1 水文循环
工程水文学第二章 水文循环与径流形成
三、下渗率、下渗能力、下渗曲线、下渗公式
1、下渗率：单位时间内渗入单位面积土壤中的 水量（mm/min，mm/h）。
2、下渗能力：充分供水条件下的下渗率（EM)。 3、下渗曲线、霍顿（Horton)下渗公式：
ftf0fcetfc
f 0 : 起始下渗率 f c : 稳定下渗率 : 系数
每日8时至次日8时降 水量为当日降水量。
2.自计式雨量计
虹吸式 翻斗式 称重式
(1)虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 0.01～4.0mm/min。
Tipping bucket gauge: funneling the collected rain to a small bucket that tilts and empties each time it fills
4.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，
L/(s·km2)，洪峰流量模数，多年平均流量模数。
M Q F
5.径流系数（α ）：径流深与流域平均降雨量的比，
α <1。
R
P
作业: 1、２：２－２、２－３。 3、某流域面积1000km2，流域多年平均降雨量 1400mm，多年平均流量20m3/s，问该流域多年
2、小循环：
海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水 的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降 落到陆地上，又称为内循环。
二、地球上的水量平衡 水量平衡原理： 在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入 水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。 水量平衡方程：
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量 △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
第二章-水文循环与水量平衡2
（基本河床、主槽、滩地、水位、过水断面、单式断面、复式 断面、中泓线）
3、河道纵比降
落差、纵比降 比降计算公式： （1）当河道纵断面近于直线
时，比降计算式为：
J h1 h0 h
l
l
（2）当河底高程沿程变化时， 如下图，比降计算式为：
J
(h0
h1)l1
(h1
h2 )l2
(hn1 L2
游、中游、下游和河口五段。 （左岸、右岸） （二）河流的基本特征 包括河流的长度、河流断面、河道纵比降
几个基本概念： 1、河流长度 自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度。 2、河流断面 河流断面有横断面和纵断面： 垂直于水流方向的断面为横断面。 沿中泓线的断面称为河流的纵断面。
5、流域的平均高度和平均坡度：采用格点法计算 6、 流域的自然地理特征
包括流域的地理位置、气候特征、植被、土 壤特性、 地质构造、沼泽及湖泊等
（三）水系
流域中大大小小河流交汇成树枝状或网络状结构称为水系。 水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状。 羽毛状水系：自上游到下游，在不同地点汇入依次汇入干流。
第一节 水文循环与水量平衡
一、自然界的水文循环 水是在不断地运动变化和相互交换着。 1、水文循环：水在太阳辐射和地心引力的作用下，不
断地蒸发、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程， 称为水文循环（也称为水分循环）。 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。 基本概念： 大循环、小循环（内陆小循环和海洋小循环)
降水中，一部分在分子力、毛细力和重力作用下渗入地下；一部分形成地 面径流主要在重力作用下，流入江、河、湖泊，再汇入海洋，还有一部分 通过蒸发和散发返回大气中。
2、水文循环运动规律
水文循环的概念
水文循环的概念水文循环是地球大气与水体之间的能量和水分交换过程，是地球上水循环的一个重要组成部分。
以下是关于水文循环的详细解释。
水文循环是指在地球上水的不断循环流动，包括了水的蒸发、凝结、降水、径流和蓄水等过程。
这个过程是由太阳能的照射和地球自身的热量驱动的。
水从地球表面升腾至大气中，形成云层，然后以降水的形式返回地球表面，再经过河流、湖泊、地下水等途径流入海洋，再次蒸发升至大气中，如此循环不已。
水文循环中的各个环节相互关联、相互作用，共同组成了一个复杂而庞大的系统。
首先，太阳能的照射使得水体中的水分形成蒸气，通过蒸发的方式升腾至大气中。
蒸发主要发生在海洋、湖泊、河流和土壤中。
其次，升腾的水蒸气在大气中逐渐冷却凝结成云，形成了水循环的第二环节——凝结。
凝结过程中的云滴通过碰撞、凝结和冻结不断生长，最终形成了云和降雨颗粒。
第三，降水是水循环中的一个重要环节。
它包括了雨、雪、雾、露、霜等形式的水从大气中下降到地面的过程。
降水的分布和强度受到大气温度、湿度、气流和地形等因素的影响。
降水进一步分为径流和入渗两种方式流入地表水和地下水中。
第四，径流主要是指降水通过地表流动进入河流、湖泊等水体的过程。
入渗则是指降水通过渗透进入土壤中的过程，一部分水进入植被根系，并经由植被蒸腾返回大气中。
第五，蓄水是指水在地表和地下的储存过程。
地表的蓄水主要集中在河流、湖泊、水库和雪冰上。
地下蓄水主要储存在地下水层中。
水文循环对地球上的生态系统、气候和水资源均发挥着重要的作用。
首先，水文循环是维持地球生态系统平衡和稳定的重要因素。
通过水循环，水分在地球上的分布变得相对均衡，维持了植被的生长和动物的生存。
水文循环还通过降水和蒸发影响陆地的温度和湿度，影响地球上各种气候类型的形成和变化。
其次，水文循环对水资源的分配和利用有着重要影响。
水文循环通过降水、径流和蓄水等过程，调节了地表水和地下水的供给。
水文循环还为淡水资源的再生提供了基础，对于农业、工业和居民生活有着重要的价值。
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。
(完整word)水文学原理
水文学原理•名词解释1、水文大循环和小循环：水文循环:地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗及径流等环节，进行的周而复始的地理位置和物理形态的变换的运动过程。
水的三态转化特性是水文循环的内因，太阳辐射和重力作用是外因或动力。
1）水文大循环是发生于全球海洋与陆地之间的水分子交换过程。
由海洋上蒸发的水汽，被汽流带到大陆上空，遇冷凝结而形成降水.降水至地面后,一部分蒸发直接返回空中,其余部分都经地面和地下注入海洋。
2）水文小循环是指陆地上的水分经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋面蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中。
前者可称为内陆小循环，后者称海洋小循环。
2、水量平衡：是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之差必等于该时段区域（或水体)内蓄水的变化量，即水在循环过程中,总体上水量是平衡的。
3、流域蒸发能力：是指充分供水条件下的流域日均总蒸发量。
4、田间持水量：土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量5、凋萎系数：植物无法从土壤中吸收水而开始凋萎枯死时的土壤含水量6、水系: 在河流运动过程中，逐渐由小溪、小河集成大河，这样便构成脉胳相通的河流系统。
7、流域形状系数：是流域分水线的实际长度与流域同面积园的周长之比，R=A/L2R:形状系数, A：流域面积（km2）；L:流域长度(km)R值小，流域呈长形,流域水流变化缓和；反之，则水流变化剧烈.8、径流模数: 指流域出口断面流量与流域面积的比值。
M＝Q/F ，m3/s·km29、水质：水体质量的简称。
水分子H2O，化学成分复杂，水中有80多种化学元素.水中有8大离子：K+、Na+、Ca+、Mg+、Cl—、SO42—、HCO3—、CO32-10、最小值定律：植物生长取决于外界给它的所需养分中数量最少的一种.11、输沙率:单位时间内通过断面的泥沙含量.Q s=QP ,Q s－悬沙输沙率(kg/s）；Q－流量（m3/s）；P－断面平均含沙量（kg/m3）12、流域蓄水容量曲线:如果把全流域按蓄水容量大小划分成许多小块，然后把蓄水容量由小到大进行排列，并和其相应的面积（%)绘在一张图上，纵坐标是蓄水容量Wm’,横坐标是小于或等于蓄水容量Wm的各小块面积之和F0占全流域面积F的百分数（F0/F）、点绘的Wm’~F0/F关系曲线，称流域蓄水容量曲线。
水文循环的基本原理
水文循环的基本原理
水文循环是指地球上水分在海洋、大气和陆地之间不断循环的过程。
它是地球上水的重要循环途径，维持了地球上水资源的稳定供给。
水文循环的基本原理是通过蒸发、降水和融化等过程，将水从地表蒸发升华到大气中形成水蒸气，随后水蒸气通过空气的对流作用上升到高空，出现冷却而凝结成云，云中的水滴相互碰撞形成较大的水滴，最终形成降水，降落到地表。
在水循环的过程中，一部分降水会直接回到大气中，这是因为地表的水分在太阳能的作用下蒸发为水蒸气。
此外，植物通过叶子表面的气孔释放水分，称为蒸腾作用，也会将水分输送到大气中。
这两种途径使得水循环不断进行。
降水后的水分有几种可能的去向，一部分降水流入地表，包括湖泊、河流和地下水等；一部分降水流入植物体内被吸收，被用于生长和代谢；一部分降水流入融雪水中，被河流或湖泊等地表水体储存；还有一小部分降水直接蒸发回到大气中。
陆地行政单位也对水文循环产生影响。
人类通过各种水利工程和灌溉系统改变了地表的水流路径，间接地改变了水文循环的过程。
同时，人类的活动也会影响水质，例如排放污染物并使得水体受到污染。
总之，水文循环是地球上水分不断循环的过程，其中蒸发、降
水和融化等是核心环节。
通过水文循环，地球上的水资源得以不断重新分配和再利用，维持了地球上水的稳定供应。
水文循环的三要素
水文循环的三要素水文循环是指地球上水分在不同形态之间不断转化和流动的过程。
它是地球上水资源的重要组成部分，也是维持生态平衡和人类生存的重要基础。
水文循环的三要素是降水、蒸发和径流。
降水是指大气中水蒸气凝结成液态或固态水滴，从空气中落到地面上的过程。
降水是水文循环的重要组成部分，它直接影响着地表水资源的形成和分布。
降水的形式有雨、雪、雾、露、霜等。
降水量的大小和分布不仅受气候、地形、地貌等自然因素的影响，还受人类活动的影响。
例如，城市化、森林砍伐、草原退化等都会影响降水量和分布。
蒸发是指地表水体、土壤、植被等表面水分向大气中转化为水蒸气的过程。
蒸发是水文循环的重要组成部分，它直接影响着地表水资源的蒸发散和水量平衡。
蒸发的大小和分布不仅受气候、地形、地貌等自然因素的影响，还受人类活动的影响。
例如，灌溉、水库蓄水、城市化等都会影响蒸发量和分布。
径流是指地表水体、土壤、植被等表面水分向河流、湖泊、海洋等水体流动的过程。
径流是水文循环的重要组成部分，它直接影响着地表水资源的形成和分布。
径流的大小和分布不仅受气候、地形、地貌等自然因素的影响，还受人类活动的影响。
例如，水库调节、河道治理、城市化等都会影响径流量和分布。
水文循环的三要素相互作用，构成了地球上水资源的循环和分布。
降水和蒸发是水文循环的两个关键环节，它们决定了地表水资源的形成和蒸发散。
径流是水文循环的结果，它决定了地表水资源的分布和利用。
水文循环的三要素之间的平衡和稳定，对于维持生态平衡和人类生存至关重要。
因此，我们应该加强水资源的保护和管理，促进水文循环的平衡和稳定。
水文循环名词解释
水文循环名词解释
水文循环是指地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程。
水文循环是水文学研究的核心内容之一，其涉及到水的形态、分布、运动变化规律以及与人类社会之间的相互联系。
水文循环分为海洋内循环、海陆循环、陆陆循环三种形式，其中海洋内循环是指海水经过蒸发、水汽输送、降水、形成地表径流汇入海洋的过程;海陆循环是指海洋和陆地之间的水分交换过程;陆陆循环则是指陆地内部的水分交换过程。
水文循环的各个环节相互关联，构成了一个不可分割的整体。
径流是水文循环中的最重要环节之一，是指降水通过地表和地下的径流通道，形成地表径流和地下径流，最终流入江河、湖泊等水体中。
径流的大小和质量取决于降水类型、土壤质地、地形地貌等因素。
水文循环研究对于水资源的利用和保护、气候变化的影响等方面具有重要意义。
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.3 湿度 （2）湿度的分类 绝对湿度：指某一地区在某时刻空气中的水汽含量。 采用重量单位表示时,单位为g/cm3, 常用代号m；
采用压力单位表示时,单位为mmHg，常用代号e。
绝对湿度只能说明某一地区在某一时刻空气中水汽 含量的多少,而不能反映出空气中水汽含量达到饱和的 程度,于是又提出了相对湿度的概念。
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.3 湿度
（1）概念 指大气中的水汽含量。由于水汽既有重量，又有压力， 因而其既可用重量单位表示，也可以用压力单位表示。
（2）湿度的分类
绝对湿度和相对湿度 绝对湿度：指某一地区在某时刻空气中的水汽含量 （指实际水汽含量）。
Fundamentals of Hydrogeology
水文地质学基础
第一章 水文循环
Hydrologic-cycle
主讲教师：张卫民 LOGO
第一章 水文循环
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影响水文循环的气象、水文因素
大气直接吸收太阳辐射热：仅占太阳辐射热的15%；
大气吸收地表辐射能量 ：43%的太阳辐射到达地表 ，
地表接受太阳辐射增温后、再向大气辐射能量 ，此部分 能量绝大部分为大气吸收而增温 。
大气与地表直接接触：由于热传导、对流而升温这更
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是大气增温的主要原因。
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.5 降水 （1）概念 指空气中的水汽含量达到饱和状态时，超过饱和限度 的水汽便凝结，并以液态或固态的形式降落于地面，这 就是降水。
降水的形式有：雨、雪、冰、霜等。
（2）降水量 气象部门用雨量计测定降水量，以某地区在某时间段 内的降水总量平铺于该区地面得到的水层高度mm数表示。 降水量数据是一个实际量，在计算含水层的降水入渗 补给量时，经常使用。
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
年水深（mm）
924 395 529 300 300 1270 130 1400 1130 1130
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.2 气压
（1）概念 指大气的质量施加在地表或物体之上时而产生的压力。 单位:mm水银（Hg）柱高度。 在标准状态下 (即气温为0℃,纬度45°的海平面上) ,气 压为760 mm水银（Hg）柱高度（一个大气压），约相当 于105Pa。 （2）气压的空间变化特征 垂向上的变化:随高度增加，气压下降。为什么？ 水平方向上的变化:由地表的热力状况决定，地表的温度 越高，则气压越低，相反，地表的温度越低，则气压越高。
△W =W1 -W2： 区域内时段始末的储水量的变化量
不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式 （在 地下水均衡中介绍）
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1.3 水量平衡 Water balance 1.3.2
河流
中国水系
我国水量平衡
流域面积 降水量 径流量 蒸发量 （ %） （ mm） （ mm） （ mm）
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.3 湿度
（2）湿度的分类 饱和水汽含量与温度关系 一般规律：随气温升高，饱和水汽含量增大；反之， 则减小。 相对湿度与温度间关系： 假设绝对湿度不变的前提下： 温度增加，饱和水汽含量增加，则相对湿度降低； 温度下降，饱和水汽含量降低，则相对湿度增加。
地表水系、流域和分水岭同样可用于地下水。
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.3 湿度 （2）湿度的分类 相对湿度：指绝对湿度（实际水汽含量）与饱和水 汽含量之比，常用代号r。
e m r 100 %或r 100 % E M
式中：e、m代表绝对湿度 ；E、M代表饱和水汽含 量。 饱和水汽含量：指某一温度条件下，空气中可以容 纳的最大水汽数量。 采用重量单位表示时，常用代号M； 采用压力单位表示时，常用代号E；
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.5 降水
（2）降水量
雨量计
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.5
降水
（3）天气、气候的概念 天气：指某地区在某时刻（或短暂的时间段内如1小时， 几小时，1天等）各种气象因素综合影响所决定的大气 物理状态。 气候：指某区域的天气平均状态，一般指多年平均状 态，并以气象要素的多年平均值表征，称为该区域的气 候。
如：北京的多年平均年蒸发量为1102mm。
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.4 蒸发
（2）类型
气象部门提供的蒸发量只反映一个地区蒸发的相对 强度，而不能代表一个地区的实际蒸发水量。
原因：一个地区不全是水面，且用小直径蒸发皿测得 的蒸发量比实际水面蒸发量又偏大许多。
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
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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
蒸发
入 渗
径流
水文循环尺度——全球、流域（区域）、水-土-生系统
思考：水文循环发生的动力条件是什么？ Company Logo 什么叫地质循环？
1.2
水文循环
Hydrologic-cycle
（3）水文循环的运动规பைடு நூலகம் 海洋的蒸发量大于降水量
陆地的降水量大于蒸发量 （4）水文循环的特点
为什么？
大陆输入水汽量与输出水量基本平衡 循环途径短、速度快、转换交替迅速、仅涉及 浅部层圈水。
水文循环发生的动力条件是：太阳辐射和重力 作用。 地质循环：浅层圈与深层圈之间的水循环。
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第一章 水文循环
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影响水文循环的气象、水文因素
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
对水文循环有显著影响的气象、水文因素主要有:气温、 气压、湿度、降水、蒸发、径流。 1.5.1 气温 （1）气温产生的原因
1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.1 气温 （2）气温的时空变化 时间上的变化: 昼夜变化、季节变化和多年变 化； 空间上的变化: 水平方向和垂直方向 水平方向，同一高度上，从赤道向两极由高 到低; 垂直方向，同一地点,不同高度上气温不同, 在对流层内,一般每升高100M,气温降低 0.65℃。
56.72 6.51 0.53 63.76 36.24 100 918 739 357 896 164 629 391 518.6 215.9 403.4 33.8 269.5 527 220.4 141.1 492.6 130.2 359.5
外 太平洋 流 印度洋 河 北冰洋 域 总计 内流河域 全国合计
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内流河域
世界海洋
全球
思考并总结全球水量平衡特点
1.4 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、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
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 水量平衡 Water balance
1.3.3 全球水量平衡
分区
外流河域
水量平衡要素 年水量（km3）
蒸发皿
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素
1.5.4 蒸发
（3）影响水面蒸发速度、强度的因素 主要有气温、气压、湿度、风速等，其中主要取决于 气温与绝对湿度的对比关系，实际上主要取决于相对湿 度的大小，相对湿度越小，饱和差越大，则蒸发速度越 快。 饱和差：饱和水汽含量与绝对湿度（实际水汽含量） 之差。 公式：d=E-e 饱和差越大，则蒸发越大。 风速是影响蒸发的另一重要因素，风将水面上蒸发出 的水汽带走，从而可以大大加快蒸发的速度与强度。
水循环的含义：
自然界水循环
自然界的水循环
地壳晶质岩 地幔
地质循环与水文循环关系示意图
（据阿勃拉莫夫）
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1.2
水文循环
Hydrologic-cycle
（1）定义 水文循环：指发生于大气水、地表水和地壳岩 石空隙中地下水之间的水循环。 水文循环示意图——环节或要素 水文循环-环节 （2）水文循环的划分 循环路径不同： 大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆）
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1.5 影响水文循环的气象、水文因素 1.5.6 径流
（1）有关概念
径流：指降落于地面的降水在重力作用下，沿地表或 地下流动的水流，分为地表径流与地下径流。
水系：指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。图 流域：指一个水系的全部集水区域，流域范围内的降水 通过各级支流汇注于干流。 分水岭：指相邻两个流域之间地形最高点的连线，这 是地表水的分水岭。