水量平衡方程

第五节 水分循环和水量平衡方程一、水分循环（hydrological cycle ）水覆盖了地球表面约71％的面积。

全球水量大约14.1亿km 3。

如果将这些水均匀地分布在地球表面，可以形成一个近3000m 厚的水层。

但是，这样巨大的水量中98％是人类不适用的海水，只有不足3％是淡水。

据专家推算，淡水总量为15.2亿km 3，如果将其均匀地分布在地球表面，水层厚度只有0.32m 。

（一）水分循环的定义水在太阳辐射作用下，由地球水陆表面蒸发变成水汽，水汽在上升和输送过程中遇冷凝结成云，又以降水的形式返回地表，水分进行这种不断的往复过程，叫做水分循环。

（二）水分循环的种类自然界的水分循环分为水分大循环和水分小循环。

1、水分大循环由海洋蒸发到大气中的水汽，一部分被气流带至大陆上空，以凝结降水的形式降落地面。

这些降水一部分蒸发回到大气中，一部分形成地表远流，流入河流，再以河川径流的形式注入海洋，另一部分渗入土壤后，以地下水的形式注入海洋，使海洋失去的水分得到补偿。

这种海陆之间的水分循环，称为大循环，又叫外循环。

水分大循环是指水从海洋以水汽形式随大气环流运送到大陆上空，凝结成降水，落到地面形成径流，沿地表或地下流入海洋的过程。

2、水分小循环由海洋蒸发的水汽，上升到高空，凝结致雨，又降落到海洋上，或陆地蒸发的水汽，上升到高空，凝结致雨，又降落到陆地上，这种局部的水分循环，称为小循环，又叫内循环。

水分小循环是指水在陆地蒸发到大气中，凝结成各种形式的降水（雨、雪、雾、露、冰雹、霰等等）又落到地面的过程，或海洋中的水蒸发到海洋上空，降水后又落到海洋中的过程。

二、水量平衡方程根据长期观测及物质不灭定律，地球上的总水量大体上是不变的，因而地球上的水分总收入与总支出是平衡的，但在短时期内，局部地区水分总收入与总支出则不一定相等，其收支差值造成了该地区该时段内蓄水量的变化，这时水分收人应等于水分支出与蓄水量变化。

这就叫做水量平衡。

1、答案：闭合流域年水量平衡方程式P=E+R+△w闭合流域多年水量平衡方程式：P0=E0+R0E0=P0-R0 =1015-540=475mm2、答案：饱和土壤的土水势由静水压力势和重力势构成：φ=φp+φg非饱和土壤的土水势由基质势和重力势构成：φ=φm+φg特点：a.饱和土壤水力传导度为常数，非饱和土壤水力传导度为土壤含水量的函数;b.水力传导度随土壤含水量的增加而增加，干燥土壤的水力传导度最小，当土壤含水量达到饱和时，水力传导度最大。

3、答案：降雨强度i，下渗能力fp，稳定下渗率fc，下渗率f①i≥fp时，按下渗能力下渗，下渗率f=下渗能力fp；②i＜fc时，按雨强下渗，下渗率f=降雨强度i；③fc＜i＜fp时，先按雨强下渗再按下渗能力下渗，即先f=i，后f=fp。

4、答案：蒸发率：单位时间从单位蒸发面面积逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数的差值（当其为正值时）称蒸发率。

蒸发能力：是供水不受限制即充分供水条件下的蒸发率。

两者的关系：a.蒸发能力总是大于或等于同气象条件下的蒸发率；b.当土壤含水量达到饱和时，蒸发率最大，达到蒸发能力。

5、答案：超渗地面径流：有界面即地面，有供水即降雨，降雨强度大于下渗能力。

地下水径流：有供水，包气带薄，地下水位高，在地下水面以上，包气带下界面上存在支持毛管水带，整个包气带土壤含水量达到田间持水量。

6、超渗产流：①产流量R取决于降雨强度i和下渗能力fp；②产流时土壤含水量仍未达到田间持水量；③径流成分单一。

蓄满产流：①产流量R取决于降雨量P和初始土壤含水量w0；②产流时土壤含水量已经达到田间持水量；③径流成分复杂。

7、①降雨空间分布不均，由于太阳能在地球上分布不均，而且时间也有变化，导致降雨时空分布不均，其地理位置、气旋、台风路径也有影响；②下垫面条件分布不均，如土壤性质、植被、初始土壤含水量不同；③各处产流类型的差异，有的地方满足产流条件先产流，有的地方后产流，有的地方甚至不产流。

水平衡方程的推导水平衡方程的推导0000水分平衡方程，一般地可以写成：P-C-D-E±△W=0(8.2)式中P为降水，C为径流，D为深层排水，E为蒸发，△W为所测深度和所测时段内土壤水分贮量的变化。

需要说明的是，D实质上为穿过植物根系带以下的水分数量。

或者从实验的目的出发，将D规定为最低测点之下的水分数量。

同时，在上式中我们还省略了某些中间环节，例如水分被植物冠层的截留、植物体和动物体内的水分贮留、以及在大气中的水汽含量等。

作为一种物质体系，水的相变、运动及交换，在完全服从质量守恒定律的前提下充分表现其特性。

即使是全球范围内的水均衡，亦毫无例外地符合于上式所表达的实质。

在地球进化史上，最后经历的近10亿年中，全球范围的水分总量，基本上接近于一个常量。

但是，这个常量却以不同的分配途径和不同的交换频率，成为地理环境中物质交换的一个最活跃的自然要素。

以下我们介绍水分平衡的系统分析图解，想通过它说明水的各种运动形式和存在形式，并且沟通各种运动形式之间的有机联系。

图8-2中实线表示过程，虚线表示贮存。

整个图从定性的意义上完全符合水平衡方程所表达的总体内容。

通过进一步的解析，上述简单的水分平衡方程，可以写成如下更为特殊的形式：式中t2-t1为一个时段，在该时段中，进行着水分平衡的各有关过程；Z为测量土壤水分变化的最低点位置的深度；Vz为在深度Z处水分向下运动的净通量；θ为容积土壤水分含量；P、E、C如前述。

在接近地表面或地下水位较深时，Vz一般应为正值。

上述的这类水分平衡方程可以应用于地理空间中的任何尺度。

从大陆地块的流水汇聚区，直到个别的田块和植物体，均可以在规定的边界条件下实施水平衡的系统分析。

早在本世纪初，一些科学家在分析降水和径流资料的基础上，就发现了水量平衡各组成要素之间存在着某种确定的关系，例如“Schreiber方程”所表达的关系式为：E=P[1-exp(-E0/P)] (8.4)式中E0为蒸发力(也可以概念性地理解为潜在蒸发或势蒸散)。

第1篇一、引言水量平衡是指在一个特定的时间范围内，一个区域或系统中水的输入与输出之间的平衡关系。

它对于水资源管理、环境保护和生态平衡具有重要意义。

本报告旨在通过对某地区的水量平衡数据进行深入分析，揭示该地区水资源的现状、存在的问题以及可能的解决方案。

二、数据来源与处理1. 数据来源本报告所采用的水量平衡数据主要来源于以下渠道：（1）气象部门提供的降水、蒸发等气象数据；（2）水利部门提供的河流流量、地下水水位等水文数据；（3）农业、工业、生活等部门的水资源消耗数据；（4）政府部门发布的相关政策文件和统计数据。

2. 数据处理（1）数据清洗：对收集到的数据进行筛选，剔除异常值和缺失值；（2）数据转换：将不同来源的数据进行标准化处理，确保数据的可比性；（3）数据分析：运用统计学、数学模型等方法对数据进行分析。

三、水量平衡分析1. 降水与蒸发分析（1）降水分析：某地区年降水量为XX毫米，其中夏季降水量占全年总量的XX%，冬季降水量占XX%。

与历史同期相比，降水量有所增加，可能与全球气候变化有关。

（2）蒸发分析：某地区年蒸发量为XX毫米，其中水面蒸发占XX%，土壤蒸发占XX%。

蒸发量与降水量基本持平，表明该地区水资源较为丰富。

2. 地表水与地下水分析（1）地表水分析：某地区主要河流年径流量为XX亿立方米，与历史同期相比，径流量有所减少。

这可能与上游地区的水资源开发、气候变化等因素有关。

（2）地下水分析：某地区地下水埋深为XX米，地下水位年际变化较大，与降水量、蒸发量等因素密切相关。

3. 水资源消耗分析（1）农业用水：某地区农业用水占总用水量的XX%，其中灌溉用水占XX%。

农业用水效率有待提高。

（2）工业用水：某地区工业用水占总用水量的XX%，工业用水结构较为合理，但部分企业存在用水浪费现象。

（3）生活用水：某地区生活用水占总用水量的XX%，随着城市化进程的加快，生活用水需求不断增长。

四、存在的问题1. 水资源时空分布不均，部分地区水资源短缺；2. 水资源利用效率不高，浪费现象严重；3. 水污染问题突出，影响水生态环境；4. 水资源管理体制不完善，政策执行力度不足。

水库的调洪计算基本原理：水量平衡和动力平衡（水量平衡方程、蓄泄方程）1.根据库区地形资料，绘制水位库容关系曲线z-v，并根据泄洪建筑物的形式和尺寸，有相应的水力学出流计算公式求得q-v曲线2.从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查z-v及q-v关系曲线得到水量平衡方程中的V1和q1；有入库洪水过程线Q-t查得Q1、Q2；然后假设一个q2值，根据水量平衡方程算的相应的V2值，由V2在q-V曲线上查得q2，若二者相等，即为所求；否则应重新假设q2，重复上述过程，直到二者相等为止3.将上时段末的q2，V2值作为下一时段的q1、V1，重复上述试算过程，最后得出水库下泄流量过程线4.将入库洪水过程线Q-t和计算的泄流过程线q-t曲线绘制在同一张图上，若计算的最大泄流量qm正好是两线交点，则计算正确；否则应缩短qm附近的时段，重新进行试算，直至qm正好是两线交点为止。

5.由qm查q-v曲线，得最高洪水位时的总库容Vm，Vm减去起调水位的库容，得调洪库容V调，由Vm查z-v曲线，得到最高洪水位z洪。

显然，当入库洪水为设计标准洪水时，求得的qm、V调、z洪即为设计标准最大泄流量qm设、设计防洪库容V设、设计洪水位Z设。

同理，当入库洪水为校核洪水时，可求得相应的qm校、V校、Z校。

无调节水电站水能计算1.根据实测径流资料的日平均流量变动范围，将流量划分为若干个流量等级；2.统计各级流量出现次数3.计算各级流量的平均值，差水位流量关系曲线，求得下游水位Z下；4.上游水位一般维持在正常蓄水位5.计算各级流量相应的水电站净水头H=Z上-Z下-△H6.计算电站的出力N=KQH7.按从大到小次序排序，绘制出力保证率曲线8.按设计保证率查得的出力即为保证出力河川水能资源的基本开发方式及特点？根据集中落差方式的不同，水电站的基本开发方式可分为坝式、引水式、混合式、潮汐式与抽水蓄能式等。

⑴坝式：形成水库，能调节水量，提高径流利用率，有利于防洪和解决其他水利部门的用水问题；但基建工程较大，上游形成淹没区，移民问题难解决。