1、關于水資源形成與轉化第一張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月第一節 水分循環和水量平衡 水循環（water cycle):地球上的各種形態的水在太陽輻射、地球重力等作用下，通過蒸發、水汽輸送、凝結降水、下滲和徑流等環節，不斷發生相態轉換和空間位置的轉移過程，稱為水分循環（水文循環）。一、地球上的水分循環第二張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月自然界的水循環是連接大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的紐帶，是自然環境中發展演變最活躍的因素，并形成了地球上的淡水資源。 第三張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 海陸間水循環（大循環或外循環） 內陸水循環（小循環） 海上內循環（小循環） 這

2、種海陸間的水循環又稱大循環，是指海洋水與陸地水之間通過一系列的過程所進行的相互轉化。 它是陸面補水的主要形式。 是指陸面水分的一部分或者全部通過陸面、水面蒸發和植物蒸騰形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陸地上，從而完成的水循環過程。 海上內循環，就是海面上的水份蒸發成水汽，進入大氣后在海洋上空凝結，形成降水，又降到海面的過程。第四張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月水循環的主要環節 水循環是多環節的自然過程，全球性的水循環涉及蒸發、大氣水分輸送、地表水和地下水循環以及多種形式的水量貯蓄。 降水、蒸發和徑流是水循環過程的三個最主要環節，這三者構成的水循環途徑決定著全球的水量平衡，也決定著

3、一個地區的水資源總量。蒸發是水循環中最重要的環節之一。由蒸發產生的水汽進入大氣并隨大氣活動而運動。大氣中的水汽主要來自海洋，一部分還來自大陸表面的蒸散發。 第五張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月徑流是一個地區（流域）的降水量與蒸發量的差值。 多年平均的大洋水量平衡方程為：蒸發量=降水量+徑流量多年平均的陸地水量平衡方程是：降水量=徑流量+蒸發量。 水循環的機理和特點整個水循環過程既無開始也無結尾，是連續的、永無止境的太陽輻射與重力作用是水循環的基本動力全球水循環是閉合系統，但局部水循環是開放系統水循環賦予水體可再生性第六張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月水循環的主要作用聯系的球

4、各圈和各種水體的“紐帶” 調節了的球各圈層之間的能量，對冷暖氣候變化起到了重要的因素 通過侵蝕，搬運和堆積，塑造了豐富多彩的地表形象 地表物質遷移的強大動力和主要載體 調節器雕塑家傳輸帶第七張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月影響水循環的因素 自然因素主要有氣象條件(大氣環流、風向、風速、溫度、濕度等)和地理條件(地形、地質、土壤、植被等)。人為因素對水循環也有直接或間接的影響。 水循環周期大氣中的水汽，平均每8天多循環更新一次全球的河水每年轉化為徑流22次，亦即河水平均每16天多更新一次。第八張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（一）、水量平衡原理 水量平衡原理是研究各種水文要素

5、之間數量關系的基本原理，也是水資源量估算的基本出發點。 水量平衡的基本方程： I-O=S2-S1=SI: 區域在給定時間內收入（輸入）水量；O: 區域在給定時間內支出（輸出）水量；S1和S2:區域在給定時間內的始、末蓄水量；S:區域在給定時間內的蓄水變量；二、水量平衡第九張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（二）、全球水量平衡方程 全球海洋水量平衡方程： P洋+R-E洋=S 公式1P洋 : 大氣降水量；R: 入海徑流量；E洋:蒸發量；S:海洋蓄水變量； 對于多年平均情況，則海洋水量平衡方程： P洋+R=E洋 公式2第十張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 全球陸地水量平衡方程： P

6、陸 - R-E陸=S 公式3 P陸 : 大氣降水量；R: 流出陸地徑流量；E陸:蒸發量；S:陸地蓄水變量； 對于多年平均情況，則陸地水量平衡方程： P陸=R+E陸 公式4 公式2+公式4： P洋+ P陸=E洋 +E陸 P全球=E全球第十一張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（三）、流域水量平衡方程流域：指由分水線所包圍的河流集水區。分水線：流域之間的分水地帶稱為分水嶺，分水嶺上最高點的連線為分水線，即集水區的邊界線，包括山脊線和鞍部。 第十二張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月流域分為：閉合流域和非閉合流域。閉合流域：地上水分水線與地下水分線完全重合。非閉合流域：地上水分水線與地下

7、水分線不一致。對于閉合流域水量平衡方程為： P (R+E)=SR:含地表徑流Rs和地下徑流Rg 多年平均情況： P=R+E 對于非閉合流域水量平衡方程為： P (R+E) = S+ W第十三張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月第二節 地表水資源的形成 水資源主要是指某一地區逐年可以恢復和更新的、可以被利用的淡水資源。 一個地區的水資源總量為當地降水形成的地表和地下的產水量。 地表水是陸地表面的河流、冰川、湖泊、沼澤等水體的總稱。 地表水資源量通常用地表水體的動態水量（河川徑流量）來表示。 降水、徑流、蒸發是決定區域水資源狀態的三個要素。第十四張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 降

8、水（Precipitation）是自大氣云層落下的液體或固體水的總稱，包括雨（Rainfall）、雪(Snow)、露（Dew）、霜（Frost）、霰（Sleet）、雹（Hail）及冰雨（Glaze）等，其中以降雨和降雪為主。 降水是水資源的總補給來源，是開發、利用水資源的重要依據。（一）降水的成因及分類 水汽、上升運動和冷卻凝結是形成降水的三個因素。1、對流雨；2、地形雨；3、鋒面雨；4、氣旋雨一、降水第十五張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（二）降水的基本要素1、降水量：時段內降落在單位面積上的總水量，用mm深度表示。 根據時段可分為日降水量、月降水量和年降水量等。 2、降水持續的時

9、間稱為降水歷時，單位為min、h或d。 3、降水強度為單位時間的降水量，以mm/min或mm/h計。 4、降水籠罩的平面面積為降水面積，以km2計。 5、暴雨集中的較小的局部地區，稱為暴雨中心。第十六張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（三）流域平均降水量的計算 常用的區域平均降水量計算方法有：算術平均法、泰森多邊形法和等雨量法三種。1. 算術平均法（均值法） 適用于流域內地形起伏不大、雨量站稠密且分布均勻。 P（p1p2pn）/nP：流域平均降水量；Pi ：各雨量站的同期降水量；n：流域雨量站數。第十七張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月2. 泰森多邊形法（垂直平均法） 美國氣候

10、學家AHThiessen 提出了一種根據離散分布的氣象站的降雨量來計算平均降雨量的方法，適用于流域內地形起伏不大、雨量站稠密且分布不均勻。（若區域內有高大山脈，此法誤差較大）。步驟：連結各測站，構成三角網。在雨量站分布圖上，將區域內及其區域附近的雨量站用直線兩兩相連，構成許多三角形（包括鄰近流域的測站），形成三角形網。然后對每個三角形各邊作垂直平分線，這些垂直平分線將區域分成以各測站為核心的若干個多邊形。以各個測站對應的多邊形在研究區域內的面積作權數，乘以雨量站的降雨量，然后取其平均值即為區域平均降水量。假定每個雨量站的控制面積即為此多邊形面積（區域邊界內）。 第十八張，PPT共四十八頁，創作

11、于2022年6月 流域內平均降水量計算公式： f1P1+f2P2+fnPn P= f1+f2+fn第十九張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月3. 等雨量線法 一般說來，等雨量線是計算區域平均雨量最完善的方法。它的優點是考慮了地形變化對降水的影響，因此對于地形變化較大（一般是大流域）、流域內又有足夠數量的降水觀測站，能夠根據降水資料結合地形變化繪制出等雨量線圖，則應采用本方法。步驟：（1）繪制降雨量等值線圖；（2）用求積儀或其他方法測算出相鄰等雨量線間的面積fi，用fi除以區域總面積得出各相鄰等雨量線間面積的權重；（3）以各相鄰等雨量線間的雨深平均值乘以相應的面積權重即得權雨量； （4）將

12、各相鄰等雨量間面積上權雨量相加即為區域平均雨量。第二十張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 計算公式如下： P=f1p1/F + f2p2/F .+fnpn/Ff1,f2.fn各相鄰等雨量線間的面積（hm2）p1 ,p2.pn為各相鄰等雨量間的雨深平均值（mm）F區域總面積（hm2或km2）P區域平均降水量(mm) 等雨量線法考慮了降水在空間上的分布情況，理論上較充分，計算精確度較高，并有利于分析流域產流、匯流過程。 缺點是對雨量站的數量和代表性有較高的要求，在實際應用上受到一定限制。第二十一張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 蒸發是指地球表面的液態或固態水分變成大氣中的水汽所有

13、過程的總稱。 按照性質不同，流域蒸發可以分為水面蒸發（包括冰雪面）、土壤蒸發和植物散發。 陸地蒸發：包括土壤蒸發和植物散發。 流域(區域)總蒸發：包括各部分蒸發和散發總和。 大陸上一年內的降水約有60%消耗于蒸散發，顯然蒸散發是水循環的重要環節。對陸地水來講，蒸散發是降水轉變為徑流過程中的一項主要損失。二、蒸發第二十二張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（一）蒸發的物理機制水面蒸發包括兩個過程水分化汽和水汽擴散。2. 土壤蒸發包括三個階段：定常蒸發率階段（屬于飽和面蒸發）、蒸發率下降階段、蒸發率微弱階段。土壤蒸發的確定方法：水汽輸送法、能量平衡法、水量平衡法、 器測法、經驗公式法等。3.

14、 植物散發 第二十三張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（二）蒸發的表示方法蒸發量一定時間內，水分經蒸發而散布到空氣中的水量。2. 蒸發率單位時間、單位面積內的蒸發量。3. 蒸發力指在充分供水條件下，某一蒸發面的蒸發量（即同一氣象條件下可能達到的最大蒸發率）也稱為潛在蒸發量或最大可能蒸發量Em。計算：彭曼公式和布德科公式 E0=（R/L）+Ea）/（+） 第二十四張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（三）流域總蒸發量的計算方法：水量平衡法、水熱平衡法和經驗公式法。1.水量平衡法當區域內有較長時段的降雨、徑流資料時，任意時段區域水量平衡方程的基本形式： Ei=Pi-RiWEi：總蒸發

15、量Pi：降雨量Ri：徑流量W：時間段內流域蓄水量的變化量第二十五張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月適用于：當時段內流域的蓄水量變化甚微時，如計算多年平均總蒸發量；較大區域，也常用于檢驗其他方法的標準。 當時間段內 W變化較大時（課本圖2.6），根據流域的蓄水情況，可將區域蒸散發分為三個階段： Em WWa E= 1-(1-C)(Wa-W)/(Wa-Wb) Em Wb W Wa CEm W Wb E:流域蒸散發量Em：流域蒸散發能力W:流域蓄水量C:小于1的系數，一般取值0.15-0.05第二十六張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月蒸散發能力計算公式（桑斯威特公式）： Em=16b

16、(10T/I)a I=ij i=(T/5)1.514T:月平均氣溫I：年熱能指數i:月熱能指數a,b:函數與修正系數第二十七張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月2. 水熱平衡法一般表達式： E/P =(R/LP)3. 經驗公式史拉別爾、奧里杰科普、布德科等人提出經驗公式。（四）干旱系數 年蒸發能力與年降雨量之比。第二十八張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 在當前的技術經濟條件下，徑流則是可以長期開發利用的水資源。河川徑流的運動變化，又直接影響著防洪、灌溉、航運和發電等工程設施。因而徑流是人們最關心的水文現象。 （一）徑流含義及其組成徑流（runoff）：流域內的大氣降水，除掉部分

17、被蒸發等耗損外，其余的在重力和靜水壓力作用下沿著流域地表面和地下匯入河網，并向出口斷面匯集和輸送的全部水流。三、徑流第二十九張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月 按照流經途徑的不同，徑流分為：地表徑流、壤中流、地下流。（二）徑流特征值1. 流量Q 流量是指單位時間內通過某一橫斷面的水量，常用單位為m3/s。其計算式： QAV式中，A為過水斷面面積（m2)；V為斷面平均流量（m/s）。第三十張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月水位與流量的關系： 河流水位的變化，從本質上看是河流流量的變化，流量增大，水位升高；流量減小，水位降低。因此，水位變化實質上是流量變化的外部反映和表現；另一方面

18、，流量大小可以通過水位高低反映出來，即二者呈某種函數關系Q=f(H)，水位升高，流量增大。即Q=f(H)呈單調遞增函數。第三十一張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月(2) 徑流總量W 是指在一定時段內通過河流某一橫斷面的總水量（一般指出口斷面）。常用單位為m3，其計算式為： W = QT 式中：Q為流量（m3/s）；T為時段（如日、月、年等）長。(3) 徑流深度R 是指單位流域面積上的徑流總量。也就是把徑流總量平鋪在整個流域面積上所得到的水層深度。通常用mm作為單位。W：為徑流總量（m3）；F：為流域面積（km2）；第三十二張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月(4) 徑流模數M 是

19、指單位時間在單位流域面積上的產水量。常用單位為dm3 / (s km2），其計算式為： M = 1000 Q/F 式中：Q為流量（m3/s）；F：為流域面積（km2）； 1000為單位換算系數（即lm3水為l000dm3）。 徑流模數最能說明與自然地理條件相聯系的徑流特征。通常用徑流模數來比較不同流域的單位面積產水量。(5) 徑流系數（a）指任一時段的徑流深度（徑流總量）與該時段的降水量（或降水總量）之比值。(6) 模比系數 (徑流變率) K 是指某一時段徑流值（Mi, Qi或Ri）與同時段多年平均徑流值（Mo, Qo或Ro ）之比。第三十三張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（三）徑流

20、形成過程 指從降水開始到水量流出河流出口斷面為止的整個物理過程，稱為徑流形成過程。 常將降雨徑流形成過程概化為四個階段：流域降雨階段、流域蓄滲階段、流域產流和漫流階段、河網匯流階段。流域降雨階段流域蓄滲階段 通常通常把降雨開始之后，到地表徑流產生之前，降雨的截留、下滲、填洼及蒸散發等雨水的耗損過程概化為流域的蓄滲階段（停蓄階段）。第三十四張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月3. 坡地產流和漫流階段產流：當流域內的降雨量滿足了流域蓄滲之后，若降雨持續進行，則開始產生地表或地下徑流。包氣帶：指地表面與潛水面之間的巖石土壤層帶，是由巖石土壤（包含風化殼）構成的有孔介質蓄水體。包含有空氣，為水、

21、土、氣三相系統 。飽水帶：包氣帶以下即地下水面以下飽含水分的巖石土壤層帶，為水、土二相系統。第三十五張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月直接徑流：壤中流和地表徑流相互轉化，將二者合稱為直接徑流。基流：地下徑流運動慢，變化也慢行，補給河水的地下徑流平穩而持續時間長，構成河流的基流。4.河槽集流階段（河網匯流） 由降雨產生的地表徑流Rs、壤中流Rss和地下徑流Rg通過不同路徑注入河網后，在河網內沿河槽由上游向下游作縱向的流動和匯集，直到最后流出出口斷面的整個物理過程，稱為河槽集流或河網匯流。它是降雨徑流形成的最終環節。第三十六張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月河網調蓄（河槽調節）：在

22、漲水段河網（河槽）滯蓄一部分水量，而退水段河網蓄水消退。在徑流形成中通常把從降雨開始，到地表徑流和壤中徑流產生的過程，稱為產流過程；而把坡地匯流和河網匯流過程，統稱為流域匯流過程 。第三十七張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月第三節 地下水資源的形成相對地表水而言，埋藏地表面以下各種巖石土層空隙中的水。狹義地下水存在于飽和帶巖土層中的重力水。重力水又稱為自由水（free water）:指巖土中在重力作用下自由運動的地下水。一、地下水的形成第三十八張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月地下水形成必須具有兩個條件：一、水分來源；二、要有儲存水的空間。（一）地下水的水源條件1、滲入水大氣降

23、水和地表水2、凝結水大氣水汽和包氣帶巖石土壤空隙中水汽凝結3、埋藏水和除生水第三十九張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月（二）地下水的儲存條件巖石土壤層中的空隙是地下水儲存的空間。空隙：孔隙、裂隙、溶隙空隙度：巖石中空隙的體積與巖石總體積的比值。巖石的水理性質：指巖石與水接觸后表現出的有關性質，即與水分儲容和運移有關的性質。包括：（1）容水性；（2）持水性；（3）給水性；（4）透水性K(三) 含水層和隔水層飽和帶內的巖石土層按照透過和給出水的能力分為含水和隔水層。第四十張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月(1) 含水層:指能夠給出并透過相當數量水的飽和巖石土層。(2) 隔水層：指那些即不能給出又不能透過水的巖石，或者它給出或者透過的水量都極少。第四十一張，PPT共四十八頁，創作于2022年6月構成含水層必須具備三個條件：a. 巖層要具有能容納重力水的空隙b. 具有儲存和聚集地下水的地質條件 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，以免水全部流空。只有 這樣才能使運動在巖層空隙中的地下水長期儲 存下來，并充滿