流域水循环与水量平衡

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,水循环与水量平衡,水循环,水循环基本过程,水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。,3,水循环机理,水循环服从质量守恒定律,循环过程保持连续性，既无开始，也无结束,水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程,蒸发、降水：地面向大气输送热量的过程。每日全球蒸发量为长江年径流量的,1.6,倍，潜热交换量为,1990,年世界发电量的近,100,倍。,降水转化为地表及地下径流：势能动能,4,水循环机理,水循环的基本动力,太阳辐射与重力作用,水循环的前提条件：水在常温常压下液态、气态、固态的三相变化,水循环的制约因素：地理纬度、海陆分布、地貌形态等制约了水循环的路径、规模与强度,5,水循环的类型与层次结构,6,大循环和小循环,大循环：海洋大气大陆海洋（纵向,+,横向）小循环：海洋大气海洋（海洋小循环）,大陆大气大陆（内陆小循环）,水文循环的规律,海洋的蒸发量多于降水量；,大陆的降水量多于蒸发量；,大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡；,大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。,水体的更替周期,水体的更替周期,指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间。通常用下式来估算,式中，,T,为更替周期；,W,为水体总贮水量；,W,为水体年平均参与水循环的活动量,水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标，亦是反映水体水资源可利用率的基本参数。,循环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈大。,8,水循环意义,1,、调节气候；,2,、塑造了地球表面；,3,、形成了巨大的水利资源；,4,、形成一切水文现象。,水循环与全球气候,水循环一方面受到全球气候变化的影响，另一方面它又制约了全球气候。,水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者。如果大气圈中的水汽含量减少一半，地球表面的平均气温将降低,5,；如果完全没有水汽，平均气温将下降,16,。,温室效应：,CO,2,、,CH,4,和,水蒸汽,大气能量的来源,10,水循环与全球气候,水循环的强弱及其路径，会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征。在这方面，海洋环流系统的气候效应表现得最为强烈。,北大西洋暖流,1,月份平均气温要比同纬度亚洲与北美洲的东海岸高出,15,20,。,伦敦,巴黎,哈尔滨,大连,纬度,51,49,45,38,1,月平均气温,4C,3C,-22C,-5C,11,水量平衡,定义,是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。,S,I,Q,IQ=S,质量守恒原理,12,水量平衡方程,水量平衡方程式的通式,式中收入项,I,和支出项,Q,，可视具体情况进一步细分。其简繁程度与所研究的对象以及时段长短有关。,例如，对于多年平均来说，,s0,，可忽略不计；但对于短时段水量平衡方程式而言，蓄水变化量,s,不可忽略,水量平衡方程式是水循环的数学表达式,I,Q=,ds,/,dt,13,水量平衡方程中的符号说明,P:precipitation,降水,ET:evapotranspiration,蒸散发,E:evaporation,蒸发,T:transpiration,蒸腾,R:runoff,径流,S:storage,蓄水量,F:infiltration,下渗量,14,海洋水量平衡方程,P,海,E,海,R,S,海,通用方程：,IQ=S,海洋水量平衡方程：,P,海,+R E,海,=S,海,多年平均：,P,海,+R=E,海,15,陆地水量平衡方程,P,海,E,海,R,S,海,R,地表,R,地下,P,陆,E,陆,通用方程：,IQ=S,陆地水量平衡方程：,P,陆,R,地表,R,地下,E,陆,T=S,陆,S,陆,T,多年平均：,P,陆,-R=E,陆,16,全球水量平衡方程,陆地多年平均：,P,陆,-R=E,陆,海洋多年平均：,P,海,+R=E,海,全球多年平均：,P,全球,=E,全球,E/P,为多年平均蒸发系数,R/P,为多年平均径流系数,17,区域水量平衡方程,R,地表,R,地下,P,E,通用方程：,IQ=S,区域水量平衡方程：,P,陆,+R,地表,+R,地下,R,地表,R,地下,E T=S,S,T,R,地表,R,地下,Q,d,+Q,r,人类活动影响,18,区域水量平衡方程,区域水量平衡方程：,P,陆,+R,地表,+R,地下,R,地表,R,地下,E T=S,闭合外流流域平衡方程：,P,陆,R,地表,R,地下,E T=S,闭合内流流域平衡方程：,P,陆,E T=S,19,区域水量平衡应用,20,研究背景,北京水资源现状,多年平均水资源,37.3,亿,m,3,近年的年平均产水量仅为,22.3,亿,m,3,年用水量为,35.3,亿,m,3,为什么缺水？,21,北京水资源现状,降水量,多年平均降水量,584.7mm,1956-2000,前期平均年降水量,620.6mm,1956-2000,后期平均年降水量,543.6mm,2001-2009,平均年降水量,485.4mm,22,北京水资源现状,径流量,自产水资源量仅,22.33,亿,m,3,，下降,40.3%,，地表水资源量减少到,7.73,亿,m,3,，下降,56.4%,。,入境水量为,3.46,亿,m,3,，下降,78.5%,。,出境水量为,8.03,亿,m,3,，其中含污水,5.6,亿,m,3,23,径流变化原因,24,径流变化原因,以现状年（,2001-2009,年）和多年平均（,1956-2000,年）降水量、径流系数代入计算,北京市因为降水和产流异常导致径流减少量分别为,3.01,亿,m,3,和,6.98,亿,m,3,近年来北京市河川径流量减少的原因中，气候变化的原因为,30.1,，下垫面变化导致产流异常的贡献率为,69.9,。,25,水量平衡计算,水量平衡方程,26,水量平衡计算,降水量,径流量,27,水量平衡计算,蒸散发,28,水量平衡计算,W,为,4.73,亿,m,3,29,