1、第三章第三章 水資源的形成 第一節第一節 水循環水循環 第二節第二節 地表水資源的形成地表水資源的形成 第三節第三節 地下水資源的形成地下水資源的形成 思考題思考題 本章內容本章內容 一、水循環的概念一、水循環的概念第一節第一節 水循環水循環地球上的水以液態、固態和氣態的形式分布于海洋、陸地、大氣和生物機體中，這些水體構成了地球的水圈水圈。水循環過程：水圈中的各種水體在太陽的輻射下不斷地蒸發變成水汽進入大氣，并隨氣流的運動輸送到各地，在一定條件下凝結形成降水。降落的雨水，一部分被植物截留并蒸發，一部分滲入地下，另一部分形成地表徑流沿江河回歸大海。滲入地下的水，有的被土壤或植物根系吸收，然后通過

2、蒸發或散發返回大氣；有的滲人到更深的土層形成地下水，并以泉水或地下水的形式注入河流回歸大海。水圈中的各種水體通過蒸發、 水汽輸送、凝結、降落、下滲、地表徑流和地下徑流的往復循環過程，稱為水循環。二、水循環的種類二、水循環的種類大循環大循環小循環小循環內陸水循環內陸水循環大循環大循環過程：從海洋蒸發的水汽被氣流輸送到大陸上空，冷凝形成降水后落到陸面，其中一部分以 地表徑流和地下徑流的形式從河流回歸海洋;另一部分重新蒸發返回大氣。這種海陸間的水分交換過程,稱為大循環。小循環小循環過程：海洋上蒸發的水汽在海洋上空凝結后，以降水的形式降落到海洋里，或陸地上的水經蒸發凝結又降落到陸地上，這種局部的水循環

3、稱為小循環。前者稱為海洋小循環，后者稱為內陸小循環。內陸水循環內陸水循環：水汽從海洋向內陸輸送的過程中，在陸地上空一部分冷凝降落，形成徑流向海洋流 動，同時也有一部分蒸發成水汽繼續向更遠的內陸輸送。愈向內陸水汽愈少，循環逐漸減弱，直到不再能成為降水為止，這種局部的循環也叫做內陸水循環。內陸水循環對內陸地區降水有重要作用。實際上，一個大循環包含多個小循環，多個小循環組成個大循環。水循環過程中的蒸發、輸送、降水和徑流稱為水循環的四個基本環節三、水循環的實質水循環是地球最重要的物質循環之一；水循環實現了地球系統水量、能量、 地球生物化學物質的轉移和轉換。塑造地表形態提供淡水資源，制約生態平衡三、水循

4、環的實質（1 1）水循環深刻地影響著地球表層結構的形成、演）水循環深刻地影響著地球表層結構的形成、演化和發展化和發展 （2 2）水循環是海陸間聯系的紐帶）水循環是海陸間聯系的紐帶（3 3）水循環使大氣水、地表水、土壤水、地下水相）水循環使大氣水、地表水、土壤水、地下水相互轉換互轉換（4 4）水循環使得水成為可再生資源）水循環使得水成為可再生資源深刻地影響著地球表層結構的形成、演化和發展水循環不僅將地球上各種水體組合成連續、統一的水圈，而且在循環過程中進入大氣 圈、巖石圈與生物圈，將地球上的四大圈層緊密地聯系起來。水循環在地質構造的基底上，重新塑造了全球的地貌形態；同時影響著全球的氣候變遷和生物

5、群類。海陸間聯系的紐帶物質交換：水循環的大氣過程實現了海陸上空的水汽交換，海洋通過蒸發源源不斷地向陸地輸送水汽，進而影響著陸地上一系列的物理、化學和生物過程；陸面通過徑流歸還海洋損失的水量，并源源不斷地向海洋輸送大量的泥沙、有機質和各種營養鹽類，從而影響著海水的性質、海洋沉積及海洋生物等。大氣水、地表水、土壤水、地下水相互轉換水循環的過程中：降水：大氣補給地表；下滲：地表水補給土壤然后補給地下水、或通過巖石裂隙直接補給地下水；壤中流：土壤水補給地表；地下徑流：地下水補給地表； 蒸發或蒸騰：土壤水和地下水補給大氣。水循環使得水成為可再生資源通過水循環，地球系統中各種水體的部分或全部逐年得以恢復和

6、更新，這使得水成為可再生資源。一一、降水（一）降水及其特征（1）降水是指液態或固態的水汽凝結物從云中降落到地表的現象 降水量降水量 降水歷時降水歷時（2 2）降水特征）降水特征 降水強度降水強度 降水面積降水面積 暴雨中心暴雨中心 第二節第二節 地表水資源的形成地表水資源的形成降水量是指一定時段內降落在某一點或某一面積上的總水量，用深度表示，以mm計；日降水量是指一日內的降水總量；日降水量達到和超過50mm的降水稱為暴雨。降水持續的時間稱為降水歷時，以min、h或d計；單位時間的降水量稱為降水強度，以mm/min或mm/h計；降水籠罩的平面面積稱為降水面積，以km2計。暴雨集中的較小的局部地區

7、，稱為暴雨中心24h24h雨量雨量(mm)(mm)0.10.10.10.1101010102525252550505050100100100100200200200200等級等級微量微量小雨小雨中雨中雨大雨大雨暴雨暴雨大暴大暴雨雨特大特大暴雨暴雨降水量等級表降水量等級表 （二）降水的成因與類型氣團（水平方向物理屬性（溫度、濕度等)較均勻的大塊空氣）受到某種外力的作用向上抬升時，氣壓降低，空氣膨脹，為克服分子間引力需消耗自身的能量，在上升過程中發生動力冷卻使團降溫。當溫度下降到使原來未飽和的空氣達到了過飽和狀態時，大量多余的水汽便凝結成云。云中水滴不斷增大，直到不能被上升氣流所托時，便在重力作用

8、下形成降雨。一、降水的成因與類型空氣的垂直上升運動和空氣中水汽含量超過飽和水汽含量是產生降雨的基本條件。按空氣上升的原因，降水的成因可分為鋒面抬升、地形抬升、局地熱力對流和動力輻合上升。氣團上升過程中，這團空氣的體積就要膨脹，在與外界沒有發生熱量交換，即絕熱條件下，體積膨脹的結果必然導致氣團溫度下降。這種現象稱為動力冷卻。1、鋒面抬升與鋒面雨冷暖氣團相遇，其交界面叫鋒面；鋒面與地面的相交地帶叫鋒；鋒面隨冷暖氣團的移動而移動：當冷氣團向暖氣團推進時，因冷空氣較重，冷氣團楔進暖氣團下方，把暖氣團擠向上方，發生動力冷卻而致雨。這種空氣上升稱為鋒面抬升，這種雨稱為冷鋒雨。特征：由于冷空氣與地面的摩擦作

9、用使鋒面接近地面部分坡度很大，暖空氣幾乎被迫垂直上升，在冷鋒前形成積雨云。因此，冷鋒雨一般強度大、歷時短、雨區面積較小。鋒面抬升與鋒面雨當暖氣團向冷氣團移動時，由于地面的摩擦作用，上層移動較快，底層較慢，使鋒面坡度較小。暖空氣沿著這個平緩的坡面在冷氣團上爬升，在鋒面上形成了一系列云系并冷卻致雨。這種空氣上升也稱為鋒面抬升，這種雨稱為暖鋒雨。特征：由于暖鋒面比較平緩，故暖鋒雨一般強度小，歷時長，雨區廣，長江中下游春夏交替時期的梅雨就屬于這種情況。2、地形抬升與地形雨暖濕氣流遇到丘陵、高原、山脈等阻擋，被迫沿坡面上升而冷卻致雨。這種空氣上升稱為地形抬升，這種雨稱為地形雨。特征：地形雨大部分降落在山

10、地的迎風坡。在背風坡，因氣流下沉增溫，且大部分水汽已在迎風坡降落,故降雨稀少3、局地熱力對流與對流雨 當暖濕空氣籠罩一個地區時，因下墊面局部受熱增溫，與上層溫度較低的空氣產生強烈對流作用，使暖空氣上升冷卻而降雨。這種空氣上升稱為局地熱力對流,這種雨稱為對流雨。特征：對流雨一般強度大，但雨區小，歷時也較短，并常伴有雷電，又稱雷陣雨。4、動力輻合上升與氣旋雨氣旋是中心氣壓低于四周的大氣旋渦。在北半球，氣旋內的空氣作逆時針旋轉，并向中心輻合，引起大規模的上升運動，水汽因動力冷卻而致雨。這種空氣上升稱為動力輻合上升，這種雨稱為氣旋雨。氣旋熱帶氣旋共分5級:低壓區，氣旋中心位置不能精確測定，平均最大風力

11、小于8級；熱帶低壓，氣旋中心位置能確定，但中心附近平均最大風力小于8級；熱帶風 暴，中心附近平均最大風力8 -9級；強熱帶風暴，氣旋中心附近平均最大風力10-11級；臺風，氣旋中心附近平均最大風力在12級以上。氣旋雨特征：臺風中心附近由于氣流抬升劇烈，水汽供應充分，常發展成為濃厚的云區，降水多屬陣性暴雨，強度很大，分布不均。二、蒸發蒸發是自然界水循環的基本和重要環節之一。蒸發的大小可用蒸發量或蒸發率表示，蒸發量是指某一時段如日、月、年內總蒸發掉的水層深度， 以mm計。蒸發率是指單位時間的蒸發量，也稱蒸發速度，以mm/min或mm/h計。流域或區域上的蒸發包括水面蒸發、土壤蒸發和植物散發。水面蒸

12、發水面蒸發是指江、河、水庫、湖泊和沼澤等地表水體水面上的蒸發現象。水面蒸發是最簡單的蒸發方式，屬飽和蒸發。影響水面蒸發的主要因素是溫度、濕度、風速和氣壓等氣象條件。土壤蒸發土壤蒸發是指水分從土壤中以水汽形式逸出地面的現象。影響因素：除了受上述氣象條件的影響外，還與土壤結構、土壤含水量、地下水位的高低、地勢和 植被等因素密切相關。土壤蒸發蒸發面在一定氣象條件下充分供水時的最大蒸發量或蒸發率稱為蒸發能力。水面蒸發自始至終在充分供水條件下進行，所以它一直按蒸發能力蒸發。而土壤含水量可能是飽和的，也可能是非飽和的，情況復雜。土壤蒸發對于完全飽和并且無后繼水量加入的土壤，其蒸發過程大體上可分為三個階段。

13、第一階段，土壤完全飽和，供水充分，蒸發在表層土壤進行，此時的蒸發率等于或接近土壤蒸發能力，蒸發量大而穩定。第二階段，由于水分逐漸蒸發消耗，土壤含水量轉為非飽和狀態，局部表土開始干化，土壤蒸發一部分仍在地表進行，另一部分發生在土壤內部。第三階段，表土壤干涸，且向深層擴展,土壤水分蒸發主要發生在土壤內部。其速度極為緩慢，蒸發量小而穩定，直至基本終止。土壤蒸發過程實質上是土壤失去水分或干化的過程。植物散發土壤中的水分經植物根系吸收，輸送到葉面，散發到大氣中去稱為植物散發；由于植物生長在土壤中，植物散發與植物覆蓋下的土壤蒸發實際上是并存的。因此， 研究植物散發往往和土壤蒸發合并進行，兩者總稱為陸面蒸發

14、。三、徑流徑流是指由降水所形成的，沿著流域地表和地下向河川、湖泊、水庫、洼地等流動的水流；沿著地面流動的水流稱為地面徑流，或地表徑流;沿著土壤巖石孔隙流動的水流稱為地下徑流;匯集到河流后，在重力作用下沿河床流動的水流稱為河川徑流。徑流徑流因降水形式和補給來源的不同，可分為降雨徑流和融雪徑流，我國大部分河流以降雨徑流為主。在水循環過程中，大陸上降水的34%轉化 為地表徑流和地下徑流匯入海洋。（一）徑流形成過程流域內，自降雨開始至水流匯集到流域出口斷面的整個物理過程，稱為徑流形成過程徑流形成過程概括為： 1產流過程 2匯流過程產流過程降雨開始后，除少量降落到水面的雨直接形成徑流以外，一部分被植物枝

15、葉所攔截，稱為植物截留，并耗于雨后蒸發；降落到地面的雨水，一部分滲于土壤，當降雨強度小于下滲強度時，降雨全部下滲，當大于時，降雨按下滲能力下滲。超出下滲能力的雨水稱為超滲雨。超滲雨會形成地面積水，先填滿地面的洼坑，稱為填洼量。填洼的雨量最終耗于下滲和蒸發。隨著降雨的持續，滿足了填洼的地方開始產生地表徑流。下滲到土壤中的雨水，除補充土壤含水量外，還逐步向下層滲透。當土壤含水量達到田間持水量后，下滲趨于穩定。繼續下滲的雨水,一部分從坡側土壤空隙流出，注入河槽，形成表層流或壤中流。另一部分繼續向深層下滲，到達地下水面后，以地下水的形式匯人河流，形成地下徑流。位于第一個不透水層之上的沖積層地下水，稱為

16、潛水或淺層地下水。在兩個不透水層之間的地下水，稱為承壓水或深層地下匯流過程全過程分為坡地匯流和河網匯流兩個階段。坡地匯流：地面凈雨沿玻面流到附近河網，稱為坡面漫流。坡地匯流的主要組成部分。河網匯流：進人河網的水流,從支流向干流、從上游向下游匯集，最后全部流出流域出口斷面，這個匯流過程稱為河網匯流過程。降水植物截留不透水面積填洼及地面滯蓄土壤蓄存地下水河網匯流出流過程深層地下水蒸發地面徑流表層徑流地下徑流地面徑流降雨徑流形成過程中水分運動機制示意圖壤中流坡面流地下徑流（二）影響徑流形成的因素 降雨降雨1 1流域的氣候因素流域的氣候因素 蒸發蒸發 流域地形流域地形 流域的大小和形狀流域的大小和形狀

17、2 2流域的地理因素流域的地理因素 河道特性河道特性 土壤、巖石和地質構造土壤、巖石和地質構造 植被植被 湖泊和沼澤湖泊和沼澤3 3人類活動因素人類活動因素流域氣候因素降雨降雨是徑流形成的必要條件，降雨特性對徑流的形成和變化起著重要作用。在其他條件相同時，降雨量大，降雨歷時長，降雨籠罩面積大，則產生的徑流量也大。降雨強度愈大，所產生的洪峰流量也愈大，流量過程線多呈尖瘦狀。暴雨中心在下游，洪峰流量則較大，暴雨中心在上游，洪峰流量就小些。暴雨中心若由流域上游向下游移動，各支流洪峰 流量相互疊加，使干流洪峰流量加大，反之則較小。流域氣候因素蒸發蒸發是直接影響徑流量的因素，蒸發量大，降雨的損失量就大，

18、形成的徑流量就小。 對于一次暴雨形成的徑流來說，雖然在徑流形成過程中蒸發量的數值相對不大，甚至可忽略不計，但流域在降雨開始時的土壤含水量直接影響著本次降雨的損失量，即影響著徑流。而土壤含水量與流域蒸發有密切關系。流域的地理因素流域地形流域地形特征包括地面高程、坡面傾斜方向及流域坡度等。流域地形一方面是通過影響氣候間接影響徑流的特性；另一方面，流域地形還直接影響匯流條件，從而影響徑流過程。流域的地理因素流域的大小和形狀流域本身具有調節水流的作用，流域面積愈大，地表與地下蓄水容積愈大，調節能力也愈強。流域面積較大的河流，河槽下切較深，得到的地下水補給就較多；而流域面積小的河流，河槽下切往往較淺，因

19、此地下水補給也較少。流域長度決定了流域上的徑流到達出口斷面所需要的匯流時間。匯流時間愈長，流量過程線愈平緩。流域形狀與河系排列有密切關系。扇形排列的河系，流量過程線往往較陡峻；羽形排列的河系，流量過程線較矮平。流域的地理因素河道特性若河道短、坡度大、糙率小，則水流流速大，河道輸送水流能力大，徑流容易排泄，流量過程線尖瘦;反之則較平緩。流域的地理因素土壤、巖石和地質構造流域土壤、巖石性質和地質構造與下滲量的大小有直接關系，從而影響產流量和徑流過程特性，同時也影響地表徑流和地下徑流的產流比例關系。流域的地理因素植被植被能阻滯地表水流，增加下滲。森林地區表層土壤容易透水，有利于雨水滲入地 下，從而增

20、大地下徑流，減少地表徑流，使徑流趨于均勻。對于融雪補給的河流，由于森林內溫度較低，能延長融雪時間，使春汛徑流歷時增長。流域的地理因素湖泊和沼澤湖泊和沼澤對洪水能起一定的調節作用。人類活動因素影響徑流的人類活動，主要指人們為開發利用和保護水資源，以及為戰勝水旱災害所 采用的工程措施及農林措施等。通過這些措施改變了流域的自然面貌，從而也就改變了徑流的形成和變化條件，并改變了蒸發與徑流的比例、地表徑流和地下徑流的比例，以及徑流在時間和空間上的分布等。四、地表水資源一個流域或特定區域的地表水資源既包括被稱之為雨洪的地表徑流和部分淺層地下徑流，也包括被稱之為基流的淺層和深層地下徑流。我國地表水資源的時程

21、分配和空間分布特點與降水量的時程分配和空間分布特點基本一致。一、基本概念廣義上的地下水指埋藏在地表以下各種狀態的水。 按埋藏條件，地下水可劃分為第三節第三節 地下水資源的形成地下水資源的形成潛水承壓水上層滯水包氣帶水（土壤水）在地下水面以上，土壤含水量未達飽和，是土壤顆粒、水分和空氣同時存在的三相系統，稱為包氣帶在地下水面以下，土壤含水量達到飽和，是土粒和水分組成的二相系統，稱為飽和帶飽水帶巖層按其透過和給出水的能力，可分為含水層和隔水層土壤水土壤水是指吸附于土壤顆粒和存在于土壤空隙中的水。上層滯水是指包氣帶中局部隔水層或弱透水層上積聚的具有自由水面的重力水。潛水是指飽水帶中第一個具有自由 表

22、面的含水層中的水。承壓水是指充滿于兩個隔水層之間的含水層中的水。巖石按照空隙特征可將其分為松散巖石中的孔隙、堅硬巖石中的裂隙和可溶巖中的溶隙 三大類。松散巖石由大小不等、形狀各異的顆粒組成,顆粒或顆粒集合體之間的空隙稱為孔隙。固結的堅硬巖石，包括沉積巖、巖楽巖和變質巖，受地殼運動及其他內外地質應力作用，破裂變形產生的空隙稱為裂隙。可溶巖石中的各種裂隙被水流溶蝕擴大成為各種形態的溶隙，甚至形成巨大溶洞，這是巖溶地下水的賦存空間。二、地下水的循環過程地下水的補給 地下水的徑流 地下水的排泄 大氣降水入滲補給 地表水入滲補給凝結水入滲補給 含水層之間的補給 人工補給 地下水的補給大氣降水入滲補給當大

23、氣降水降落到地表后，一部分變為地表徑流，一部分蒸發重新回到大氣，剩余一部分滲入地下形成地下水。在很多情況下，大氣降水是地下水的主要補給方式。一般當降水量大、降水過程長、地形平坦、植被茂盛、上部巖層透水性好、地下水埋藏深度不大時，大氣降水才能大量入滲補給地下水。（水多、易滲）地下水的補給地表水入滲補給地表水對地下水的補給強度主要受巖層透水性的影響，同時也取決于地表水水位與 地下水水位的高差、洪水的延續時間、河水流量、河水的含泥量地表水體與地下水聯系范圍的大小等因素。地下水的補給凝結水入滲補給凝結水的補給是指大氣中過飽和水分凝結成液態水滲人地下補給地下水。在干旱區，凝結水的補給備受關注，由于干旱區大氣降水較少，大氣降水和地表水補給量均較少， 因此凝結水是其主要補給來源。地下水的補給含水層之間的補給當兩個含水層之間存在水頭差且有水力聯系時，則水頭較高的含水層將水補給水頭 較低的含水層。其補給途徑可以通過含水層之間的“天窗”發生水力聯系，也可以通過含水層之間的越流方式補給。在含