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1、水循环与水量平衡,水循环,3,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。,4,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,5,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：
2、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,6,水循环的类型与层次结构,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。,8,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。
3、循环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈大。,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。,10,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：CO2、CH4和水蒸汽,大气能量的来源,11,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
4、份平均气温要比同纬度亚洲与北美洲的东海岸高出1520。,12,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,13,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,IQ=ds/dt,14,水量平衡方程中的符号说明,P:precipit
5、ation 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,15,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,16,陆地水量平衡方程,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陆,17,全球水量平衡方程,陆地多年平均：P陆-R=E陆,海洋多年
6、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,18,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,Qd,+Qr,人类活动影响,19,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,20,区域水量平衡应用,21,研究背景,北京水资源现状多年平均水资源37.3亿m3近年的年平均产水量仅为22.3亿m3年用
7、水量为35.3亿m3 为什么缺水？,22,北京水资源现状,降水量多年平均降水量584.7mm1956-2000前期平均年降水量620.6mm1956-2000后期平均年降水量543.6mm2001-2009平均年降水量485.4mm,23,北京水资源现状,径流量自产水资源量仅22.33亿m3，下降40.3%，地表水资源量减少到7.73亿m3，下降56.4%。入境水量为3.46亿m3，下降78.5%。出境水量为8.03亿m3，其中含污水5.6亿m3,24,径流变化原因,25,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m3和6.98亿m3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。,26,水量平衡计算,水量平衡方程,27,水量平衡计算,降水量径流量,28,水量平衡计算,蒸散发,29,水量平衡计算,W为4.73亿m3,
