【正文】 第一章 地球上的水及其循環(huán) 主講教師：王 濤 Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學基礎(chǔ) Company Logo （ 1） 定義 指發(fā)生于大氣水 、 地表水和地殼巖石空隙中地下水之間的水循環(huán) 。 – 水文循環(huán)示意圖 ——環(huán)節(jié)或要素 （ 2）水文循環(huán)的劃分 – 循環(huán)路徑不同： 大循環(huán)（海 陸）與小循環(huán)（海 海，陸 陸） – 時空尺度不同： 全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)，水 土 生系統(tǒng)水文循環(huán) 水文循環(huán) Hydrologiccycle 水文循環(huán) 環(huán)節(jié) ? 蒸發(fā) 蒸發(fā)是水分通過熱能交換從固態(tài)或液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)的過程，是水分從地球地面和水體進入大氣的過程。 ? 水氣輸送 水汽輸送，是指大氣中的水汽由氣流攜帶著從一個地區(qū)上空輸送到另一個地區(qū)的過程。 ? 凝結(jié)降水 降水是水汽在 大氣層 中微小顆粒周圍進行凝結(jié)，形成雨滴，再降落到地面的過程。 ? 下滲 下滲是指降落到地面上的雨水從地表滲入土壤內(nèi)的運動過程。 ? 徑流 徑流又稱為河川徑流，亦即地表徑流和地下徑流、壤中流之和。 Company Logo 通用水量平衡方程 （ 1） 水文學 （ 水文地質(zhì)學 ） 研究的基本原理 質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律為基本原理 （ 2）通用水量平衡方程： 區(qū)域 —時段 —各要素 I = O + (W1 W2) = O + △ W 其中， I ：時段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的各種水量之和 O ：時段內(nèi)輸出區(qū)域的各種水量之和 △ W =W1 W2： 區(qū)域內(nèi)時段始末的儲水量 不同區(qū)域、不同研究對象可以寫出具體的水量平衡方程式 （ 在 地下水均衡中介紹 ） 水量平衡 Water balance Company Logo 水文循環(huán)的作用： 通過循環(huán) — 水的質(zhì)量得以凈化 、 水的數(shù)量得以再生 水資源不斷更新與再生 ， 可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用 ── 也是可持續(xù)發(fā)展保證 水文循環(huán)的作用 Company Logo 對水文循環(huán)有顯著影響的氣象 、 水文因素主要有 :氣溫 、氣壓 、 濕度 、 降水 、 蒸發(fā) 、 徑流 。 氣溫 （ 1） 氣溫產(chǎn)生的原因 ? 大氣直接吸收太陽輻射熱 ： 僅占太陽輻射熱的 15%； ?大氣吸收地表輻射能量 ： 43%的太陽輻射到達地面 ， 地表接受太陽輻射增溫后 、 再向大氣輻射能量 ， 此部分能量絕大部分為大氣吸收而增溫 。 ?大氣與地表直接接觸 ：由于熱傳導(dǎo) 、 對流而升溫這更是大氣增溫的主要原因 。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 氣溫 （ 2） 氣溫的時空變化 ? 時間上的變化 : 晝夜變化、季節(jié)變化和多年變化； ? 空間上的變化 : 水平方向和垂直方向 水平方向，同一高度上，從赤道向兩極由高到低 。 垂直方向，同一地點 ,不同高度上氣溫不同 ,在對流層內(nèi) ,一般每升高 100M,氣溫降低 ℃ 。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 氣壓 （ 1） 概念 指大氣的質(zhì)量施加在地表或地表上的物體之上時而產(chǎn)生的壓力。單位 :mm水銀（ Hg）柱高度。 在標準狀態(tài)下 ,(即氣溫為 0℃ ,緯度 45176。 的海平面上 )氣壓為 760 mm水銀（ Hg）柱高度，約相當于 105Pa。 （ 2）氣壓的空間變化特征 ? 垂向上的變化 :隨高度增加 ,氣壓下降。 ? 水平方向上的變化 :由地表的熱力狀況決定 ,地表的溫度越高 ,則氣壓越低 ,相反 ,地表的溫度越低 ,則氣壓越高。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 濕度 （ 1） 概念 指大氣中的水汽含量 。 由于水汽既有重量 ，又有壓力 ， 因而其既可用重量單位表示 ， 也可以用壓力單位表示 。 （ 2）濕度的分類 絕對濕度和相對濕度 ? 絕對濕度： 指某一地區(qū)在某時刻空氣中的水汽含量。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 濕度 （ 2） 濕度的分類 ? 絕對濕度： 指某一地區(qū)在某時刻空氣中的水汽含量。 ? 采用重量單位表示 時 ,單位為 g/cm3, 常用代號 m； ? 采用壓力單位表示 時 ,單位為 mmHg，常用代號 e。 ? 絕對濕度只能說明某一時刻空氣中水汽含量的多少 ,而不能反映出空氣中水汽含量達飽和的程度 ,于是又提出了 相對濕度的概念 。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 濕度 （ 2） 濕度的分類 ? 相對濕度： 指絕對濕度與飽和水汽含量之比，常用代號 r。 式中： e、 m代表絕對濕度 ； E、 M代表飽和水汽含量。 ? 飽和水汽含量： 指某一溫度條件下，空氣中可以容納的最大水汽數(shù)量。 采用重量單位表示時，常用代號 M； 采用壓力單位表示時，常用代號 E； 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 %100%100 ???? MmrEer 或 Company Logo 濕度 （ 2） 濕度的分類 ? 飽和水汽含量與溫度關(guān)系： （見表 12 P11） 一般規(guī)律：隨氣溫升高，飽和水汽含量增大；反之，則減小。 ? 相對濕度與溫度間關(guān)系： 假設(shè)絕對濕度不變的前提下： 溫度增加，飽和水汽含量增加，則相對濕度降低； 溫度下降，飽和水汽含量降低，則相對濕度增加。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 濕度 （ 2） 濕度的分類 ? 露點 指當溫度下降至某一值時，水汽含量達飽和， 亦即 =100%=1，此時的氣溫就叫露點，若溫度繼續(xù)下降，則空氣中過剩的水汽將凝結(jié)形成不同形式降水。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 %100%100 ???? MmrEer 或Company Logo 蒸發(fā) （ 1） 概念 指常溫下 ， 水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進入大氣的過程 。 （ 2） 類型 有 土面蒸發(fā) 、 水面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā) （ 蒸騰 ） 。 ? 通常用水面蒸發(fā)量的大小表示一個地區(qū)的蒸發(fā)強度。氣象部門測定蒸發(fā)量的方法是：用蒸發(fā)皿裝上水，測定一定時期內(nèi)的蒸發(fā)水量，并用水柱高度的 mm數(shù)表示，如：北京的多年平均年蒸發(fā)量為 1102mm。 ? 氣象部門提供的蒸發(fā)量只反映一個地區(qū)蒸發(fā)的相對強度，而不能代表一個地區(qū)的實際蒸發(fā)水量，因為一個地區(qū)不全是水面，且用小直徑蒸發(fā)皿測得的蒸發(fā)量比實際水面蒸發(fā)量又偏大許多。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 蒸發(fā) （ 3） 影響水面蒸發(fā)速度 、 強度的因素 ? 主要有 氣溫、氣壓、濕度、風速 等，其中主要取決于 氣溫與絕對濕度的 對比關(guān)系，更具體地講，主要取決于相對濕度的大小，相對濕度越小，飽和差越大，則蒸發(fā)速度越快。 飽和差： 飽和水汽含量與絕對濕度之差。 公式： d=Ee 飽和差越大，則蒸發(fā)越大。 ? 風速 是影響蒸發(fā)的另一重要因素，風將水面上蒸發(fā)出的水汽帶走，從而可以大大加快蒸發(fā)的速度與強度。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 降水 （ 1） 概念 ? 指空氣中的水汽含量達到飽和狀態(tài)時，超過飽和限度的水汽便凝結(jié)，并以液態(tài)或固態(tài)的形式降落于地面，這就是降水。 ? 降水的形式 有：雨、雪、冰、霜等。 （ 2）降水量 ? 氣象部門用雨量計測定降水量，以某地區(qū)在某時間段內(nèi)的降水總量平鋪于該區(qū)地面得到的水層高度 mm數(shù)表示。 ? 降水量 數(shù)據(jù)是一個實際量，在計算含水層的降水入滲補給量時，經(jīng)常使用。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 降水 （ 3） 天氣 、 氣候的概念 ? 天氣： 指某地區(qū)在某時刻（或短暫的時間段內(nèi)如 1小時，幾小時， 1天等）各種氣象因素綜合影響所決定的大氣物理狀態(tài) ? 氣候： 指某區(qū)域的天氣平均狀態(tài)，一般指多年平均狀態(tài)，并以氣象要素的多年平均值表征，稱為該區(qū)域的氣候。 Company Logo 徑流 （ 1） 有關(guān)概念 ? 徑流： 指降落于地面的降水在重力作用下，沿地表或地下流動的水流 ， 分為 地表徑流與地下徑流 。 ? 水系： 指匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成的一個地表徑流系統(tǒng)。 ? 流域： 指一個水系的全部集水區(qū)域，流域范圍內(nèi)的降水通過各級支流匯注于干流。 ? 分水嶺： 指相鄰兩個流域之間地形最高點的連線，這是地表水的分水嶺。 地表水系、流域和 分水嶺同樣可用于地下水。 Company Logo 徑流 （ 2） 徑流要素 （ 主要針對地表徑流 ， 但對地下徑流也可以適用 ） ? 流量（ Q）： 單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為 m3/s，公式為： Q=FV 式中： F：斷面面積 V：斷面的平均流速 ? 徑流總量（ W）： 某時段 T內(nèi)，通過河流某一斷面的總水量，單位為 m3 W=QT 式中： Q：流量（ m3/s）； T：時間（ s） 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 徑流 （ 2） 徑流要素 （ 主要針對地表徑流 ， 但對地下徑流也可以適用 ） ? 徑流模數(shù)（ M） ： 單位流域面積平均產(chǎn)生的流量，單位為 L/sKm2 式中： F：流域面積（ Km2） Q：流量（ m3/s） ? 徑流深度（ Y） ： 計算時段內(nèi)的總徑流量均勻分布在測站以上整個流域面積上所得到的平均水層厚度，單位： mm 式中： W：計算時段內(nèi)的徑流總量（ m3） F：測站以上的整個流域面積（ Km2） 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 310??FQM310 ???FWYCompany Logo 徑流 （ 2） 徑流要素 （ 主要針對地表徑流 ， 但對地下徑流也可以適用 ） ? 徑流系數(shù)（ ） ： 同一時間段內(nèi)流域面積上的徑流深度 Y（ mm）與降水量 X（ mm）的比值。 （以小數(shù)或百分數(shù)表示） 的大小可以反映流域內(nèi)降水轉(zhuǎn)化為地表徑流的效率。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 ?%1 0 0?? XY??第二章 地下水的賦存規(guī)律 主講教師：王 濤 Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學基礎(chǔ) 巖石中的空隙 ? 巖石 —— 水文地質(zhì)學中指堅硬的巖石及松散的土層 ? 空隙 —— 巖 、 土中各種類型的空洞的總稱 空隙 — 是地下水賦存場所 （ places） 和運移通道（ conduits） 空隙類型 孔隙 （ pore） 松散土層 （ unconsolidated soil） 裂隙 （ fissure） 堅硬巖石 （ hard rock） 溶穴 （ cavity） 可溶巖石 （ dissolub