水文學的一些基本概念?

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　　問題：

　　水文學的一些基本概念?

　　答疑：

　　1. 水量平衡

　　所謂水量平衡，是指任意選擇的區(qū)域(或水體)，在任意時段內，其收入的水量與支出的水量之間差額必等于該時段區(qū)域(或水體)內蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。水量平衡概念是建立在現今的宇宙背景下。地球上的總水量接近于一個常數，自然界的水循環(huán)持續(xù)不斷，并具有相對穩(wěn)定性這一客 觀的現實基礎之上的。

　　從本質上說，(環(huán)球網校環(huán)境影響評價師頻道為您整理)水量平衡是質量守恒原理在水循環(huán)過程中的具體體現，也是地球上水循環(huán)能夠持續(xù)不斷進行下去的基本前提。一旦水量平衡失控，水循環(huán)中某一環(huán)節(jié)就要發(fā)生斷裂，整個水循環(huán)亦將不復存在。反之，如果自然界根本不存在水循環(huán)現象，亦就無所謂平衡了。因而，兩者密切不可分。水循環(huán)是地球上客觀存在的自 然現象，水量平衡是水循環(huán)內在的規(guī)律。

　　2. 蒸發(fā)

　　在常溫下水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進入大氣的過程稱為蒸發(fā)?？諝庵械乃饕獊碜?地表水、地下水、土壤和植物的蒸發(fā)。有了蒸發(fā)作用，水循環(huán)才得以不斷進行。

　　水面蒸發(fā)的速度和數量取決于許多因素(氣溫、氣壓、濕度、風速等)，其中主要決定于氣溫和絕對濕度的對比關系。氣溫決定了空氣的飽和水汽含量，而絕對濕度則是該溫度下空氣中實有的水汽含量，該兩水汽含量之差稱為飽和差。蒸發(fā)速度或強度與飽和差成正比，即飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈大。

　　風速是影響水面蒸發(fā)的另一重要因素。蒸發(fā)的水汽容易積聚在水面上而妨礙進一步蒸發(fā)，風將水面蒸發(fā)出來的水汽不斷吹走，蒸發(fā)加快，因此，風速愈大，蒸發(fā)就愈強烈。

　　蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)等。通常用水面蒸發(fā)量的大小表征一個地區(qū)蒸發(fā)的強度。氣象部門常用蒸發(fā)皿(直徑數十分米的圓皿)測定某一時期內蒸發(fā)水量，以蒸發(fā)的水柱高度毫米數表示蒸發(fā)量，如北京的多年平均年蒸發(fā)量為1 102 mm。

　　必須注意，氣象部門提供的蒸發(fā)量是指水面蒸發(fā)量，只能說明蒸發(fā)的相對強度，而不代表實際的蒸發(fā)水量。因為通常一個地區(qū)不全是水面，并且，用小直徑的蒸發(fā)皿測得的蒸發(fā)量比實際的水面蒸發(fā)量要偏大許多。
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　　3. 降水

　　當空氣中水汽含量達飽和狀態(tài)時，超過飽和限度的水汽便凝結，以液態(tài)或固態(tài)形式降落到地面，這就是降水?？諝饫鋮s是導致水汽凝結的主要條件。暖濕氣團由于各種原因變冷就可以產生降水。其中最常見的是鋒面降水。當暖濕氣團與冷氣團相遇時，在兩者接觸的鋒面上，水汽大量凝結形成降水。氣象部門用雨量計測定降

　　水量，以某一地區(qū)某一時期的降水總量平鋪于地面得到的水層高度毫米數表示。

　　降水是水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一，一個地區(qū)降水量的大小，決定了該地區(qū)水資源 的豐富程度，對地下水資源的形成具有重要影響。

　　以上介紹了主要氣象要素的基本概念，這些氣象要素的變化決定了大氣的物理狀態(tài)。在一定地區(qū)一定時間內，各種氣象因素綜合影響所決定的大氣物理狀態(tài)稱為天氣。而某一區(qū)域天氣的平均狀態(tài)(用氣象要素多年平均值表征)，稱為該地區(qū)的氣候。無論是變化迅速的氣象要素，還是變化緩慢的氣候因素，對于自然界水文循環(huán)過程，以至地下水的時空分布都具有重要影響。

　　4. 下滲

　　下滲又稱入滲，是指水從地表滲入土壤和地下的運動過程。它不僅影響土壤水和地下水的動態(tài)，直接決定壤中流和地下徑流的生成，而且影響河川徑流的組成。下滲強度指的是單位面積上單位時間內滲入土壤中水量，用下滲率/表示，常用毫米/分或毫米/小時計。在超滲產流地區(qū)，只有當降水強度超過下滲率時才能產生徑流?？梢姡聺B是將地表水與地下水、土壤水聯系起來的紐帶，是徑流形成過程、水循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)。

　　在天然條件下，下滲過程往往呈現不穩(wěn)定和不連續(xù)性形成這種情況的原因是多 方面的，歸納起來主要有以下四個方面。

　　(1) 土壤特性的影響。(環(huán)球網校環(huán)境影響評價師頻道為您整理)土壤特性對下滲的影響，主要決定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。其中透水性能又和土壤的質地、孔隙的多少與大小有關。一般來說土壤顆粒愈粗，孔隙直徑愈大，其透水性能愈好，土壤的下滲能力亦愈大。

　　(2) 降水特性的影響。降水特性包括降水強度、歷時、降水時程分配及降水空間分布等。其中降水強度直接影響土壤下滲強度及下滲水量，在降水強度/小于下滲率/的條件下，降水全部滲入土壤，下滲過程受降水過程制約。在相同土壤水分條件下，下滲率隨雨強增大而增大。尤其是在草被覆蓋條件下情況更明顯。但對裸露的土壤，由于強雨點可將土粒擊碎，并充填土壤的孔隙中，從而可能減少下滲率。此外，降水的時程分布對下滲也有一定的影響，如在相同條件下，連續(xù)性降水的下滲量要小于間歇性下滲量。

　　(3) 流域植被、地形條件的影響。通常有植被的地區(qū)，由于植被及地面上枯枝落葉具有滯水作用，增加了下滲時間，從而減少了地表徑流，增大了下滲量。而地面起伏，切割程度不同，要影響地面漫流的速度和匯流時間。在相同的條件下，地 面坡度大、漫流速度快，歷時短，下滲量就小。

　　(4) 人類活動的影響。人類活動對下滲的影響，既有增大的一面，也有抑制的一面。例如，各種坡地改梯田、植樹造林、蓄水工程均增加水的滯留時間，從而增大下滲量。反之砍伐森林、過度放牧、不合理的耕作，則加劇水土流失，從而減少 下滲量。在地下水資源不足的地區(qū)采用人工回灌，則是有計劃、有目的的增加下滲

　　水量;反之在低洼易澇地區(qū)，開挖排水溝渠則是有計劃有目的控制下滲，控制地下水的活動。從這意義上說，人們研究水的入滲規(guī)律，正是為了有計劃、有目的控制入滲過程，使之朝向人們所期望的方向發(fā)展。
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　　5. 徑流

　　徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素，系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流。因此，徑流可分為地表徑流和地下徑流，兩者具有密切聯系，并經常相互轉化。據統(tǒng)計，全球大陸地區(qū)_平均有47 000 km3的水量通過徑流返回海洋，約占陸地降水量的40%。這部分水量大體上是人類可利用的淡水資源。

　　地表徑流和地下徑流均有按系統(tǒng)分布的特點。匯注于某一干流的全部河流的總體構成一個地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。一個水系的全部集水區(qū)域，稱為該水系的流域。流域范圍內的降水均通過各級支流匯注于干流。相鄰兩個流域之間地形最高點的連線即為分水線，又稱分水嶺。這些概念同樣可用于地下水，但地下水的系統(tǒng)不 像地表水系那樣明顯和易于識別，具有自己的一些特點。

　　在水文學中常用流量、徑流總量、徑流深度、徑流模數和徑流系數等特征值說 明地表徑流。水文地質學中有時也釆用相應的特征值來表征地下徑流。

　　流量(0):系指單位時間內通過河流某一斷面的水量，單位為m3/s。Q流量等于過水斷面面積F與通過該斷面的平均流速F的乘積，艮P:

　　Q=VXF

　　徑流總量(F):系指某一時段/內，通過河流某一斷面的總水量，單位為m3。 可由下式求得：

　　W=QXt

　　徑流模數(M):系指單位流域面積F (km2)上平均產生的流量，以US ? km2 為單位，計算式為：

　　M=Q/FX\03

　　徑流深度(y):系指計算時段內的總徑流量均勻分布于測站以上整個流域面積 上所得到的平均水層厚度，單位為mm，計算式為：

　　Y=W/FX\03

　　徑流系數(ah為同一時段內流域面積上的徑流深度y(mm)與降水量尤(mm) 的比值KAT,以小數或百分數表示。

　　6. 水文循環(huán)

　　水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、(環(huán)球網校環(huán)境影響評價師頻道為您整理)地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)， 水文循環(huán)的速度較快，途徑較短，轉換交替比較迅速。

　　水文循環(huán)是在太陽輻射和重力共同作用下，以蒸發(fā)、降水和徑流等方式周而復 始進行的。平均每年有577 000km3的水通過蒸發(fā)進入大氣，通過降水又返回海洋和陸地。
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　　地表水、包氣帶水及飽水帶中淺層水通過蒸發(fā)和植物蒸騰而變?yōu)樗魵膺M入大氣圈。水汽隨風飄移，在適宜條件下形成降水。落到陸地的降水，部分匯集于江河湖沼形成地表水，部分滲入地下。滲入地下的水，部分滯留于包氣帶中(其中的土 壤水為植物提供了生長所需的水分)，其余部分滲入飽水帶巖石空隙之中，成為地下水。地表水與地下水有的重新蒸發(fā)返回大氣圈，有的通過地表徑流或地下徑流返回海洋。水文循環(huán)的過程參見圖3-17中的7?10及圖3-18。

　　水文循環(huán)分為小循環(huán)與大循環(huán)。海洋與大陸之間的水分交換為大循環(huán)。海洋或大陸內部的水分交換稱為小循環(huán)。通過調節(jié)小循環(huán)條件，加強小循環(huán)的頻率和強度，可以改善局部性的干旱氣候。目前人力仍無法改變大循環(huán)條件。

　　地殼淺表部水分如此往復不已地循環(huán)轉化，乃是維持生命繁衍與人類社會發(fā)展的必要前提。一方面，水通過不斷轉化而水質得以凈化;另一方面，水通過不斷循環(huán)水量得以更新再生。水作為資源不斷更新再生，可以保證在其再生速度水平上的 永續(xù)利用。大氣水總量雖然小，但是循環(huán)更新一次只要8天，每年平均更換約45 次。河水的更新期是16天。海洋水全部更新一次需要2 500年(中國大百科全書?大氣科學?海洋科學?水文科學，1987)。地下水根據其不同埋藏條件，更新的周期由幾個月到若干萬年不等。

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