水文地质学基础第一章 水文循环
水文学与水文地质学重点总结
水文学与水文地质学第一章1、水文学概念：水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环和与环境相互作用的一门科学。
2、水文循环（1）水的这种既无明确的“开端”，有无明确的“终了”的无休止的循环运动过程称为水文循环。
（2）水分由海洋输送到大陆又回到海洋的循环称为大循环或外循环。
水分在陆地内部或海洋内部的循环称为小循环或内循环。
为区分这两种小循环，将前者叫做陆地小循环，后者叫做海洋小循环。
（3）内因——水的三态在常温条件下的相互转化外因——太阳辐射和地心引力（4）四个环节：水分蒸发—水汽输送—凝结降水—径流3、水文循环的时空分布变化特点（简答—扩展）（1）水循环永无止境（2）水文现象在时间上既有具周期性又具有随机性（3）水文现象在地区分布上既具有相似性又具有特殊性4、水量平衡原理概念：水量平衡是指在自然水循环过程中，任意区域在一定时间内，输入水量与输出水量之差等于该区域的蓄水变化量。
第二章1、河流基本特征（看透书P15—P17、小题）（1）河流长度(L)自河源沿主河道至河口的长度。
深泓线（中泓线）：河槽中沿流向各最大水深点的连线。
（2）河流的弯曲系数(Φ)河流的弯曲系数等于河流长度与河源到河口之间的直线距离之比。
（3）河槽特征1）河流的断面河流横断面河谷河槽：基本河槽洪水河槽过水断面河流的纵断面2）河流平面形态（4）河流纵比降(J)河流纵比降指任意河段首尾两端的高程差与其长度之比河段纵断面近于直线：J=(Z1-Z2)/L河段纵断面呈折线：J=[(Z0+Z1)L1+(Z1+Z2)L2+…+(Z n-1+Z n)L n-2Z0L]/L2（5）河流分段一条河流按照河段不同的特征，沿水流方向可划分为河源、上游、中游、下游和河口5段。
2、流域的概念：流域是指汇集地表径流和地下径流的区域，是相对河流的某一端面而言。
闭合流域的概念：当流域的地面分水线与地下分水线相重合，则地面和地下集水区域也相重合，相邻的流域不发生水量交换，此种流域称为闭合流域。
水文地质学第1章.
§1-4 我国水文循环概况
我国位于欧亚大陆东缘，地处西伯利亚干冷气团和太 平洋、印度洋暖湿气团进退交锋地区，水汽主要来源于太 平洋、印度洋、鄂霍次克海和日本海。太平洋和鄂霍次克 海等的水汽通过众多自西向东的河流进行水文循环，印度 洋输入的水汽除经西南地区的河流循环外，还有相当一部 分水汽参与了太平洋的水文循环，北冰洋的少量水汽借强 盛的北风有时可达珠江三角洲，大西洋也有极少量水汽随 西风环流进入西北内陆盆地。
§1-3 影响水文循环的因素
一、气象因素：风向、风速（水分输送）、 温度（蒸发）、 湿度（水汽凝结）等。
二、下垫面因素：地形、地质、地貌、土壤、植被等。 三、人类工程活动：水利、农业、环境工程措施等。
上述三类因素中，气象因素为主要因素，因为蒸发、 水汽输送和降水这三个环节，基本上决定了地球表面太阳 辐射和大气环流状况。下垫面因素主要是通过蒸发和径流 来影响水分循环。人类工程活动，改变了下垫面的情况， 通过对蒸发、径流的影响而间接影响水文循环。
气候特征----从西北到东南，由干旱、半干旱气候向半湿润、 湿润气候变化。
降水时间分布-----呈现出明显的季节性变化。全年平均降水 量648 mm ，雨季集中了全年 降水量的60---80 %，且雨季出现 时间具有明显的地域差异特征。
降水空间分布-----呈现出明显的水平和垂直分带性。由西北 向东南降水量由小变大，同一地带降水量随地形升高而增大。
根据水汽来源不同，我国主要有五个水文循环系统：
（1）太平洋水文循环系统----长江、黄河等流域
（2）印度洋水文循环系统----雅鲁藏布江、怒江等流域
（3）鄂霍次克海水文循环系统-------黑龙江流域
（4）北冰洋水文循环系统----额尔齐斯河流域 （5）内陆水文循环系统------西北内陆盆地
《水文地质学基础》完整版
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学.它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务. 2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水:含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环:自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环:发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环.6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环:海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比.11．饱和差：某一温度下,饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流:降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流.15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统.16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭:相邻两个流域之间地形最高点的连线.18．流量:单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量.20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量.21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学.它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。
2．地下水的功能主要包括:资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
水文地质学基础简答题精选
第一章1．水文地质学的发展大体可划分为哪三个时期？1856年以前的萌芽时期，1856年至本世纪中叶的奠基时期，本世纪中叶至今的发展时期。
3．水文循环与地质循环的区别？水文循环通常发生于地球浅层圈中，是HO 分子态水的转换，通常更替较快；地质循环发2生于地球浅层圈和深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成，转换速度缓慢。
4．简述水文循环的驱动力及其基本循环过程？水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。
地表水、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸气进入大气圈。
水汽随风飘移，在适宜条件下形成降水。
落到陆地的降水，部分汇聚于江河湖沼形成地表水，部分渗入地下，部分滞留于包气带中，其余部分渗入饱水带岩石空隙之中，成为地下水。
地表水与地下水有的重新蒸发返回大气圈，有的通过地表径流和地下径流返回海洋。
5．大循环与小循环的区别？海洋与大陆之间的水分交换为大循环。
海洋或大陆内部的水分交换为小循环。
6．水循环的作用？一方面，水通过不断转化而水质得以净化；另方面，水通过不断循环水量得以更新再生。
7.地下水较地表水有哪些优点？（1）分布广泛（2）变化稳定（3）具有天然调节性（4）水质良好（5）易于开发利用8.我国水资源的特点？降水少，人均少，分布少，变化多，污染多第二章四、简答题1 简述影响孔隙大小的因素，并说明如何影响？影响孔隙大小的因素有:颗粒大小、分选程度、和颗粒排列方式。
当分选性较好时，颗粒愈大、孔隙也愈大。
当分选性较差时，由于粗大颗粒形成的孔隙被小颗粒所充填，孔隙大小取决于实际构成孔隙的细小颗粒的直经。
排列方式的影响：立方体排列比四面体排列孔隙大。
2．简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？影响孔隙度大小的因素有：颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状及胶结程度。
排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时，孔隙度愈大；反之，排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时，孔隙度愈小。
水文循环
第一章水文循环第一节地球上的水（简单概念）地球是一个富水的行星。
地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。
即：地球浅部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中；地球深部的地幔和地核中。
（1）地球浅部层圈水分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水均以自由态H2O 分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。
我们从表1-1中，可以建立地球浅部层圈水的分布状况与数量概念。
（2）地球浅部层圈水的淡水从表1-1中可知，浅部层圈中水的总体积约为13.86×108。
若将这些水均匀平铺在地球体表面，水深约为2718m。
但是，其中海水等咸水约占97.47%，淡水只占2.53%。
各淡水体的比例：约68.8%为冰川与积雪，0.3%为河湖，30%为地下水，其他淡水占0.9%。
（3）地球深层圈水（一般性了解）地球深层圈水分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。
在地壳下部深约15~35km处，地温达400℃以上，压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而成为被压密的气水溶液。
表1-1 地球浅部层圈水的分布关于地幔的含水量，有关学者通过不同方式得到的结论基本一致。
认为未经去气作用的地幔物质约含5％—7％的水。
假定地幔总重量为4×1027g，其中熔融物质占25％，则地幔软流层中所含的水分总量约相当于现代海洋水总量的35~50倍。
据推测，在极高的温压下，这里的水电离为及，甚至近一步电离为及。
当软流层的岩浆沿通道上升，温压降低时，氢、氧离子将结合为自由态的水（）而析出〔区永和等，1988〕。
第二节水循环水循环概念：上述讨论的地球上各部位（层圈的）的水是相互联系、相互转化的，这一过程称为水循环。
地球上各层圈的水也是称水系统。
自然界的水循环分为图1-1 自然界的水循环〔据阿勃拉莫夫〕Ⅰ—海洋水；Ⅱ—沉积盖层；Ⅲ—地壳的晶质岩；Ⅳ—岩浆源；Ⅴ—地幔岩；Ⅵ—大陆冰盖；1—来自地幔源的初生水；2—返回地幔的水；3—岩石重结晶脱出水（再生水）；4—沉积成岩时排出的水；5—和沉积物一起形成的埋藏水；6—与热重力和化学对流有关的地内循环；7—蒸发和降水（小循环）；8—蒸发和降水（大循环）；9—地下径流；10—地表径流地质循环的概念：地球深部层圈水与表层圈水之间的转化过程称为地质循环。
水文地质学基础复习
第一章地球上的水及其循环1、水文循环的定义：大气水、地表水、地壳岩石空隙中地下水循环2 、水文循环的分类: 1、按循环路径不同：大循环（海－陆）与小循环（海-海、陆-陆)2、按时空尺度不同：全球水文循环，流域水文循环、水-土-生系统水文循环3 、水文循环的运动规律海洋的蒸发量大于降水量陆地的降水量大于蒸发量大陆输入水汽量与输出水汽量基本平衡4、影响水文循环的气象因素主要包括：气温、气压、湿度、蒸发、降水绝对湿度(m或e) 某一时刻空气中的水汽含量 g/m3相对湿度(r)：空气中水汽含量的饱和程度；r=(e/E)×100% 或 r=(m/M)×100%降水量(x)：单位时间内降落到地面的水量（mm)；降水强度：每分钟内的降水量，暴雨＞0.5mm/分；径流：指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
第二章岩石中的空隙和水空隙:岩、土中各种类型孔隙的总称。
孔隙:颗粒及颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。
裂隙：是纵向延伸长、横向延伸短的“饼状空隙”，单个裂隙是独立的。
溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等三种空隙的特征含水介质－－由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为介质场。
含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质、裂隙含水介质、溶质含水介质）不同，三种主要类型的含水介质比较：1 、连通性—孔隙介质最好，其它较差2、空间分布—孔隙介质分布均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊3 、孔隙比率—孔隙介质最大，裂隙最小4 、空隙渗透性—孔隙介质－各向同性；裂隙与溶穴－各向异性造成空隙介质上述差异的主要原因是沉积物形成和空隙形成的环境与水有关的岩土性质：容水度：岩石完全饱水时所容纳的水的体积与岩石体积的比值。
给水度：当地下水下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出水的体积，称为给水度。
持水度：重力释水后单位体积岩石中所能保持的最大水体积岩石中水的存在形式如下：第三章 地下水的赋存广义地下水：地表以下岩石空隙中的水（包气带、饱水带中的水）。
水文地质学基础 第一章 地球上的水及其循环.
广义的水圈应包括： 地球深层圈的水 矿物结合水 浅部层圈的水
重点掌握：
地球上水的起源； 地球上水的分布：
浅部层圈水的分布范围及其存在状态 深部层圈水的分布范围及其存在状态 广义水圈的范围
1.2 自然界的水循环
地球各层圈间水的相互联系、相互转化的过程。
自然界的水循环
水文循环
地质循环
H＋和OH－合成为H2O形成。
水文循环与地质循环的区别：
水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O 分 子态水的转换，通常更替较快； 地质循环发生于地球浅层圈和深层圈之间，常 伴有水分子的分解与合成，转换速度缓慢。
重点掌握：
水文循环：循环范围，大循环，小循环， 水文循环的作用
地质循环：循环范围，初生水、再生水的定义 水文循环与地质循环的区别
（三）与水文循环有关的主要气象因素
气温 气压 湿度 蒸发 降水
1. 气 温
气温随时间的变化：昼夜变化、季节变化、 多年变化。
气温随空间的变化： 水平方向：由赤道向两极，气温由高到低。 垂直方向：对流层内，随高度增加，气温递 减。每升高100m，气温约降低 0.5°C。
2. 气压：（大气压力）
目前普遍接受的看法是：
组成地球水圈的水（包括地表水和地下 水），是在原始地壳形成以后，在整个地质 时期内从地球内部不断逸出而起源的。
2.地球上水的分布
浅部层圈水：从大气圈到地壳上
半部。分布有大气水、地表水、地 浅部层圈水
下水及生物体中的水。以自由态H2O
分子形式存在，以液态为主，也有
气态与固态存在。
陆地淡水占全球水量的2.532％
冰川和永久积雪虽然为淡水，但却难以开采利用;
水文地质学基础复习资料
第一章地球上的水及其循环组成地球水圈的水（包括地表水与地下水）是在原始地壳形成以后，在整个地质时期内从地球内部不断逸出而起源的。
地球物质的成分和分布是不均匀的，具有层圈构造。
地球固体表面以上的各层圈为外部构造（大气圈、水圈和生物圈）水圈主要是呈液态及部分呈固态出现的。
自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环和地质循环两类。
水文循环的定义——地球浅层圈的水，即大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
特点——水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。
水文循环的组成：蒸发、水汽输送、降水和径流水文循环的运动规律——海洋的蒸发量大于降水量；陆地的降水量大于蒸发量；大陆输入水汽量与输出水量基本平衡水文循环发生的动力条件——在太阳辐射和重力共同作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。
作用：通过循环——水的质量得以净化、水的数量得以再生。
水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用──也是可持续发展保证。
地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程影响水文循环的因素：1、气象因素：气温、气压、温度、蒸发、降水2、径流：指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
分类：径流可分为地表径流和地下径流（3）人类活动等第二章：岩石中的空隙和水●岩石——水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层●空隙——岩、土中各种类型的空洞的总称孔隙的定义：松散岩石（洪积物、冲积物、黄土等）中颗粒之间的空隙。
2.表示方法：孔隙度n Vn：空隙体积，V：岩石体积孔隙度：是描述松散岩石中孔隙多少的指标定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。
裂隙定义：由于内外地质营力的作用，而使岩石发生破坏的现象的总称1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？结合水：定义：由于静电引力而吸附在固体颗粒表面的水。
毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹侧凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹形弯液面—负的毛细压强---如同真空吸力凸形弯液面—正的毛细压强毛细力大小与弯液面的曲率成正比含水量松散岩石实际保：留水分的状况（是某岩样某时的含水状态）又称岩石的天然含水量给水度定义：当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度。
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水资源不断更新与再生， 水资源不断更新与再生 ， 可以保证在其再生速度 水平上的永续利用──也是可持续发展保证 水平上的永续利用 也是可持续发展保证
1.5 影响水文循环的因素—自学 影响水文循环的因素—
气象因素 自然地理条件 人类活动等 结果：有利于蒸发，不利于径流， 结果：有利于蒸发，不利于径流，促进内陆水文循环
其中， 其中，I ：时段内输入区域的各种水量之和
O ：时段内输出区域的各种水量之和 △W =W1 -W2： 区域内时段始末的储水量
不同区域、 不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式
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1.3.2 我国水量平衡
河流
中国水系
流域面积 降水量 径流量 蒸发量 （ % ） （ mm） （ mm） （ mm） ） ） ）
年水量（ 水量平衡要素 年水量（km3）
内流河域
世界海洋
全球
思考并总结全球水量平衡特点
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1.4 水文循环的作用
水文循环的作用： 水文循环的作用：
通过循环—水的质量得以净化、 通过循环 水的质量得以净化、水的数量得以再生 水的质量得以净化
Fundamentals of Hydrogeoloy
水文地质学基础
第一章 水文循环
Hydrologic-cycle
中国地质大学（武汉） 中国地质大学（武汉）水文地质学基础教学组 LOGO
本章内容
1.1 水循环 1.2 水文循环 1.3 水量平衡 1.4 水文循环的作用 1.5 影响水文循环的因素（自学） 影响水文循环的因素（自学）
与工程应用角度
《水资源开发工程》、《土质土力学》等 水资源开发工程》 土质土力学》
后续课程
《地下水动力学》《水文地球化学》《水资源开发与保 地下水动力学》《水文地球化学》《水资源开发与保 》《水文地球化学》《 等基础类、 护》等基础类、应用类和技术方法类课程
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流
水-
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1.3 水量平衡 Water balance 1.3.1 通用水量平衡方程
（1）水文学（水文地质学）研究的基本原理 ）水文学（水文地质学） 物质不灭（质量）、 ）、能量守恒定律为基本原理 物质不灭（质量）、能量守恒定律为基本原理 （2）通用水量平衡方程：区域 段—要素 ）通用水量平衡方程：区域—段 要素 I = O + (W1 -- W2) = O + △W
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1.1
水循环
地球上各部位、 地球上各部位、各层圈都存在着水 各部位的水是相互联系、 各部位的水是相互联系 、 相互转化的整体也称 为水圈── ──水系统 为水圈──水系统 自然界的水循环── 自然界的水循环── 各部位水的联系与转化关系 各部位水的联系与转化关系 本章重点讨论水文循环
思考题
（1）水文循环的内、外因是什么？ ）水文循环的内、外因是什么？ （2）为什么称水资源为可再生资源，可再生的水资源 ）为什么称水资源为可再生资源， 是取之不尽的吗？ 是取之不尽的吗？ （3）举例说明人类活动对“水文循环”产生的影响。 ）举例说明人类活动对“水文循环”产生的影响。 （4）研究一个地区水量平衡有何意义？ ）研究一个地区水量平衡有何意义？
（1）定义--（范围、四个环节） ） 水文循环示意图——环节或要素 水文循环示意图 环节或要素 （2）水文循环的划分 ） 循环路径不同： 循环路径不同：
水文循环-环节
大循环（ 陆 与小循环（ 海 大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆） 陆
时空尺度不同： 时空尺度不同：
全球水文循环，流域水文循环， 土 生系统水文循环 全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文循环
第一章结束
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外 太平洋 流 印度洋 河 北冰洋 域 总计 内流河域 全国合计
思考并总结我国水量平衡特点
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中国水系
北冰洋流域
内流区域
太平洋流域 印度洋流域
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1.3.3
分区
外流区
全球水量平衡
年水深（ 年水深（mm） ）
924 395 529 300 300 1270 130 1400 1130 1130 降水量 径流量 蒸发量 降水量 蒸发量 降水量 径流量 蒸发量 降水量 蒸发量 110000 47000 63000 9000 9000 458000 47000 505000 577000 577000
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从水文循环角度看《水文地质学基础》相关学科 从水文循环角度看《水文地质学基础》
从水文循环来看，地球上的水资源是个整体， 从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水
科学需要与相关学科相结合
普通）、第四纪地质学、 ）、第四纪地质学 地质学 （普通）、第四纪地质学、自然地理学 《陆地水文学》、《水文气象学》等相关知识参考 陆地水文学》 水文气象学》
5 6 .7 2 6 .5 1 0 .5 3 6 3 .7 6 3 6 .2 4 100 91 8 73 9 35 7 89 6 16 4 629 391 51 8 .6 21 5 .9 40 3 .4 3 3 .8 269.5 52 7 2 2 0. 4 1 4 1. 1 4 9 2. 6 1 3 0. 2 359.5
（3）水文循环的运动规律 ） 海洋的蒸发量大于降水量 陆地的降水量大于蒸发量 大陆输入水汽量与输出水量基本平衡
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水文循环示意图
水汽输送
降水
水汽输送 降水
蒸发
入 渗
蒸发 径流
水文循环
——
水文循环发
自然界水循环
水循环分为：地质循环， 水循环分为：地质循环，水文循环
转下页
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自然界的水循环
地质循环与水文循环关系示意图
（据阿勃拉莫夫） 据阿勃拉莫夫）
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1.2
水文循环