水文学蒸发课件.ppt

1、 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院你能想到的水循环你能想到的水循环/水水循环现象有哪些？循环现象有哪些？环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院可以设想这里可以设想这里是起点是起点 整个水分循环过程包括了蒸发、降水、径流整个水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3 3个阶段和水个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5 5个环节。个环节。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院（二）水循环的分类 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学

2、院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2)小循环/内循环：海洋小循环：主要包括海面的蒸发与降水两大环节。陆地小循环：从水汽来源看，包括陆地蒸发的水汽及海洋输送的水汽；水汽的地区分布很不均匀，距离海洋越远，水汽含量越少，因而水循环强度具有从海洋向内陆深处逐步递减的趋势。陆地小循环还分为外流区小循环与内流区小循环。外流区小循环除自身垂向的水分交换外，还有多余的水量，以地表径流以及地下径流的形式向海洋输送；与此同时，高空必然有等量的水分从海洋输送到陆地，即陆地小循环还存在与海洋之间的横向水分交换。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院（三）

3、水循环的机理 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院问题：如果没有水循环，赤道和两极地区温度会怎么变化？（四）水循环的科学意义 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院如墨西哥湾流与北大西洋西风漂流使如墨西哥湾流与北大西洋西风漂流使5570N之间之间的北欧地区比同纬度的大西洋西岸高的北欧地区比同纬度的大西洋西岸高16-20C。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰冰川作用冰川作用 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院科罗拉多大峡谷科罗拉多大峡谷流水作用流水作用 环

4、境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院水循环不仅影响地表形态，而且影响到地壳表层内应力水循环不仅影响地表形态，而且影响到地壳表层内应力的平衡，是触发地震甚至影响地壳运动的重要原因。的平衡，是触发地震甚至影响地壳运动的重要原因。新丰江水电站新丰江水电站1962年3月19日广东新丰江水库6.1级地震,就是水库蓄水过程中地壳荷载变化导致地壳本身积蓄能量的集中释放。冰盖卸载后均衡回调冰盖卸载后均衡回调主要分布在南极、主要分布在南极、格陵兰、格陵兰、北美和北北美和北欧欧等在冰河期形成等在冰河期形成过大冰盖的地方。过大冰盖的地方。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学

5、院地理与旅游学院4）水文循环与生态平衡 水是生命之源，又是生命有机体的基本组成物质水循环的强度及其时空变化还制约一个地区的生态环境平衡或失调的关键海南岛西部属于典型的热带半干旱气候区,是我国惟一的热带稀树干草原沙漠化地区降水影响海南岛降水影响海南岛东西植被差异东西植被差异 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院5）水文循环与水资源开发利用 水是廉价、清洁的能源如果自然界不存在水循环，那水资源亦不能再生，无法持续利用。我国境内冰川储存的静我国境内冰川储存的静态水资源约相当于条态水资源约相当于条长江，每年提供的融水长江，每年提供的融水量相当于一条黄河，而量相当于一条黄河

6、，而我国冰川总面积的我国冰川总面积的8080上以在青藏高原。仅喜上以在青藏高原。仅喜马拉雅冰川融水径流量，马拉雅冰川融水径流量，就占全国冰川融水径流就占全国冰川融水径流总量的总量的12.712.7。特别在。特别在西北内陆干旱区，冰川西北内陆干旱区，冰川融水更是绿洲地区社会融水更是绿洲地区社会进步、生态环境保护的进步、生态环境保护的命脉。命脉。冰冰川川水水资资源源与与冰冰川川退退缩缩 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院6）水文循环与水文现象和水文学科的发展 水循环是地球上一切水文现象的根源研究地球上的水文循环，是认识和掌握自然界错综复杂的水文现象的一把钥匙水循环与

7、水量平衡的研究引导了以往水文学科的发展，亦将指导水文学的未来 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院（五）影响水分循环的因素 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院（六）水分循环的周期 水分循环周期是指水体在水循环过程中全部水量被交替更新一次所需要的时间，T=W/W。更替周期是在有规律地逐步轮换这一假设条件下得出的平均所需时间。T为更体周期，为更体周期，W为水体总储水量，为水体总储水量，W为参与水循环的活动量。为参与水循环的活动量。水体水体周期周期水体水体周期周期水体水体周期周期极地冰川10000a深层地下水1400a河水16d永冻地带地

8、下水9700a湖泊水17a大气水8d世界大洋2500a沼泽水5a生物水12h高山冰川1600a土壤水1a 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2.2 水量平衡（一）定义：水量平衡：是指任意区域的任意时段内，其收入与支出的水量差等于该时段区域的蓄水变量。水量平衡是地球上水循环持续不断进行下去的基本前提。水量平衡方程：是水循环的数学表达式，根据不同类型的水循环，可建立不同的水量平衡方程。如通用、全球、海洋、陆地、流域水量平衡方程等。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院1、水量平衡方程式的通式：sttdtdsQII或水量收入、支出与蓄水变化

9、量。sttI、环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2、流域（通用）水量平衡方程以陆地上任一地区为研究对象，沿该地区边界作一垂直柱体，以地表作为柱体的上界,以地面下某一深度为柱体的下界(以界面上不发生水分垂直交换的深度为准),则水量平衡方程式可写做为：P为时段内降水量；E1、E2分别为时段内水汽凝结量和蒸发量；R表、R表分别为时段内地表流入与流出的水量；R地下、R地下分别为时段内地下流入与流出的水量；S1、S2分别为时段内始末蓄水量。q为时段内工农业以及生活净用水量净用水量；2211RRsqREsREP，地下，表地下表 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅

10、游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院闭合流域l地面分水线与地下分水线重合的流域称为闭合流域；l地面分水线与地下分水线不重合的流域称为非闭合流域。注意：流域是相对于某一出口断面的。当不指明断面时，即指对河口断面以上区域。非闭合流域 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院sqREP)R()RR(，地下，表地下表 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院3、海洋水量平衡方程式以全球海洋为研究对象，则任意时段内的水量平衡方程式为：

11、多年平均状态下s海0，所以即在多年平均状态下，整个海洋的降水量加上入海径流量与海面水蒸发量处于动态平衡状态。对于各大洋来说，降水量与入海径流量之和并非等于蒸发量？北冰洋和太平洋每年都有水量剩余，而印度洋和大西洋则有水量亏损，各大洋之间存在着水量交换海海海sPER0ER海海P 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院0ER外外P 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院内内EP内P内E 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院REE(）（）内外内外PP）内外陆PPP(）（内外陆EEERE陆陆P0ER外外P内内EP 环境

12、与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院RE陆陆P0ER海海P全球全球EP 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院（二）水量平衡研究的意义n通过水量平衡研究，可以对研究地区的水资源做出正确评价；若将式 两边均除以 ，则 式中，为多年平均蒸发系数,为多年平均径流系数，两者之和等于1。这两个系数在不同的自然地理区内是不同的，它们综合地反映了一个地区的干湿程度。干旱区蒸发系数大，径流系数小；湿润区则蒸发系数小，径流系数大。n有利于更深刻的认识水分循环和其他水文现象；REPPPRPEPP/环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学

13、院n有利于揭示水分循环和水文现象对自然地理环境和人类活动的影响；水量平衡分析，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法，通过水量平衡的研究，可以定量地揭示水循环过程对人类社会的深刻影响，以及人类活动对水循环过程的消极影响和积极控制的效果。例如，全球的温室效应，使冰川加剧消 融，冰川蓄水量减少；n为水文观测提供检验依据和改进方法；通过水量平衡研究，可了解各 地区的水资源总量，为水资源的开发利用提供依据，亦能校核水文计算成果。n为水利工程的规划设计提供基本参数，为评价工程的可行性和实际效益提供参考。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院3.3 蒸发3.3.1 蒸发的物理机制

14、 1、蒸发的定义、蒸发的定义 蒸发是水由液态转变为气体状态的过程，是海洋和陆地上水回大气的唯一途径。蒸发同时包含水和热的交换过程。蒸发因蒸发面的不同，可分为水面蒸发、土壤蒸发与植物散发等；土壤蒸发和植物散发合称为陆面蒸发；流域上各部分蒸发和散发的总和称为流域总蒸发。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2、蒸发的物理机制、蒸发的物理机制1）水面蒸发水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。分子运动角度：分子运动角度：水分蒸发是发生在水体与大气界面上的水分子交换现象。包括水分子从水面逸出和水汽分子返回液面。通常说的蒸发量E，即是从蒸发面跃出的水量和返回蒸发面的水量之差值，称为

15、有效蒸发量。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 能态角度：能态角度：在液态水和水汽两相共存的系统中，每个水分子都具有一定的动能，逸出水面的首先是动能大的分子，而温度是物质分子运动平均动能的反映，因此，温度越高，水分子动能越大，自水面逸出的水分子越多。由于跃入空气中的分子能量大，蒸发面上水分子的平均动能变小，水体温度因此降低。蒸发伴随着热量的吸收，从液态水变为气态时吸收的热量为蒸发潜热，以L表示，其值与蒸发面的温度T有以下的关系：L=24912.177T（J/g）问题：为什么说蒸发是物质和能量的转换？能量的转换是怎样的？环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与

16、旅游学院地理与旅游学院2、蒸发的物理机制、蒸发的物理机制2）土壤蒸发 土壤蒸发土壤蒸发是发生在土壤孔隙中的水的蒸发现象。与水面蒸发相比较，不仅蒸发面的性质不同，更重要的是供水条件的差异。土壤水在汽化过程中，除了要克服水分子之间的内聚力外，还要克服土壤颗粒对水分子的吸附力。（与溶液蒸发相似）土壤蒸发是土壤失去水分的干化过程，随着蒸发过程的持续进行，土壤中的含水量会逐渐减少，因而其供水条件越来越差，土壤的实际蒸发量也随之降低。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2、蒸发的物理机制、蒸发的物理机制2）土壤蒸发 根据土壤供水条件的差别以及蒸发率的变化，可将土壤的干化过程划

17、分为三个阶段：定常蒸发率阶段定常蒸发率阶段：在充分供水条件下，水通过毛管作用毛管作用，源源不断地输送到土壤表层供给蒸发，蒸发快速进行，蒸发率相对稳定；蒸发量等于或近似于相同气象条件下的水面蒸发；此阶段土壤蒸发主要受气象条件的影响（如风速、饱和差）。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院毛管上升水毛管上升水毛管悬着水毛管悬着水悬着水带悬着水带 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院汽化扩散速度主要与上下层水汽水汽压梯度压梯度及水汽所通过的路径长短路径长短和弯曲程度弯曲程度有

18、关，并随汽化层的不断向下延伸，蒸发越来越弱。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院3.3.2 影响蒸发的因素1、供水条件l通常将蒸发面的供水条件分为充分供水和不充分供水：l将水面蒸发以及含水量达到田间持水量以上的土壤蒸发，称为充分供水条件 下的蒸发；l将土壤含水量小于田间持水量情况下的蒸发为不充分供水条件下的蒸发。l将处在特定气象环境中，具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量称为蒸蒸 发能力发能力/潜在蒸发量潜在蒸发量/最大可能蒸发量。最大可能蒸发量。l对于水面蒸发，始终是充分供水条件下的蒸发，因此

19、可以将相同气象条件下 的自由水面蒸发，视为区域蒸发能力区域蒸发能力。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院pE LR tpR tEL 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院如矿化度如矿化度1010克克/升

20、，透明度升，透明度11米，米，浓度为浓度为1.1-1.121.1-1.12克克/厘米厘米3 3的污水的的污水的蒸发量仅为淡水蒸发量仅为淡水蒸发量的蒸发量的75%.75%.环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院3 3）土壤特性和土壤含水量的影响土壤特性和土壤含水量的影响对土壤蒸发的影响对土壤蒸发的影响 不同质地的土壤，其含水量与土壤蒸发比土壤蒸发比(E/EE/EMM)之间关系线都有一个转折点。与此转折点相应的土壤含水量，称为临界含水量临界含水量。l当实际的土壤含水量大于大于此临界值时，则蒸发量与蒸发能力之比蒸发量与蒸发能力之比接近于1，即土壤蒸发接近于蒸发能力，并与土

21、壤含水量无关。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院各种土壤含水率与蒸发比各种土壤含水率与蒸发比 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院E E E E其中，E为实际蒸发量，E为蒸发器测定值，为换算系数，受蒸发器的结构、口径大小、季节、气候等条件的不同而有差别。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院我国部分地区不同类型蒸发器值表 环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院3.3.热量平衡法热量平衡法建立在水面蒸发不仅是水交换过程、还是热量交换过程，并遵循能量守恒原理这一基础上。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2.2.经验公式法经验公式法建立原理与水面蒸发相同，建立的公式结构也相似。环境与市政工程学院环境与市政工程学院 地理与旅游学院地理与旅游学院2.2.分析计算法分析计算法有水量平衡法、热量平衡法和各种散发模型等。