）應(yīng)用水文學(xué)階段 1、時(shí)期： 20 世紀(jì) 20 世紀(jì)五十年代 2、特點(diǎn) （1）水文觀測(cè)理論體系進(jìn)一步完善 （2）應(yīng)用水文學(xué)發(fā)展 3、標(biāo)志 （1）工程水文學(xué)成為應(yīng)用水文學(xué)的主要分支 （2）產(chǎn)匯流理論計(jì)算公式 （3）森林水文學(xué)、城市水文學(xué)的形成 （四）現(xiàn)代水文學(xué)階段 1、時(shí)期： 20 世紀(jì) 50 年代以來 2、特點(diǎn) （1）水文技術(shù)科學(xué)的發(fā)展 （2）分支科學(xué)不斷誕生 （3）研究方法趨向綜合 （4）水資源開發(fā)利用、管理、評(píng)價(jià)成為重點(diǎn) 3、標(biāo)志 （1）雷達(dá)測(cè)雨 （2）中子散射法測(cè)土壤含水量 （3）放射性示蹤測(cè)流 （4）同位素測(cè)沙 （5）衛(wèi)星遙感及 GIS 的利用 （6）水文模擬、隨機(jī)分析

8、、系統(tǒng)分析方法 （7）水文研究自動(dòng)化 （8）水資源的評(píng)價(jià)、管理、優(yōu)化利用 三、水文學(xué)體系 （一）按水體的分類（對(duì)象）（傳統(tǒng)分類法） （二）系統(tǒng)水文學(xué)體系 1、水文學(xué)的學(xué)科體系 2、普通水文學(xué)：水文學(xué)基本理論、方法 3、水文測(cè)驗(yàn)學(xué) 4、區(qū)域水文學(xué) （1）流域水文學(xué) （2）河口水文學(xué) （3）山地水文學(xué) （4）平原水文學(xué) （5）坡地水文學(xué) （6）干旱區(qū)水文學(xué) （7）巖溶區(qū)水文學(xué) 5、應(yīng)用水文學(xué) （1）工程水文學(xué) （2）城市水文學(xué) （3）森林水文學(xué) （4）農(nóng)業(yè)水文學(xué) （5）土壤水文學(xué) 6、新技術(shù)方法 （1）隨機(jī)水文學(xué) （2）模糊水文學(xué) （3）系統(tǒng)水文學(xué) （4）遙感水文學(xué) （5）同位素水文學(xué) 四、水文學(xué)

9、地理研究方向及其與其它學(xué)科的聯(lián)系 （一）、水文學(xué)的地理研究方向 1、水文學(xué)的三個(gè)研究方向 （ 1）地理學(xué)方向 2）地球物理學(xué)方向 3）工程學(xué)方向 2、水文學(xué)地理方向（地理水文學(xué)） 1）水文學(xué)與地理學(xué)共同隸屬、分別分支 2）側(cè)重水體運(yùn)動(dòng)變化的自然規(guī)律，總體演化趨勢(shì)，與其它地理要素相互關(guān)系的綜合研究；水體差異的區(qū)域性研究 3）特點(diǎn)：宏觀性、區(qū)域性、綜合性 （二）、水文學(xué)在地理學(xué)中的地位 1、地理學(xué)的學(xué)科體系 2 水文學(xué)是地理學(xué)自然地理的學(xué)科分支學(xué)科 自然地理包括氣候?qū)W、地貌學(xué)、水文學(xué)、土壤地理學(xué)、生物地理學(xué)等。 五、水文現(xiàn)象的基本特點(diǎn) （一）水文現(xiàn)象水循環(huán)過程中，水的存在和運(yùn)動(dòng)的各種形態(tài)， 統(tǒng)稱為

10、水文現(xiàn) 象。 （二）水文現(xiàn)象的特點(diǎn) 1、水循環(huán)永無止境 2、周期性與隨機(jī)性（時(shí)間變化上） 1）、周期性：年周期、季周期、月周期、日周期 2）、隨機(jī)性：不重復(fù)性 3、地區(qū)頒布上的相似性和特殊性 1）相似性：地帶性規(guī)律 2）特殊性：區(qū)域性（差異性）六、水文學(xué)的研究方法 （一）、傳統(tǒng)研究方法 1、成因分析法（物理學(xué)原理為基礎(chǔ)進(jìn)行水文解釋） 2、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 相關(guān)分析經(jīng)驗(yàn)性模型 3、地理綜合防治法等值線法（地帶性規(guī)律、非地帶性規(guī)律） （二）、新技術(shù)方法 七、水文學(xué)課程性質(zhì)及教學(xué)目的要求 （一）水文學(xué)的學(xué)科性質(zhì) 1、學(xué)科性質(zhì)：綜合性學(xué)科 2、部門自然地理學(xué)分支學(xué)科 （二）課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課程（必修） （

11、三） 教學(xué)目的 1、掌握水分循環(huán)與水量平衡 2、掌握各種水體的運(yùn)動(dòng)、變化相互轉(zhuǎn)化的理論及計(jì)算方法 （四）、本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu) 邵陽學(xué)院城市建設(shè)系 教案尾頁 一、復(fù)習(xí)思考題 1、名詞解釋水文學(xué)、水體、水文現(xiàn)象 2、簡(jiǎn)述水文學(xué)的研究對(duì)象及主要內(nèi)容 3、簡(jiǎn)述水文學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 4、簡(jiǎn)述水文學(xué)的學(xué)科體系地理學(xué)中的地位 5、簡(jiǎn)述水文現(xiàn)象的特點(diǎn) 二、參考文獻(xiàn) 1、鄧綬林 普通水文學(xué)高等教育出版社 1985 2、天津師范大學(xué)地理系合編 水文學(xué)與水資源概論 華中師范大學(xué)出版社 1986 三、課后分析 第一章 地球上水的性質(zhì)與分布 教研室： 地理科學(xué)教研室 教師姓名： 羅熙 課程名稱 水文學(xué) 授課專業(yè)及班次 地理科學(xué)

12、專業(yè) 2007 級(jí) 授課內(nèi)容 地球上水的性質(zhì)與分布 授課方式及學(xué)時(shí) 講授法，學(xué)時(shí)： 6 課時(shí) （ 1）掌握天然水的主要理化性質(zhì)；了解地球上水的分布、水資源涵義與特性； 目的要求 （ 2）了解世界及我國水資源的特點(diǎn)。 （1）教學(xué)重點(diǎn)： 水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化、水溫、水的密度；天然水的礦化過程及天然水重點(diǎn)與難點(diǎn) 的分類；世界水資源、我國水資源。 （2）教學(xué)難點(diǎn)： 水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化；天然水的礦化過程。 講授內(nèi)容 及 時(shí)間分配 1）地球上水的物理性質(zhì)：水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化；水的熱學(xué)性質(zhì)；水溫；水的密度；水色與透明度。（ 2 課時(shí)） 2）地球上水的化學(xué)性質(zhì)：天然水的化學(xué)成分；天然水的礦化過程；天然水的分類；水體的

13、化學(xué)性質(zhì)。 （2 課時(shí)） 3）地球上水的分布與水資源：地球上水的分布；水資源涵義與特征；世界水資源；我國水資源。（ 2 課時(shí)） 課的類型 講授課 （ 1）丁蘭璋 .水文學(xué)與水資源基礎(chǔ) .河南大學(xué)出版社 .1987 （ 2）胡方榮 . 水文學(xué)原理 . 水利電力出版社 .1991 參考資料 （ 3）天津師范大學(xué)地理系 .水文學(xué)與水資源共概論 .華中師范大學(xué)出版社 .1987 教學(xué)過程： 第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì) 地球上水的物理性質(zhì)包括：水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化、水的熱力學(xué)性質(zhì)、水溫、水的密度、水色及透明度 一、 水質(zhì)形態(tài)及其轉(zhuǎn)化 地球上的水以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式存在，在常溫條件下三相可以互相轉(zhuǎn)化。

14、（一）水分子的結(jié)構(gòu) 1、單水分子結(jié)構(gòu) （1）單水分子結(jié)構(gòu)圖 （2）氧原子附近形成負(fù)極，氫原子附近形成正極；水分子具有極性 2、水分子聚合體 由于水分子具有極性，故有聚合體 （1）雙水分子聚合體 （2）三水分子聚合體 （二）水的三態(tài)及其轉(zhuǎn)化 1、冰點(diǎn)與沸點(diǎn) 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水 0為冰點(diǎn)， 100為沸點(diǎn) 2、水的三態(tài)與水溫 （ 1） 不同水溫水分子聚合體的分布（） 溫度 冰（ 0） 水（ 0） 4 38 98 類型 單水 0 19 20 29 36 雙水 41 58 59 50 51 三水 59 23 21 21 13 （2）三個(gè)結(jié)論 隨著水溫的升高，單水分子比例升高，聚合體比例下降，當(dāng)溫度

15、高于 100以上時(shí)，主要為單水分子。當(dāng)溫度高于 100呈氣態(tài)時(shí)，水主要由單水分子組成。 隨著溫度的降低，水分子聚合體不斷增多，單水分子不斷減少。水溫 達(dá)到 0結(jié)冰時(shí)， 單水分子為零， 三水分子增多， 因三水分子結(jié)構(gòu)特性，使液態(tài)水變成固態(tài)冰時(shí)，體積膨脹 10，若冰變成液態(tài)水時(shí)，體積減小 10。 水溫在 3.98 時(shí)，二水分子占比重大，而二水分子結(jié)合緊密，故密度 最大，其為 1。 （三）固態(tài)水（冰）的結(jié)構(gòu) 1、冰的結(jié)構(gòu)的形成：氫鍵起著強(qiáng)烈的締合作用 （1）每個(gè)氫鍵以等鍵距與另外四個(gè)氧原子相連結(jié)，在冰晶中的水分子則具有比較完整的正四面體結(jié)構(gòu)形態(tài) （2）鍵角增為 10928 ，鍵距亦增至 1.01A。

16、 2、冰晶中的內(nèi)在矛盾主要表現(xiàn)為氫鍵的凝聚力和氫核的振動(dòng)、水分子的熱運(yùn)動(dòng)，前者為吸引 因素，后二者為排斥因素。 （四）液態(tài)水結(jié)構(gòu)的主要理論模型 1、連體理論 2、混合體理論 3、閃動(dòng)簇團(tuán)”模型 二、水的熱學(xué)性質(zhì) （一）概念 1、水的熱學(xué)性質(zhì)：水的三態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)的吸熱與放熱 2、潛熱：三態(tài)轉(zhuǎn)化過程中吸收和放出的熱量稱為潛熱 3、水的蒸發(fā)：水的溶解潛熱大于其它液體 4、水的熱容量及潛熱特點(diǎn)對(duì)地球上的熱量變化有調(diào)解作用三、水溫 （一）海水水溫 1、海水的熱量收支平衡 （1）熱量的收入 來自太陽和天空的短波輻射 來自大氣的長(zhǎng)波輻射 地殼內(nèi)熱通過海底傳給海水的熱量 海面水汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量 洋流帶來的熱量

17、海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量 化學(xué)的、生物的和放射性物質(zhì)放出的熱量 海水垂直交換中所得的熱量 （2）熱量的支出 海面輻射放出的熱量 海水蒸發(fā)時(shí)所消耗的熱量 洋流帶走的熱量 海水垂直交換中耗掉的熱量 （3）熱量平衡 多年平均情況各海區(qū)的收支不平衡 2、海水溫度的分布 （1）海水溫度的水平分布 三大洋表面年平均水溫約為 17.4 ，其中太平洋最高，達(dá) 19.1 ；印度洋 17.0 ；大西洋 16.9 。 三大洋表面年平均水溫的分布特點(diǎn)是：北半球高于南半球，在南北緯 0 30之間以印度洋水溫最高， 在南北緯 50 60之間大西洋水溫相差懸殊。 世界大洋表面水溫分布的總趨勢(shì)是：水溫從低緯向高緯遞減；在南北回歸線

18、之間的熱帶海區(qū)水溫最高；大洋東西兩側(cè)，水溫分布有明顯差異；在寒暖流交匯處等溫線特別密集，水溫水平梯度很大；夏季大洋 表面水溫普遍高于冬季，而水溫的水平梯度則冬季大于夏季。 （2）水溫的垂直分布 從海面向海底呈不均勻遞減的趨勢(shì) 南北緯 40之間海水垂直結(jié)構(gòu) 海水溫度的時(shí)間變化 1）日變化 變化總體上小 隨緯度增加，日變化減小 近海區(qū)水溫日變化大于遠(yuǎn)海區(qū)（深海區(qū)） 最低與最高水溫各地出現(xiàn)的時(shí)間有差異最高： 14 時(shí) 16 時(shí) 最低： 4 時(shí) 6 時(shí) 日變深度一般可達(dá) 1020 米最高可過 60 70 2）水溫的年變化 影響水溫年變的因素有：太陽輻射、洋流性質(zhì)、季風(fēng)和海陸位置 水溫年變的地理分布規(guī)律

19、 從赤道和熱帶海區(qū)向中緯海區(qū)增大，然后向高緯海區(qū)減小 在同一熱量帶，大洋西側(cè)較東側(cè)變幅大，靠近海岸地區(qū)更大 南北兩半球相比，北半球各緯度帶的年較差大于南半球 水溫年變深度，一般可達(dá) 100150 米，最大深度可達(dá) 500 米左右。 4、海冰 冰點(diǎn)和最大密度溫度都隨鹽度的增加而降低，但降低的數(shù)值不同 當(dāng)海水的鹽度大于 24.695 10-3 時(shí)，冰點(diǎn)溫度低于最大密度溫度； 當(dāng)鹽度小于 24.695 10-3 時(shí)，冰點(diǎn)溫度高于最大密度溫度； 只有鹽度在 24.695 10-3 時(shí)，海水的冰點(diǎn)溫度與最大密度溫度相同，為 -1.332 。 2）海水難以結(jié)冰的原因 含鹽量高，冰點(diǎn)低； 密度增大，對(duì)流運(yùn)動(dòng)

20、顯著； 結(jié)冰后，表層海水密度增大，對(duì)流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)； 結(jié)晶核的存在，結(jié)冰難度大； （二）河水溫度 1、影響河水水溫的因素 太陽輻射 氣溫 補(bǔ)給來源 冰水補(bǔ)給 雨水補(bǔ)給 地下水補(bǔ)給 2、水溫的分布 1）水平分布：大體上與氣溫分布一致 2）垂直變化：具有成層性和日變性 3、水溫的時(shí)間變化：與氣溫的時(shí)間變化一致 （三）湖泊、水庫水溫 1、影響因素 界面蒸發(fā)、凝結(jié)垂直紊流對(duì)流熱交換大氣輻射太陽輻射 2、水溫的分布 （1）水平分布 （2）垂直分布：水溫垂直分布梯度 正溫層分布：上層水溫高，下層低，但不低于 4 逆溫層：上層水溫低，下層水溫高，但不高于 4 同溫層：上下水溫一致 3、湖水水溫的變化 （1）日變

21、化 （2）年變化：年較差較氣溫差小 四、地下水的水溫 1、地下水的埋藏深度不同，溫度變化規(guī)律也不同。 近地表的地下水的水溫受氣溫的影響，具有周期性變化 一般在日常溫層以上，水溫有明顯的晝夜變化 在年常溫層以上，水溫具有季節(jié)性變化。在年常溫層中，地下水溫度變化很少，一般不超過 0.1 。而在年常溫層以下，地下水溫則隨深度的增加而逐漸升高，其變化規(guī)律決定于一個(gè)地區(qū)的地?zé)嵩鰷丶?jí)。地?zé)嵩鰷丶?jí)是指在常溫層以下，溫度每升高 1所需增加的深度，單位為 m/。各處地?zé)嵩鰷丶?jí)不同，一般為 33m/。 2、地下水溫度分類 狀態(tài) 非常 極冷水 冷水 溫水 熱水 極熱水 沸水 冷水 溫度 0 0 4 20 37 42

22、 4 20 37 42 100 100 3、地下熱水分類 相 類型 熱水名稱 水溫 低溫?zé)崴?20-40 液相 熱水 中溫?zé)崴?40 60 高溫?zé)崴?60 100 低溫過熱水 100 液氣相 過熱水 高溫過熱水 374 四、水的密度 （一）純水的密度 1、水分子結(jié)構(gòu)的三種形式 四面體結(jié)構(gòu) 類石英晶體結(jié)構(gòu) 最緊密的堆積結(jié)構(gòu)2、溫度與密度的關(guān)系 溫度 -20 -10 0的冰 0的水 3.98 10 50 密度 0.9403 0.9186 0.9167 0.9999 1.000 0.9997 0.9584 （二）海水密度 1、概念 1) 海水密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含海水的質(zhì)量，其單位為 g/cm3。 海

23、水的比重：即指在一個(gè)大氣壓力條件下，海水的密度與水溫 3.98 時(shí)蒸餾水密度之比 現(xiàn)場(chǎng)密度：在現(xiàn)場(chǎng)溫度、鹽度和壓力條件下所測(cè)定的海水密度 條件密度：在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（ p=0）下的海水密度 密度可用海水狀態(tài)方程表示： (s,t,p)= (s,t,0)/1-10 /k(s,t,p) 2、海水密度的分布 （1）大洋表面密度的分布 大洋表面密度隨緯度的增高而增大，等密度線大致與緯線平行 赤道地區(qū)由于溫度很高，鹽度較低，因而表面海水的密度很小，約 1.02300 。亞熱帶海區(qū)鹽度雖然很高，但那里的溫度也很高，所以密度仍然不大，一般在 1.02400 左右。極地海區(qū)由于溫度很低，所以密度最大。 （2）垂

24、直分布 總趨勢(shì)：密度向下遞增 在南北緯 20之間液體海底（ 50100 米）深度上密度垂直梯度最大，密度的突變層（躍層），對(duì)聲波有折射作用 五、水色與透明度 （一）水色 1、影響水色的因素： （1）水體的光學(xué)性質(zhì)（吸收、反射、折射、散射） （2）水中懸浮物質(zhì)、浮游生物的顏色 （3）天空狀況、水體底質(zhì)的顏色 2、海水呈藍(lán)色的原因：光的散射作用 3、水水色的測(cè)定 （1）測(cè)量：水色計(jì) （2）度量：號(hào)碼 1-21 代表水色。號(hào)碼越小，水色越高，號(hào)碼越大，水色越低。 （二）透明度 1、透明度：表示各種水體能見程度的一個(gè)量度 2、測(cè)量方法：透明度板（白色圓盤直徑為 30 厘米）能見深度 3、水色與透明度的

25、關(guān)系水色越高，透明度越高 第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì) 一、 天然水的化學(xué)性質(zhì) 水的化學(xué)性質(zhì)包括：化學(xué)物質(zhì)成分、礦化過程、礦化度、硬度等 （一）天然水的化學(xué)成分 1、天然水中的各種物質(zhì)按性質(zhì)通常分為三大類： 1）懸浮物質(zhì)：粒徑大于 100 納米的物質(zhì)顆粒 例如泥沙、粘土、藻類、細(xì)菌等不溶物質(zhì)。 2）膠體物質(zhì)：粒徑為 1001 納米的多分子聚合體 其中無機(jī)膠體主要是次生粘土礦物和各種含水氧化物。有機(jī)膠體主要是腐殖酸。 3）溶解物質(zhì)：粒徑小于 1 納米的物質(zhì) 包括各種鹽類、氣體和某些有機(jī)化合物。 2、天然水中形成各種鹽類的主要離子 1）主要陽離子： K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 2）主要陰離子

26、3）其它陰陽離子 3、礦化度：天然水中，各種元素的離子、分子與化合物的總量 礦化過程：各種溶解質(zhì)在天然水中的累積和轉(zhuǎn)化 （二）礦化過程的類型 1、溶濾作用 1）概念：土壤和巖石中某些成分進(jìn)入水中的過程 2）類型： 全等溶解礦物，例如，氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽 不全等溶礦物，主要是硅酸鹽和鋁硅酸鹽。 2）吸附性陽離子交替作用 1）概念：天然水中離子從溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上，是吸附過程。同時(shí)膠體上原來吸附的離子，轉(zhuǎn)移到溶液中是解吸過程。 2）特征： 離子交換是可逆反應(yīng)，處于動(dòng)態(tài)平衡 離子交換以當(dāng)量關(guān)系進(jìn)行 離子交換遵守質(zhì)量作用定律。 3）吸附容量：膠體吸附的飽和容量 4）膠體對(duì)各種陽離子的吸附能力不同，

27、并有如下順序： H+Fe3+ Al3+ Ba2+ Ca2+ Mg2+K+NH 4+ Na+Li+ 3、氧化作用 1）天然水中的氧化作用，包括使圍巖的礦物氧化和使水中有機(jī)物氧化。 2）實(shí)例 2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe(SO4)3+2FeO33H2O b） CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+2H2O 4、還原作用 1）在還原環(huán)境里，天然水若與含有機(jī)物的圍巖（油泥、石油等）接觸，或受到過量的有機(jī)物污染，碳?xì)浠衔锟梢允顾械牧蛩猁}還原。 2）實(shí)例 CH4+CaSO4=CaS+CO2+2H2O CaS+CO2+H2O=C

28、aCO3+H2S 5、蒸發(fā)濃縮作用 6、混合作用 1）概念：兩種或幾種礦化度不同，成分各異的天然水相遇，混合以后的礦化度和化學(xué)組成都要發(fā)生變化。 （三）、天然水的分類天然水分類的意義 1、能反映天然水水質(zhì)的形成條件和演化過程 2、水資源評(píng)價(jià)、利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù) 1、按水化學(xué)成分分類（1）特點(diǎn) 按照水中各種主要離子成分的相對(duì)含量等指標(biāo) 以公式的形式來表示水的基本化學(xué)性質(zhì) （2）實(shí)例：北京小湯山溫泉 2、按礦化度分類 礦化度 水的名稱 礦化度大小 低礦化 淡水 1 弱礦化 微咸水 1-24 中礦化 咸水 24-35 強(qiáng)礦化 鹽水 35-50 高礦化 鹵水 50 3、阿列分類法 1）特點(diǎn) 按離子

29、成分分類 地表水分類 2）方法 按占優(yōu)勢(shì)的陰離子將天然水分為三類： 重碳酸鹽類（C）、硫酸鹽類（S）、 氯化物類（ Cl ）按占多數(shù)的陽離子分為鈣質(zhì)（ Ca）、鎂質(zhì)（ Mg）、鈉質(zhì)（Na） 三組在每一組內(nèi)又按各種離子摩爾的比例關(guān)系，分為四個(gè)水型： 型 ： HCO3- Ca2+Mg2+。型水是低礦化水 型 ： HCO3- Ca2+Mg2+ HCO3-+SO42）-型水是低礦化和 中等礦化水 型 ： HCO3-+SO42- Ca2+Mg2+或 Cl- Na+ 。型水包括高 礦化度的地下水、湖水和海水。 型：HCO3-=0。型水是酸性水， pH4.5 時(shí)，水中游離的 CO2 和 H2CO3、CO3-

30、的濃度為零。 3）例如， 表示 27 1- 9 CCa 重碳酸鹽類、鈣組、型水。 4、C.A. 舒卡列夫的分類方法 1）特點(diǎn) 按主要離子成分的摩爾百分?jǐn)?shù)地下水分類 考慮了水的礦化度。 二、水體的化學(xué)性質(zhì) （一）天然水的化學(xué)組成及其特性 溶解氣體含量近于飽合 降水普遍呈酸性 溶解質(zhì)含量低，礦化度低，未達(dá)到飽合 （二）海水的化學(xué)組成及特點(diǎn) 1、化學(xué)組成 1）含有 80 多種化學(xué)元素：主要化學(xué)元素是氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、 鍶、硼、硅、氟等 12 種，其含量約占全部海水化學(xué)元素含量的 99.8 99.9 （ 2）海水組成的恒定性 2、海水的鹽度 （ 1）概念 a) 單位質(zhì)量海水中所含溶解物質(zhì)

31、的質(zhì)量，叫海水鹽度。 絕對(duì)鹽度（ SA）定義為海水中溶解物質(zhì)的質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值 實(shí)用鹽度（ S）在溫度為 15、壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的海水樣品的電導(dǎo)率， 與質(zhì)量比為 32.4356 10-3 的標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀（ KCl）溶液的電導(dǎo)率的比值 K15 來定 義 2）影響鹽度在時(shí)間上與空間上的因素 a、增鹽過程 蒸發(fā) 結(jié)冰 高鹽洋流流入 與高鹽海水渦動(dòng)、對(duì)流混合 含鹽沉積物的溶解 b、減鹽過程 降水 融冰 低鹽洋流流入 與低鹽海水渦動(dòng)、對(duì)流混合 大陸上的淡水流入 3）世界大洋鹽度分布 a、水平分布（大洋表面） 世界大洋平均鹽度 34.69 。紅海 41，波羅的海 10 從亞熱帶海區(qū)向低緯和高緯遞減

32、，形成鞍形 南半球地帶性較北半球明顯 大洋西岸鹽度梯度大于東岸 b、鹽度的垂直分布 亞熱帶海區(qū)高鹽度延伸 8001000 米 中緯度地區(qū)變化復(fù)雜 高緯度地區(qū)向下漸增， 1500 米以下鹽度值不變 4）鹽度的變化 a、日變化 日變化的幅度很小 b、年變化 （三）河水化學(xué)成分的特點(diǎn) 1. 河水的礦化度普遍低 一般河水礦化度小于 1 克/ 升，平均只有 0.15 0.35 克/ 升 河水中各種離子的含量差異很大 河水化學(xué)組成的空間分布有差異性 河水化學(xué)組成的時(shí)間變化明顯 （四）湖水化學(xué)成分的特點(diǎn) 湖水的礦化度有差異 按照礦化度，通常將湖泊分為淡水湖、微咸水湖、咸水湖、鹽湖 2、湖中生物作用強(qiáng)烈 各地

33、的淡水湖泊都有不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。 3、湖水交替緩慢，深水湖有分層性 （五）地下水的化學(xué)特征 土壤和巖石圈各種元素及化合物都可能存在于地下水中 礦化度變化范圍大 地下水的化學(xué)成分的時(shí)間變化極為緩慢，常需以地質(zhì)年代衡量。 地下水與大氣接觸有很大的局限性 第三節(jié) 地球上水的分布與水資源 一、地球上水的分布 （一）地球上各種水體構(gòu)成水圈，海洋是水圈子的主體 1、大氣水 隨高度增加，含量減少， 15002000 米的空氣含水量減少為地表的一半， 5000 米的高空減少為 1/10 。 大氣水最高可達(dá)平流層頂部，約 5500 米。 2、地下水 地表以下 10 千米以內(nèi)的地表含水層中的重力水 3、土

34、壤水 儲(chǔ)存于地表上部約 2 千米厚土層內(nèi)的水 4、海洋水：海洋水平均水深 3700 米，平鋪地表 2640 米 5、冰川與永久雪蓋 6、永凍土底冰 7、湖泊水 8、沼澤水 9、河床水 10、生物水 （二）各種水體在地球上的分布 二、水資源的含義及特點(diǎn) （一）水資源的含義 1、廣義水資源：地球上的一切水體狹義水資源 2、狹義的水資源：它僅僅指在一定時(shí)期內(nèi)， 能被人類直接或間接開發(fā)利用的那 一部分動(dòng)態(tài)水體。 （1）技術(shù)上可行 （2）經(jīng)濟(jì)上的合理 （3）生態(tài)上的可接受性 （二）特點(diǎn) 自然資源與自然條件的雙重性 水資源的循環(huán)再生性與有限性 時(shí)空分布的不均勻性 利用的廣泛性和不可代替性 利與害的兩重性

35、供需的矛盾性 三、世界水資源 （一）衡量水資源量的指標(biāo) 1、年降水量 2、年徑流量、多年平均徑流量 3、世界陸地年徑流量總量（包括南極水）： 4.68 萬平方千米，折合平均水深 毫米 （二）世界水資源的分布 1、各大洲水資源的分布 2、主要國家水資源量 （1）年徑流量超過 1000 億立方米的國家：巴西、俄羅斯、加拿大、美國、印 度尼西亞、中國、印度 （2）人均徑流量情況（最多的國家為加拿大） （三）世界水資源的問題與對(duì)策 四、我國的水資源 （一）水資源的總量及人均量 陸地多年平均降水量 多年平均地表水資源量 多年平均地下水資源量 多年平均徑流量 平均產(chǎn)水模數(shù)（二）水資源的利用分區(qū) 1、北方區(qū)

36、 東北諸河海河 黃河 淮河和山東半島諸河 黃河 內(nèi)陸河 2、南方區(qū) 長(zhǎng)江 華南諸河 西南諸河 東南諸河 （三）水資源的空間分布 1、地區(qū)分布總趨勢(shì)與降水一致，由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減 2、山地風(fēng)坡相對(duì)高值區(qū)，平原盆地山地背風(fēng)坡相對(duì)低值區(qū) 3、五個(gè)徑流帶 帶名 年降水量 年徑流量 年徑流系數(shù) 多雨 - 豐水帶 大于 1600 毫米 超過 800 毫米 0.5 以上 濕潤(rùn) - 多水帶 8001600 毫米 200800 毫米 0.25 0.5 半濕潤(rùn) - 過渡帶 400800 毫米 50200 毫米 0.1 0.25 半干旱 - 少水帶 200400 毫米 1050 毫米 0.1 以下 干旱 -

37、干涸帶 小于 200 毫米 不足 10 毫米 0.1 以下 （四）時(shí)間分配 1、年際變化 （1）極值比 中國大多為 28 （2）徑流變差系數(shù) 2、季節(jié)變化 （1）年內(nèi)分配系數(shù) （2）與補(bǔ)給關(guān)系密切 雨水補(bǔ)給區(qū) 雨水與冰雪融水補(bǔ)給區(qū) 冰川融水補(bǔ)給區(qū) 地下水補(bǔ)給區(qū) （五）水資源條件和問題 1、水資源問題 水資源總量不少，但人均、畝均水量較少 水資源的地區(qū)分布很不均勻 與人口、耕地的分布不相適應(yīng) 水土流失、泥沙淤積、生態(tài)破壞嚴(yán)重 水體污染及地下水超采 2、對(duì)策 水環(huán)境的保護(hù) 水資源的合理利用 邵陽學(xué)院城市建設(shè)系 教案尾頁 一、復(fù)習(xí)思考題 1、名詞解釋 當(dāng)場(chǎng)密度、條件密度、液體海底、礦化度、礦化過程、

38、絕對(duì)密度、實(shí)用鹽度、溶濾作用、陽離子吸附交替作用 2、簡(jiǎn)述水分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、水溫、水的密度三者之間的關(guān)系 3、簡(jiǎn)述海洋表面的水溫分布特點(diǎn)及規(guī)律 4、簡(jiǎn)述海洋表面密度分布規(guī)律 5、簡(jiǎn)述海洋表面鹽度分布規(guī)律 6、簡(jiǎn)述地下水、地下熱水按水溫的分類 7、簡(jiǎn)述天然水礦化作用的類型 8、簡(jiǎn)述天然水按礦化度的分類 9、簡(jiǎn)述庫爾洛夫、阿列金、舒卡列夫?qū)μ烊凰诸惙椒ǖ奶攸c(diǎn) 10、簡(jiǎn)述我國五個(gè)徑流帶劃分的依據(jù) 二、參考文獻(xiàn) 1、南京大學(xué)、中山大學(xué) 普通水文學(xué)人民教育出版社 1978 2、顧慰祖 水文學(xué)基礎(chǔ)水利電力出版社 198 三、課后分析 第二章 地球上的水循環(huán) 教研室： 地理科學(xué)教研室 教師姓名： 羅熙 課程

39、名稱 授課內(nèi)容 目的要求 重點(diǎn)與難點(diǎn) 講授內(nèi)容 及 時(shí)間分配 水文學(xué) 授課專業(yè)及班次 地理科學(xué)專業(yè) 2007 級(jí) 地球上水的循環(huán) 授課方式及學(xué)時(shí) 講授法，學(xué)時(shí)： 14 課時(shí) 1）掌握水循環(huán)的基本含義、基本環(huán)節(jié)及地理意義； 2）掌握水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)；掌握水體的更替周期； 3）掌握水量平衡的概念、通用水量平衡方程、全球水量平衡方程； 4）掌握降水要素、面降水的計(jì)算、下滲的物理過程以及徑流的形成過程； 5）了解蒸發(fā)、水汽擴(kuò)散與輸送的物理機(jī)制、影響因素、度量指標(biāo)及測(cè)度方法。 （1）教學(xué)重點(diǎn)： 水循環(huán)的基本過程；水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)；水量平衡；徑流的 形成過程及影響徑流的因素。 （2）教學(xué)難點(diǎn)：

40、 蒸發(fā)的物理機(jī)制；蒸發(fā)量的計(jì)算；水汽擴(kuò)散與輸送；面降水的計(jì)算； 下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式。 1）水循環(huán)的概述：水循環(huán)基本過程；水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)；水體的更替周期；水循環(huán)的作用與效應(yīng)。 （ 2 課時(shí)） （ 2）水量平衡：水量平衡概述；通用水量平衡方程；全球水量平衡方程。 （ 2 課時(shí)） （ 3）蒸發(fā)：蒸發(fā)的物理機(jī)制；影響蒸發(fā)的因素；蒸發(fā)量的計(jì)算。 （ 2 課時(shí)） （ 4）水汽擴(kuò)散與輸送：水汽擴(kuò)散；水汽輸送。 （ 2 課時(shí)） （ 5）降水：降水要素；面降水的計(jì)算；影響降水的因素；可能最大降水。 （ 2 課時(shí)） （ 6）下滲：下滲的物理過程；下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式；影響下滲的因素（ 2 課時(shí)） （

41、 7）徑流：徑流的涵義及其表示方法；徑流的形成過程；影響徑流的因素。 （2 課時(shí)） 課的類型 講授課 （ 1）丁蘭璋 .水文學(xué)與水資源基礎(chǔ) .河南大學(xué)出版社 .1987 （ 2）胡方榮 . 水文學(xué)原理 . 水利電力出版社 .1991 參考資料 （ 3）天津師范大學(xué)地理系 .水文學(xué)與水資源共概論 .華中師范大學(xué)出版社 .1987 教學(xué)過程： 第一節(jié) 水循環(huán)概述 一、水循環(huán)基本過程 （一）定義： 水循環(huán)是指地球上各種形態(tài)的水， 在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運(yùn)動(dòng)的過程。 （二）水循環(huán)成因： 外因：太陽輻射，地球引力 內(nèi)因

42、：水的三態(tài)轉(zhuǎn)化 （三）水循環(huán)基本過程 ( 環(huán)節(jié) ) 二、水循環(huán)機(jī)理 （一） 水循環(huán)服從于質(zhì)量守恒定律。 （二） 太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本動(dòng)力。 （三） 水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大氣圈、巖石圈及生物圈。 （四） 全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。 （五） 地球上的水分在交替循環(huán)過程中， 總是溶解并攜帶著某些物質(zhì)一起運(yùn)動(dòng)。三、水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu) （一）水循環(huán)的基本類型 大循環(huán)發(fā)生于全球海洋與陸地之間的水分交換過程，由于廣及全球，故名大循環(huán)，又稱外循環(huán)。 主要特點(diǎn) 貫及全球 垂向交換與水平交換并存 E 滲 P 滲 E 陸P 陸 海洋有致水汽輸送轉(zhuǎn)化為陸地地表或地下徑流

43、小循環(huán) （1）概念 發(fā)生于海洋與大氣之間，陸地與大氣之間水分交換過程。 （2）海洋小循環(huán)，陸地小循環(huán) （3）特點(diǎn) 海洋小循環(huán)。陸地小循環(huán)。 （4）特點(diǎn) 海洋小循環(huán)：垂直交換。 大陸外流小循環(huán)；垂直交換和水平交換 內(nèi)陸小循環(huán) （二）全球水循環(huán)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 如前所述，全球水循環(huán)是由海洋的、陸地的以及海洋與陸地之間的各種不同尺度，不同等級(jí)的水循環(huán)所組合而成的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)。由于這些分子水循環(huán) 系統(tǒng)既緊密聯(lián)系， 相互影響，又相對(duì)獨(dú)立。 所以對(duì)這個(gè)全球性的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)，可以根據(jù)海陸分布，各分子系統(tǒng)的尺度、規(guī)模不同，以及相互之間上下隸屬關(guān)系，建立如圖 2-3 所示的水循環(huán)分子等級(jí)系統(tǒng)。 陸地水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比海

44、洋水循環(huán)系統(tǒng)要復(fù)雜， 而且在四級(jí)以下還可進(jìn)一步區(qū)分，例如長(zhǎng)江流域?yàn)樗募?jí)水循環(huán)系統(tǒng)，漢江作為長(zhǎng)江的一級(jí)支流，就屬于五級(jí)水循環(huán)系統(tǒng)， 而丹江是漢江的支流，是長(zhǎng)江的二級(jí)支流，因而屬于六級(jí)水循環(huán)系統(tǒng)。 四、水體更替周期 （一）概念： 水體的更替周期，是指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所需的時(shí)間，通?？捎孟率阶鹘朴?jì)算： T=W W 式中， T 為更替周期（年或日、時(shí)）； W 為水體總貯水量（米 3）； W 為水體年平均參與水循環(huán)的活動(dòng)量（米 3/ 年）。 舉例：大洋更替周期 W=13.68 10 （二）各種水體更替周期（教材 P44表 21） 五、水循環(huán)的作用與效應(yīng)（地理意義） （一）水

45、文循環(huán)與地球圈層構(gòu)造 水循環(huán)量地球基本物質(zhì)循環(huán)過程 地球圈層的聯(lián)結(jié)紐帶 地質(zhì)大循環(huán) 生物大循環(huán)的動(dòng)力（二）水循環(huán)與全球氣候 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（? ? ? ? 水循環(huán)是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化者。 水循環(huán)通過對(duì)地表太陽輻射能的重新再分配，使不同緯度熱量收支不平衡矛盾得到緩解。 水循環(huán)的強(qiáng)弱、路徑直接影響各地天氣過程及天氣特征。 （三）水循環(huán)與地貌形態(tài)及地殼運(yùn)動(dòng) 流水作用塑造地貌 影響地殼內(nèi)引力的變化 （四）水循環(huán)與生態(tài)平衡 水是生命之源 生態(tài)平衡、生物多樣性影響因素 洪澇、旱災(zāi)

46、等的致害因素（五）水循環(huán)與水資源開發(fā)利用 水循環(huán)與水資源的特點(diǎn) 水資源的合理利用 （六）水循環(huán)與水文現(xiàn)象以及水文學(xué)科的發(fā)展 是水文現(xiàn)象的根源 水文學(xué)科研究的出發(fā)點(diǎn) 第二節(jié) 水量平衡 一、水量平衡概述 （一）水量平衡概念 所謂水量平衡，是指任意選擇的區(qū)域（或水體），在任意時(shí)段內(nèi)，其收入 的水量與支出的水量之間差額必等于該時(shí)段區(qū)域 （或水體）內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。 （二）研究意義 水量平衡研究是水文、水資源學(xué)科的重大基礎(chǔ)研究課題，同時(shí)又是研究和解決一系列實(shí)際問題的手段和方法。因而具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 理論意義 （1）通過水量平衡的研究，可以定量地揭

47、示水循環(huán)過程與全球地理環(huán)境、自然 生態(tài)系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系； （2）是研究水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，分析系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)，降水及徑流等 各個(gè)環(huán)節(jié)相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示自然界水文過程基本規(guī)律的基本方法 （3）水文學(xué)科的核心內(nèi)容 實(shí)踐意義 （1）揭示水循環(huán)與人類活動(dòng)之間的聯(lián)系 （2）水文測(cè)驗(yàn)站網(wǎng)的布局，觀測(cè)資料的代表性、 精度及其系統(tǒng)誤差等分析判斷 的指標(biāo) （3）水量平衡分析又是水資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與供需預(yù)測(cè)研究工作的核心 （4）流域規(guī)劃，水資源利用規(guī)劃 二、通用水量平衡方程 （一）瞬時(shí)通用水量平衡方程 I Q=dsdt ( 二) 某一時(shí)段水量平衡方程 I t-Q t= s 對(duì)于陸地上任一

48、垂直柱體，以地表作為柱體的上界，以地面下某深度處的平面為下界，則可在上述水量平衡基本表達(dá)式的基礎(chǔ)上，列出如下方程式： p+E1+R 表+R 地下 + S1=E2+R表 +R地下 + q + s2 即（ P + R 表 + R 地下） - （E+R表 +R地下 + q ）= s P 為時(shí)段內(nèi)降水量； E1、E2 分別為時(shí)段內(nèi)水汽凝結(jié)量和蒸發(fā)量； R 表和 R 表分別為時(shí)段內(nèi)地表流入與流出的水量； R 地下、R地下分別為時(shí)段內(nèi)從地下流入與流出的水量； q 為時(shí)段內(nèi)工農(nóng)業(yè)及生活凈用水量； s1、s2 分別為時(shí)段始末蓄水量 三、全球水量平衡方程 全球水量平衡系由海洋和陸地水量平衡聯(lián)合組成，分別闡釋如下

49、： （一）海洋水量平衡方程式 如以全球海洋為研究對(duì)象， 則任意時(shí)段內(nèi)的水量平衡方程為： P 海+R-E 海= 海 多年平均狀態(tài)下 s 海 0，所以上式改寫為： P 海+R-E 海=0 （二）世界各大洋水量收支 北冰洋 +0.73 1013m3 太平洋 +0.53 1013m3 大西洋 -1.1 1013m3 印度洋 -0.15 1013m3 （二）陸地水量平衡方程式 外流區(qū)水量平衡方程 P 外-E 外-R 地表 -R 地下 = s 外 對(duì)于多年平均而言 s 外 0 外-E 外-R=0 內(nèi)流區(qū) P 內(nèi)-E 內(nèi)=0 陸地水量平衡方程 多年平均狀況 P 外+P 內(nèi) - （ E 外 +E 內(nèi)） -R=

50、0 即 P 陸 E 陸 R=0 （三）全球水量平衡方程式 (P 陸+P 海 )- （E 陸+E 海） =0 即 P 全球 =E 全球 （四） 世界各種水體動(dòng)態(tài)變化 水體 儲(chǔ)水量變化 海平面變化值 冰川 250 0.7 湖泊 80 0.2 地下水 300 0.8 水庫 +50 -0.1 海洋 +580 1.6 第三節(jié) 蒸發(fā) 一、蒸發(fā)的物理機(jī)制 （一）蒸發(fā)類型 按供水條件蒸發(fā)界面不同進(jìn)行分類 水面蒸發(fā)（1） 供水充分 （2） 發(fā)生界面：水面 土壤蒸發(fā)：發(fā)生在土壤孔隙中水的蒸發(fā)現(xiàn)象 1）供水條件（充分或不充分） 2）發(fā)生界面（土壤表層及內(nèi)部） 植物散發(fā) （二）物理機(jī)制 水面蒸發(fā)物理機(jī)制 1）從分子運(yùn)

51、動(dòng)論的觀點(diǎn)來看， 水面蒸發(fā)是發(fā)生在水體與大氣之間界面上的分子交換現(xiàn)象 2）從能態(tài)理論觀點(diǎn)看，既是水分子交換過程，亦是能量的交換過程 a. 蒸發(fā)潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的水，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)所吸收的熱量。 b.L=2941 2.177T （Jg） 凝結(jié)潛熱 （3）影響水面蒸發(fā)因素、氣象條件 風(fēng) 飽和氣壓差 土壤蒸發(fā)是發(fā)生在土壤孔隙中的水的蒸發(fā)現(xiàn)象（1）供水條件的差異 （2）克服水分子之間的內(nèi)聚力和土壤顆粒對(duì)水分子的吸附力（3）蒸發(fā)使土壤干化 （4）根據(jù)土壤供水條件的差別以及蒸發(fā)率的變化，可將土壤的干化過程劃分為如下三個(gè)階段： 定常蒸發(fā)率階段 a. 完全潮濕表層（充分供水） . 水通過毛管作用，源源不斷地輸

52、送. 蒸發(fā)快速進(jìn)行，蒸發(fā)率相對(duì)穩(wěn)定. 影響因素：氣象因素 蒸發(fā)率下降階段 供水條件 W 含 W 田， 蒸發(fā)率逐漸減小 毛管水上升能力達(dá)不到表土。土壤水主要以薄膜水的形式，由水膜 厚的地方向水膜薄的地方運(yùn)動(dòng) 蒸發(fā)速度明顯低于第一階段 影響因素：土壤含水量 蒸發(fā)率微弱階段 . 供水條件： W 含 W 凋 . 薄膜運(yùn)動(dòng)亦基本停止，下層水汽化向外擴(kuò)散 . 影響因素：上下層水汽壓梯度和水汽所通過的路徑長(zhǎng)短和彎曲程度 植物散發(fā)： 90以上的水分在葉片的氣腔中汽化而向大氣散逸（1）作用勢(shì) 根土滲透勢(shì)：根系中溶液濃度和四周土壤中水的濃度存在梯度差散發(fā)拉力：植物散發(fā)作用而拉引根部水向上傳導(dǎo)的吸力 （2）影響因素

53、 植物類型：葉片氣孔差異 土壤含水量 氣象條件（氣溫、濕度、風(fēng)） 二、影響蒸發(fā)的因素 （一）供水條件 充分供水： WW 田 蒸發(fā)能力（潛在蒸發(fā)量或最大可能蒸發(fā)量）：特定的氣象環(huán)境中，具有充分供水條件的可能達(dá)到的最大蒸發(fā)量（ Ep） Ep=Rt L R：輻射平衡值 t 時(shí)段長(zhǎng) L 蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)能力要隨著太陽輻射、溫度、水汽壓差以及風(fēng)速等條件的變化而不同 E 實(shí)際 Ep （二）動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)因素 動(dòng)力學(xué)因素 （1）水汽分子的垂向擴(kuò)散與水汽含量垂向梯度和水 汽壓梯度有關(guān) （2）大氣垂向?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了大氣和水面飽和水汽壓差 （3）大氣中的水平運(yùn)動(dòng)和湍流擴(kuò)散影響水汽的水平 和垂向交換，影響蒸發(fā)面上的水

54、汽分布，而且也影響溫度和飽和差，進(jìn)而影響蒸發(fā)面的蒸發(fā)速度 熱力學(xué)因素 1）太陽輻射 2）平流時(shí)的熱量交換主要指大氣中冷暖氣團(tuán)運(yùn)行過程中發(fā)生的與下墊面之 間的熱量交換 （三）土壤特性和土壤含水量的影響 不同質(zhì)地的土壤含水量與土壤蒸發(fā)比之間的關(guān)系。砂土 表土 下層土 對(duì)植物散發(fā)的影響 三、蒸發(fā)量的計(jì)算 （一）測(cè)度指標(biāo) 蒸發(fā)量 E 蒸發(fā)率（二）測(cè)算思路 實(shí)測(cè) 經(jīng)驗(yàn)推求 理論推導(dǎo) （三）水的蒸發(fā)量測(cè)定 器測(cè)法 （1）儀器：陸地蒸發(fā)器 蒸發(fā)池 水面漂浮蒸發(fā)器 （2）原理 E= E （E 測(cè)量值， 折算系數(shù)） 經(jīng)驗(yàn)公式法 （1）原理：利用飽和水汽壓、風(fēng)速推測(cè) E = kf(u)(e0 - ez) （2）幾

55、個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式 a.Penman 公式 E=0.35(1+0.2u2)(e0-e2) b.Kuzmin 公式 E=6.0(1+0.21u8)(e0-e8) c. 華東水利學(xué)院 E = 0 22 e - e 1+ 0 31u 0 200 200. ( ) . 2 d. 重慶蒸發(fā)站公式 E=0.14n(e0-e200)(1+0.64u200) 熱量平衡法 （1）原理：水量平衡 熱量平衡 （2）公式推求 Rn- H - He + H a=Hs Rn 為太陽凈輻射（為太陽輻射、反射輻射、水體長(zhǎng)波輻射三者之 間的平衡值）； H 為傳導(dǎo)感熱損失； He 為蒸發(fā)耗熱量； H a 為出入水流帶進(jìn)帶出的熱量平衡值；

56、 Hs 為水體儲(chǔ)熱變量。 H=LE H=H 其中 =H/H （四）土壤蒸發(fā)量的確定 器測(cè)法 （1）儀器：土壤蒸發(fā)器以及蒸滲儀 （2）原理 直接稱重或靜水浮力稱重的方法測(cè)出土體重量的變化 利用土壤含水量與土壤水吸力的關(guān)系來測(cè)定土壤的含水量變化應(yīng)用 射線和中子測(cè)定土壤含水量的變化 經(jīng)驗(yàn)公式法 E =As(e0-ea) E 為土壤蒸發(fā)量； As 為反映氣溫、濕度、風(fēng)等外界條件的質(zhì)量交換系數(shù)； e0 為土壤表面水汽壓， 當(dāng)表土飽和時(shí) e0 等于飽和水汽壓） ；ea 為大氣水汽壓 理論推求 （五）植物散發(fā)量的計(jì)算 實(shí)測(cè)法（ 1）器測(cè)法（ 2）坑測(cè)法 （ 3）顆粒稱重法 分析計(jì)算方法（ 1）水量平衡法（

57、2）熱量平衡法（ 3）散發(fā)模型 ( 六) 區(qū)域（或流域）總蒸發(fā)量的估算 概念 2方法： （1）水量平衡法 Ei=Pi-Ri W （2）水熱平衡法 E P= R LP R LP：輻射干燥指數(shù) 3. 經(jīng)驗(yàn)公式 史拉別爾模型 奧里杰科普模型 希德科模型 第四節(jié) 水汽擴(kuò)散與輸送 一、水汽擴(kuò)散 （一）概念 特點(diǎn) 類型 水汽擴(kuò)散：物質(zhì)、粒子群等的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)展于給定空間的一種不可逆現(xiàn)象 特點(diǎn) 1）存在于大氣和液體中 2）擴(kuò)散過程中伴隨著質(zhì)量轉(zhuǎn)移，還存在動(dòng)量轉(zhuǎn)移和熱量轉(zhuǎn)移 3）結(jié)果：是使不均勻的氣團(tuán)或水團(tuán)趨向一致 4）結(jié)果，是使得質(zhì)量、動(dòng)量與能量不均的氣團(tuán)或水團(tuán)趨向一致 類型 1）分子擴(kuò)散（又稱分子混合）

58、2）紊動(dòng)擴(kuò)散（又稱紊動(dòng)混合） （二）分子擴(kuò)散 概念：水分子由于熱運(yùn)動(dòng)結(jié)果，脫離水面進(jìn)入空中并向四周散逸的現(xiàn)象，就是典型的分子擴(kuò)散 液體水分子擴(kuò)散示意圖 擴(kuò)散方程； 1）擴(kuò)散通量 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積上的擴(kuò)散物質(zhì) 2）E=-K ? ? ? ? ：方向上的濃度梯度 ：擴(kuò)散系數(shù)（常數(shù)）（3）擴(kuò)散過程方程（一維空間） 流入量： E 流出量 E + ? E ? 沿方向上濃度在時(shí)間的變化率 ? ? 質(zhì)量守衡定理： 流入流出 =濃度的變化率 E （ E+ ? E ?） = ? ? E ? ? ?=0 4）三維空間分子擴(kuò)散方程 5）動(dòng)量、能量平衡方程 （三）紊動(dòng)擴(kuò)散 概念：外力作用下，水分子原有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

59、受到破壞， 呈現(xiàn)“雜亂無章的動(dòng)” 特點(diǎn)： （1）速度的空間分布和時(shí)間變化過程都沒有規(guī)律 （2）引起大小不等的渦旋。 這些渦旋也象分子運(yùn)動(dòng)一樣， 呈現(xiàn)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 這種渦旋運(yùn)動(dòng)又稱為湍流運(yùn)動(dòng) （3）導(dǎo)致質(zhì)量、動(dòng)量、熱量趨向均勻 3紊動(dòng)擴(kuò)散方程 （1）在一個(gè)單元空間內(nèi)，濃度不隨時(shí)間變化（ ? ?=0） （2） 恒定情況 ? ?=D?2 ?2+D?2 ?2+D ?2 ? 2 （3）不恒定情況； ? ? +? ?= D?2 ?2+D ?2 ? 2+D?2 ?2 二、水汽輸送 （一）概述 水汽輸送：大氣中水分因擴(kuò)散而由一地向另一地運(yùn)移，或由低空輸送到高空的過程 形成：水平輸送 垂直輸送 渦動(dòng)輸送 大氣

60、環(huán)流輸送 水汽輸送平衡分析 （W1+E1）- （W2+P）=W 水汽輸送集中于對(duì)流層的下半部，最大輸送量： 850900 百帕左右 （二）水汽輸送通量與水汽通量散度 水汽輸送通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一單位面積的水汽量 水汽通量有水平輸送通量和垂直輸送通量之分。通常說的水汽輸送主要是指水平方向的水汽輸送 水汽輸送通量方程 E=1 水汽通量散度 1）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間匯入單位體積或從該體積輻散出的水汽量（單位為克每百帕平方厘米秒） （2）計(jì)算公式 V（） =1/F ?（ qvn L）i/q （三）影響水汽輸送的主要因素 大氣環(huán)流 流量場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)直接影響全球水汽的分布變化：路徑強(qiáng)度 地理位置（緯度） 影響