水循环及水资源形成.ppt

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1、,第2章 水循环及水资源形成,2.2.1 地表水资源的类型与形成,2.1.1 地球水的储存,2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,2.1.2 地球水的循环2.1.3 水量平衡,2.2 水资源的形成,2.1 水的储存、循环与水量平衡,第2章 水循环及水资源形成2.1 水的储存、循环与水量平衡 2.1.1 地球水的储存,一、水的储存 1、水圈：水圈指的是由地球表面所有的水构成的圈层，包括地表水、地下水及大气中的液态水、固态水和气态水。水圈的厚度只是地球表面很薄的一层,水圈内全部水体占全球面积的70.8%，海洋水为占全球总储量的96.5。海水是水圈的主体，它在水圈中的水量最大。2、水体组成 地球总

2、水储量中，海水、湖泊咸水和地下水的咸水占97.47%，剩下的淡水约占全球水储量的2.53。淡水中有69.56%为固体状态，大部分存在于两极冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中，难以利用；其次为地下水，占淡水总量的30.1，主要分布在地面至深度2000m的地壳中；其余为湖泊、沼泽、河流中的淡水。（见下图）,海洋水96.53%,陆地咸水0.94%,陆地淡水2.53%,冰川68.69%,地下淡水30.06%,其他淡水1.25%,永冻土底冰0.86%,湖泊淡水0.26%,地球上的水体组成,河水仅占水体总量的0.0001518%,第2章 水循环及水资源形成2.1 水的储存、循环与水量平衡 2.1.2 地球

3、水的循环,一、地球水的循环 1、自然循环 大循环:大气-水圈-岩石圈 小循环:陆地或海洋本身的水单独进行的循环 2、人为水循环 受人类生产、生活的影响，径流部分主要参与自然循环，同时还参与人为循环，回归水对径流量和径流水质发生改变。（1）回归水质量状况：循环水质：区域河流或地下水污泥 循环水量：江河、湖水量减少，甚至干涸，地下水位下降，径流条件发生重大改变。,第2章 水循环及水资源形成2.1 水的储存、循环与水量平衡 2.1.2 地球水的循环,（2）不可复原水 不可复原水量越大，对自然径流量影响越大，影响一系列环境与生态灾害。人为水循环对自然径流的干扰与改造直接影响水文的良性循环。人为循环示意

4、图：,第2章 水循环及水资源形成2.1 水的储存、循环与水量平衡 2.1.2 地球水的循环,3、水循环的作用：（1）通过形态变化，起到输送热量和调节气候的作用；（2）不断循环更新为淡水资源的不断再生提供条件；（3）水不断的得到更替和净化。4、各种循环比较,自然循环示意图,海上内循环示意图,蒸发,降水,蒸发,内陆循环示意图,第2章 水循环及水资源形成2.1 水的储存、循环与水量平衡 2.1.3 水量平衡,一、水量平衡 概念:地球上任一区域在一定时间内，进入的水量与输出的水量之差等于该区域的储水量变化(质量守恒定律)1、全球水量平衡(1)陆地 Es+R=PL(2-1)(2)海洋 EH-R=PL(2

5、-2)(3)全球水量平衡方程 E=P(2-3)结论：全球多年平均年蒸发量等于多年平均年降水量,二、水量平衡示意图,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,一、地表水的类型 地表水亦称陆地水，是指各种固态、液态水的总称，包括河流、冰川、湖泊和沼泽四种水体，它是人类生活用水的重要来源之一，也是水资源的主要组成部分。二、地表水的形成 陆地表面的基本水源来自大气降水。从海洋上蒸发的水汽，被气流输送到陆地上空，其中一部分从陆地上空流走，形成过境气流；另一部分在陆地上空冷凝，形成固、液形态的大气降水，大气降水落到地表，除一部分被截留、蒸发和渗入地下外，其余在地表

6、形成冰川、湖泊、沼泽和天然河流等形式的地表水，此外还有极小一部分组成了生物水。降水、径流、蒸发是决定区域水资源状态的三要素。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,1、降水 我国降水主要表现为时空分布的极端不均匀性 降水量的年际变化程度用降水量的极值比Ka或年降水变异(变差)系数Cv值来表示。a）年降水量的极值比Ka计算公式：说明:Ka值越大，降水量年际变化越大 Ka值越小，降量年际变化越小，降水量年际越均匀,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,我国年降水量变化最大的地区是华北和西北地区，丰水年与枯水

7、年比值为35倍，最大可达10倍；南方湿润地区降水量的年际变化比较均匀，丰水年为枯水年的1.52.0倍，其中最适宜保持环境生态系统平衡的Ka值为1.2左右。b）年降水量变差系数Cv）均方差：）变差系数Cv：,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,III）说明：年降水量的变差系数Cv为多年年降水量均方差与平均年降水量之比，比值越大，表示年降水量的年际变化越大，反之就越小。我国南方湿润地区是全国年降水量变差系数变化最小的地区，一般在0.2以下，但东南沿南海某些经常遭受台风袭击的地区，由于受台风暴雨的影响，Cv值一般在0.25以上，淮河流域、黄河流域及华北

8、地区，变差系数值介于0.250.35之间，东北的东部为0.200.25之间，西部为0.250.30之间，我国西北大部分地区值在0.40以上。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,2、径流 1)概念：流域上的降水，除去损失后，经由地面和地下途径汇入河网，形成流域出口断面的水流，称为河流径流，简称径流。径流形成过程:降雨过程 扣除损失 蓄渗过程 坡地漫流 集流过程 2)径流的分类:a、按空间的存在方式分:地表径流与地下径流 b、按形成水源的条件:降雨径流、雪融水径流和冰融水径流 表征径流的特征值:流量Q、径流总量Wt、径流模数M、径流深度Rt、径流系

9、数。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,3)河流径流的补给来源：(1)雨水补给 产生雨水补给的条件:降雨强度大于土壤入渗强度时产生地表径流，此类河流受降水年际和年内分配影响明显。(2)地下水补给 地下水补给是经过地下水的调节作用后再对河川径流的补给，可以使河川径流的水情和季节分配发生了重要的变化。我国冬季降水稀少，这时河流几乎全靠地下水补给，占河流径流总量的25-30。(3)冰川、融雪水补给 流域表面的积雪、冰川，至次年春季随着气候转暖而融化成水，补给河流而形成春汛。此种补给类型在全国所占比重不大，水量有限，但主要发生在春季，这时正是农业生产上

10、需水的季节，这对北方地区春季农业用水有着重要的意义(只占河流径流总量的1.9%）。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,（4）湖泊、沼泽水补给 有些湖泊是河流的源头，有些湖泊与河流相通，深度较大，对河流水量起调节作用。沼泽水补给，对河流水量的调节作用不明显，补给的水量也比较小。3、蒸发 概念:液体或固态水转化为气态水，并逸入大气的过程。可分为水面蒸发和陆面蒸发。水面蒸发主要反映当地的大气蒸发能力，与当地降水量的大小关系不大，主要影响因素是气温、湿度、日照、辐射、风速等。陆面蒸发主要是指某一地区和流域内河流、湖泊、塘坝、沼泽等水体蒸发、土壤蒸发以及

11、植物蒸腾量的总和。对于闭合流域:陆面蒸发量流域平均降水深流域平均径流深。因此路面蒸发受降雨与蒸发条件的制约。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.1 地表水资源的类型与形成,干旱指数:是衡量一个地区降水量的多与寡、进行水资源分析的一个重要参数。干旱指数表示某一特定地区的湿润和干旱程度。值大于1.0，表明蒸发量大于降水量，该地区的气候偏于干旱，值越大，干旱程度就越严重。干旱指数在地区上的变化范围很大，干旱指数的地区分布与年降水量、年径流深的分带性有密切的关系。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,一、地下水的形成 概念：埋藏

12、在地表以下空隙中的水称之为地下水。1、岩石中水的形式(1)结合水：包括吸着水和薄膜水。都是受颗粒表面的静电引力作用而被吸附在颗粒表面，它们的含量主要取决于岩石颗粒的表面积大小，岩石颗粒越细，其颗粒表面的总面积就越大，结合水的含量也越多；颗粒粗时，则相反，不能取出、也不能利用。(2)毛细水：是储存于地下水位以上岩石的毛细管孔隙和细小裂隙之中，基本上不受岩石颗粒表面静电引力的作用的水。属于半自由水，毛细管水只能进行垂直运动，可以传递静水压力。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,（3）重力水：当薄膜水的厚度不断增大时，岩石颗粒表面静电引力逐渐减弱

13、，当引力不能支撑水的重量时，液态水在重力作用下就会向下运动。当岩石的全部空隙为水饱和时，其中能在重力作用下自由运动的水都是重力水。重力水只受重力作用的影响，可以传递静水压力，有冲刷、侵蚀作用，能溶解岩石。（4）气态水：以水蒸气状态存在于末饱和的岩石空隙中的水。气态水本身不能直接开采利用，也不能被植物所吸收。（5）固态水：当岩石的温度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，而成为固态水。在我国北方地区的冬季，在地表以下一定深度内形成冻土层，分布着季节性固态水，在少数寒冷地区地下水会终年以固态的形式存在。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规

14、律,2、含水层与隔水层（二者的划分是相对的）(1)含水层:是指能够透过并给出相当数量水的岩层。(2)隔水层:是指不具透水和给水能力的岩层。1)形成含水层的基本条件 岩层要具有容纳重力水的空隙，能储存并给出地下水。具有储存和聚集地下水的地质条件:岩层下有隔水层，使水不能向下漏失，水平方向有隔水层阻挡以免全部流空。具有充足的补给水源：自由出入空间、适当地质条件和充足的补给水源,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,2)含水层的类型,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,2、地下水的类型 按地下水的埋

15、藏条件可把地下水分为三大类：上层滞水、潜水、承压水。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,（1）上层滞水 A、包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。B、其含水层厚度不大，只形成暂时性积水。C、因为补给完全靠大气降水和地表水补给，因此水量受季节性影响非常明显，有时甚至完全被蒸发掉。应用:因此当隔水层范围小时，干旱季节干枯无水，只有隔水层范围大时才可以做小型水源，但因接近地表，容易被污染。（2）潜水 饱水带中第一个具有自由表面的水带。特征:A、具有自由表面 B、由高水位向低水位流动,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2

16、 地下水资源的形成与运动规律,C、分布区与补给区一致(通过包气带与地表相连)D、水位、流量、化学成分随地区、时间不同而不同。应用:分布范围广、补给来源广(地表河流、大气降水、凝结水等)，含量 丰富，埋藏浅、易开采；但因含水层之上无连续隔水层分布，故水体易污染 和蒸发。（3）承压水 充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。特征：A、有稳定的隔水顶板存在，无自由水面，水体承重静水压力(与有压管 道水流相似)。B、埋藏区与补给区不一致。C、较深，受水文气象、人为因素、季节因素影响小，是理想的水源。D、补给:外露地表时主要靠降水、地表水、上部潜水渗流补给。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水

17、资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,3、地下水类型的概念 地面以下土层可以分为包气带和饱水带。包气带土层中含有空气，没有被水充满，其中含的水叫做土壤水；饱水带土壤空隙被水充满，含水量达到饱和，饱水带中的水即为地下水。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,4、地下水循环(1)含水层和含水系统通过补给，从外界获取水量，径流过程中水由补给水输送到排泄水，然后向外界排出，这种补给、径流、排泄无限重复进行，构成了地下水循环。补给:含水层从外界获取水量的过程。补给来源:大气降水、地表渗水、凝结水(大气、土壤中水汽的凝结)、人工补给。径流:

18、地下水在岩石空隙中流动过程称为径流.(在重力作用下由高水位向低水位流动)排泄:含水层失去水量的过程叫排泄。排泄的方式:泉、河流、蒸发、人工排泄等。(2)人工补给(水资源保护的一种很好的方法),第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,二、地下水运动的特点及基本规律 1、地下水运动特征 地下水运动通道因岩石空隙的复杂而十分曲折复杂，主要表现为:(1)迟缓的流速 河道或管网中水的流速一般为1m/s左右，或几m/s以上。地下水由于在曲折的通道中进行，由于摩擦阻力较大因此水头损失较大、流速缓慢，一般以m/d来表示其流速，均为每日几m或1m，故常给人以静止的

19、感觉，一般称为渗流。(2)层流、紊流 地下水大多水质点有序、相互平行不混杂而呈层流运动，当遇到大石、大孔以及大洞时呈现无序的紊流运动，如人工开采时取水构筑物处由于A小而V很大呈紊流区。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,2、地下水运动的基本规律:(1)线性渗透定律达西定律(层流)：V渗透速度(m/d)K渗透系数，反映各种岩石透水性能的参数 J水力坡度(单位渗透途径上的水头损失)说明:渗透速度与水力坡度的一次方成正比.(2)非线性渗透定律哲才公式(谢才公式):公式各项含义同达西定律。说明:紊流运动规律是水流的渗透速度与水力坡度的平方根成正比。,第2章 水循环及水资源形成2.2 水资源的形成 2.2.2 地下水资源的形成与运动规律,(3)混合流运动斯姆莱公式 m系数，变化范围(12)m=1达西定律 m=2谢才公式,