第一篇 水文学与水资源(第一章 地球上水)
水文学与水资源基础
水文学与水资源基础一、水文学部分1. 水循环- 概念：地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、降水、下渗、径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
- 主要环节：- 蒸发：包括水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸腾。
水面蒸发受温度、风速、湿度等因素影响。
例如，温度越高，水分子运动越剧烈，蒸发越快；风速越大，水汽被带走的速度越快，也会加速蒸发。
- 水汽输送：水汽随着大气环流从一个地区输送到另一个地区。
例如，季风就会将海洋上的水汽大量输送到陆地。
- 降水：包括雨、雪、雹等形式。
降水的形成需要水汽饱和、有凝结核以及水汽能够冷却凝结等条件。
地形对降水影响很大，迎风坡降水多，背风坡降水少。
- 下渗：降水到达地面后渗入土壤的过程。
土壤的质地、结构、植被覆盖等都会影响下渗量。
例如，疏松、多孔的土壤下渗能力强，植被覆盖良好可以增加下渗。
- 径流：分为地表径流和地下径流。
地表径流是降水沿地表流动形成的水流，其大小与降水强度、地形坡度、土壤透水性等有关。
地下径流是水在地下土壤孔隙和岩石裂隙中流动形成的水流。
2. 河流水文特征- 流量：单位时间内通过河流某一断面的水量，其大小取决于河流的补给类型（如雨水补给、冰雪融水补给等）、流域面积等因素。
例如，以雨水补给为主的河流，流量随降水量的季节变化而变化；以冰雪融水补给为主的河流，流量在夏季气温高时较大。
- 流速：与河流的落差、河道宽窄等有关。
落差大、河道窄的河段流速快。
流速影响河流的侵蚀、搬运和沉积作用。
- 水位：河流中某一地点的水面高程。
水位受流量、河道形态等因素影响，洪水期水位高，枯水期水位低。
- 含沙量：单位体积河水中所含泥沙的质量。
其大小与流域内的植被覆盖、土壤性质、降水强度等有关。
植被覆盖率低、土壤疏松、降水强度大的地区，河流含沙量往往较高。
- 结冰期：是否有结冰期以及结冰期的长短取决于河流所在地区的气温。
最冷月均温低于0℃的河流一般有结冰期，而且纬度越高，结冰期越长。
1.1.水文学第一章
表1－4地下水温度分类(℃)
类型 温度
非常冷水 ＜0
极冷水 0-4
冷水 4-20
温水 20-37
热水 37-42
极热水 42-100
沸腾水 ＞100
四、水的密度
1、纯水的密度
水分子有三种结构形式：①四面体结构；②类石英晶体结构； ③最紧密的堆积结构。分子数相同时，第一种结构体积最大，第 三种结构体积最小。温度一旦增减，三种形式分布就要发生变化。 温度变化直接影响水的密度变化，见表1-6.
的热量而不损害其稳定性。0℃水直接蒸发潜热为2500J/g，100℃
汽化潜热为2257J/g, 0℃冰融解潜热为1404J/g,冰直接升华潜热为
1401＋2500＝3901J/g。
三、水温
水的温度是一很重要的物理特性，影响水中生物、水体净化和 人类对水的利用。太阳辐射是主要热源之一。
1、海水的温度 热量收支、水平和垂直分布、时间变化（日、月、年）、海冰 （24.695*10-3、-1.332℃）。 2、河水温度 农田灌溉、水生养殖、水工建筑物等有重要意义。受太阳辐射、 气温等地带性因素控制，因而体现地带性规律。还受补给源影响， 有时空上变化。我国河流水温受大陆性气候影响年变幅大 日变幅小。
第1章 地球上水的性质与分布 （2学时）
• 地球上水的物理性质
• 地球上水的化学性质
• 地球上水的分布与水资源
§1.1 地球上水的物理性质
• 主要内容 • 水的形态及其物理性质 • 水的热力学性质 • 水温 • 水的密度 • 水色与透明度
一、水的形态及其转化
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在，在常温下三相 可以相互转化。
四、水体的化学性质
在水文循环过程中，水经历了各种各样的环境，携带各种物质 一起迁移，并常常由一种形态转化为另一种形态，导致各种元素在 不同水体中的分散和富集。
水文地质学基础 第一章 地球上的水及其循环.
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
3.大气圈分层：
根据大气的热力性质，自地表向上可将大气圈分为5层：
外层 热层 中层 平流层
对流层最接近地表， 其物理状态及运动规律是 影响水文循环和水资源分 布最重要的因素。
对流层
（二）大气的热源
太阳的热辐射是地表和大气的最主要热源。 地表是大气的第二热源。 地表的热力状况在空间和时间上的变化，直接 引起大气物理状态的变化。
1.3 与水文循环有关的气象、水文因素
一、气象因素 （一）大气圈的结构
1.大气的主要成分： N2（78％）、O2 （21％） 、CO2、 臭氧、水汽及固态尘埃等。
2. 水汽在大气圈中的分布：不均匀 水平方向：赤道带2.6％，北纬70°处0.2％，90°纬度 带0.9％； 垂直方向：下部3.5km为总量的70％，下部5km为总量的 90％，再往高处水汽含量十分稀少。
。
3. 绝对湿度、饱和水汽含量、相对湿度的定义及相互关系；
6．在水文学中常用
等特征值说明地表径流。
气压在水平和垂直方向上都有差别，气压的 差别引起气流，而气流运动使大气中的水分与热 量重新分配，从而引起各种复杂的天气现象。
3.湿度
绝对湿度（m/e）：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。 重量单位：用g/m3表示，符号为m； 压力单位：用mmHg或毫巴（1毫巴＝102Pa）表示， 符号为e。
饱和水汽含量（M/E）：某一温度下，空气中可容纳的最 大水汽数量。 随着气温升高而增大。代号分别为M或E。 相对湿度（r） ＝ 绝对湿度 ＝ （e/E）×100％
第1节 地球上的水
地表和地下径流水= 一段时间内降水的量— 同期蒸发损失的水量
世界面临的水问题
全球水资源的分布特点
1、空间分布不均衡。 ( 全球200多个国家和地区中，水资源最丰 富的是南美的巴西，其次是俄罗斯、加拿大、 美国、印尼和中国。)
2、人均水资源拥有河流700多条， 大小湖泊数百座。全年水量充沛，年平均江河径流量 总量达27000亿立方米，在世界200多个国家中居第6位。
三、水的循环
海洋水、陆地水和大气水之间的互相转换和运动 1、水循环的环节（观察水循环图） 目前人类可以对水循环施加影响的是 地表径流。 海陆间循环 水循环 海上内循环 陆上内循环
水汽输送 蒸 发
蒸 腾
蒸 发 下 渗
降 水
地表径流
降 水
地下径流
2、水循环动力 外因：太阳辐射和地球引力 内因：水的三态变化
一个健康的成年人每天平均约需2.5升水。 每天我们体内的水分又是通过哪些途径排出体外的？ 形成尿液排出；通过排汗排出；通过呼吸排出。
3、生物为适应不同水分条件而形成特定的行 为和生理结构
五、水与生命
3、生物为适应不同水分条件而形成特定的行 为和生理结构
仙人掌形成叶刺，减少水分蒸腾。
五、水与生命
骆驼通过关闭汗腺可以在较长 时间内保持体内的水分，并且 通过嗅觉系统可以在数千米以 外“闻到”水源。 许多热带雨林地区的树木， 由于空气中的水分很多， 往往在树茎上长出“气 根”。
今年入夏以来的第 三次洪峰即将抵达黄河小浪 底库区，沿岸军民积极准备， 确保洪峰安全通过。
中国的水资源：时间分配不均匀
——
夏季丰富，冬季缺乏，北方尤其明显。
由
东
到
西
五、水与生命
水文学(黄锡荃)第一章 地球上水的性质和分布
1.3 地球上水的分布与水资源
1.3.1 地球上水的分布
地球上的总水量为大约13.86亿立方千米
44
视频资源：水的星球
思考：地球上为什么会有那么多水？
45
1.3 地球上水的分布与水资源
1.3.2 水资源涵义与特性
• 广义水资源
o 世界上一切水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、 冰川、土壤水、地下水及大气中的水分
21
1.2 水的化学性质
1.2.2天然水的矿化过程 • • • • • • 溶滤作用 吸附性阳离子交替（交换）作用 氧化作用 还原作用 蒸发浓缩作用 混合作用
22
溶滤作用
• 溶滤
o 土壤和岩石中某些成分进入水中的过程。当地 动态 表水或地下水流经土壤或岩石时，在与其密切 接触过程中，不断地溶解其中常含有的易溶盐 类，从而提高了矿化度。 静态 o 溶解
4
1.1 水的物理性质
1.1.1水分子极性结构
o 较强的表面张力
水表面的水分子由于上层空间气相分子对它的吸引力小于 内部液相分子对它的吸引力，产生垂直指向液体内部的合 力，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力 称为表面张力。 如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面 是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
36
舒卡列夫分类当量比例计算
项目 mg/l ClSO4
2-
HCO3
-
Ca2+ 99.8
Mg2+ 32.1
Na+ 145.8
132.8 291.1
253.2
mmol/l
毫克当 量/升 毫克当 量%
3.75
3.75 26.9
3.03
6.06 43.4
水文学-第一章 地球上水的性质与分布
2011级地理科学
第一章 地球上水的性质与分布
一、天然水的化学性质
– 1.地下水温度变化规律 – 2.地下水温度分类
状态 非常冷水 极冷水 冷水
温度
＜0℃
0℃—4℃
4℃— 20℃
温水
20℃— 37℃
热水
37℃— 42℃
极热水
42℃— 100℃
沸水 ＞100℃
– 3.地下热水分类
相 类型 热水名称 水温（℃）
低温热水
液相 热水 中温热水
高温热水 低温过热水
液气相 过热水
••• 影水日•响温变最水年深低温变度：年的一4变地般时的理可—因分达6时素布10有规—：律20太：米阳，辐最射高、可洋过流60性—质70、米季。风和海陆位置。 • 从赤道和热带海区向中纬海区增大，然后向高纬海区减小； • 在同一热量带，大洋西侧较东侧变幅大，靠近海岸地区更大； • 南北两半球相比，北半球各纬度带的年较差大于南半球； • 水温年变深度，一般可达100—150米，最大深度可达500米左右。
2011级地理科学
第一章 地球上水的性质与分布
一、水的形态及其转化
• （一）水分子的结构
– 1、单水分子结构
• 单水分子结构图 • 氧原子附近形成负极，氢原子附近形成正极；水分子具有
极性。
– 2、水分子聚合体
• 由于水分子具有极性，故有聚合体。 • 双水分子聚合体 • 三水分子聚合体
2011级地理科学
第一章 地球上水的性质与分布
五、水色与透明度
• （二）透明度
– 1.透明度：表示各种水体能见程度的一个量度。 – 2.测量方法：透明度板（白色圆盘直径为30cm米），
第1章 第1节 地球上的水
学生姓名：上课时段：上课日期：阮老师编辑第1节地球上的水〖要点整理〗1.水的分布⑴从物质状态上看:水在地理环境中以固态、液态、气态三种形式相互转化，形成各种水体，共同构成了一个连续的圈层——水圈。
⑵从空间分布上：①海洋水：占全球水储量的96.53%，是地球水的主体。
②大气水：数量虽少，但是成云致雨的必要条件。
③陆地淡水：包括冰川水、地下淡水、湖波淡水、河水、生物水等，数量虽不多，但在自然环境中作用巨大，冰川水是地球淡水的主体。
人类利用的淡水主要是浅层地下水、河流水、湖波淡水。
2.水的循环⑴形成原因：内因：水的物理性质，即水随温度的改变，以固态、液态、气态三种形态出现，因而使水分在循环过程中的转移、交换成为可能。
外因：太阳辐射和地心引力。
⑵水循环的主要环节和类型：①水循环的环节主要包括蒸发、凝结、水汽输送、降水、径流输送。
②水循环的类型：海上内循环是水量最大的水循环方式；陆地内循环水量小，但也能使陆地淡水得到更新补充，对干旱地区尤为重要；海陆间循环也叫大循环，是陆地淡水得以补充和更新的最重要途径。
⑶水循环的意义：①维持全球的水量平衡；②使陆地上淡水资源得到更新。
③不断地塑造着地表形态。
⑷水资源的分布：从全球范围看：赤道附近地区和沿海地区水资源往往比较丰富，而内陆和沙漠地区，水资源则比较贫乏。
我国是一个缺水国家，空间上分布不均，北少南多；时间上分布不均，夏多冬少。
3.水与生命(1)水是地球生命有机体的组成之一。
(2)水参与地球生物体的活动过程，即生物的生命活动也离不开水。
(3)长期生存在不同水分条件下的生命体，为了适应当地水分供给特点，往往会形成特定的行为特点和生理结构特点。
总之，水对生命活动可以说是至关重要的。
对人来说，水比食物更重要。
〖例题解析〗）A.大气的水汽运输B.地表径流C.大气降水D.海洋水的蒸发分析与解答：水循环可分为海陆间循环、海上内循环、陆上内循环。
水循环的主要环节有：蒸发、降水、水汽输送、地表径流、下渗、地下径流、植物蒸腾等。
第一章地球上的水及其循环
外 太平洋 流 印度洋 河 北冰洋 域 总计 内流河域 全国合计
中国水系 北冰洋流域
内流区域
太平洋流域 印度洋流域
三
全球水量平衡
年水量（ 水量平衡要素 年水量（km3）
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
一、主要气象因素
气温： 气温：地表的热力状况随时间和空间的变化必然导致
气温的相应变化。 气温的相应变化。 气压：由于大气的质量随高度增加而降低， 气压：由于大气的质量随高度增加而降低，因此压力 也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异， 也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异，则造 成气压在水平方向的变化。 成气压在水平方向的变化。 某一地区某一时刻空气中水汽的含量。 绝对湿度 某一地区某一时刻空气中水汽的含量。代 湿度：大气中水汽含量构成了空气湿度。 湿度：大气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重 表符号：重量单位m，压力单位e 表符号：重量单位 ，压力单位 所以也有压力。 量，所以也有压力。，空气中可能被容纳的水汽数量称为饱和 某一温度下， 某一温度下 蒸发： 水汽含量（M或E）。 蒸发：常温下水由液态变为气态进入大气的过程 水汽含量（ 或 ）。 一个地区降水量的大小， 降水 ：一个地区降水量的大小，决定了该地区水资 r＝e/E 相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。 相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。 ＝ 源的丰富程度
与水文循环有关的气象、 第三节 与水文循环有关的气象、 水文因素
影响水文循环的因素
（1）气象因素 ） （2）自然地理条件 ） 3） （3）人类活动等 无论哪种因素如果其影响的结果是： 无论哪种因素如果其影响的结果是：有利于蒸 发，不利于径流，就会促进内陆水文循环。 不利于径流，就会促进内陆水文循环。
第一节 地球上的水
第一节_地球上的水第一节地球上的水水是地球上最重要的资源之一，也是生命的必需品。
然而，地球上的水并不是取之不尽、用之不竭的。
相反，它是一个有限的资源，受到许多因素的影响，包括气候、环境、人口和工业需求等。
地球上的水约有96.5%存在于海洋中，而陆地上的水只占3.5%。
这其中还包括冰川、湖泊、河流和地下水等。
虽然地球上的水总量巨大，但可用的淡水资源却非常有限。
地球上的水受到许多因素的影响，包括气候、环境、人口和工业需求等。
随着人口的增长和工业的发展，水的需求量越来越大，而可用的淡水资源却越来越少。
气候变化也会对水资源的分布和可用性产生影响。
为了解决水资源的短缺问题，我们需要采取一系列措施。
我们应该加强水资源的保护和管理，减少浪费和污染。
我们应该采取节约用水的措施，例如限制洗车、浇花等用水量大的活动。
我们还可以通过技术手段来提高水资源的利用效率，例如采用节水器具和工业冷却水循环利用等。
水资源是地球上非常重要的资源之一，我们需要采取一系列措施来保护和管理它，以保障我们的生命和财产安全。
地球上的生物第一节浙教版一、教学目标1、举例说明生物的主要类群及其特点，概述生物的分类方法及分类系统的主要内容。
2、简述动植物在地球上的分布概况。
3、运用资料分析的方法，探究生物在地球上分布的广泛性，并作出合理的推测。
4、形成爱护生物、保护生物的情感和态度。
二、教学重点与难点1、重点：生物的分类方法和分类系统的主要内容。
2、难点：生物在地球上的分布概况及其意义。
三、教学准备1、教师收集有关生物分类的资料、动植物分布的资料。
2、学生收集有关动植物的资料、图片。
四、教学时间：2课时五、教学过程第1课时（一）引入新课：我们已经学习了有关生物的一些基础知识，今天我们一起来学习《地球上的生物》这一章。
这一章主要研究的是生物的分类和分布。
通过学习，我们可以了解地球上各种生物的特点和它们在地球上的分布情况，进一步认识生物的多样性和复杂性，为今后的学习打下基础。
第一章地球上的水及其循环
化过程。 • 水文循环：地球表层圈的水，即大气水、地表水
和地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化。
第一章 地球上的水及其循环
I一海洋自由水； Ⅱ一沉积盖层； Ⅲ一地壳的晶质岩； Ⅳ一岩浆源； Ⅴ一缝幔岩； Ⅵ一大陆冰盖
全国年蒸发量
第一章 地球上的水及其循环
500 600 800 1000 1400 1800 2400mm
第一章 地球上的水及其循环
5、降水 ◎降水:当空气中水汽含量达饱和状态时，水汽凝结，
以液态或固态形式降落到地面。 ◎气象部门用雨量计测定降水量。 ◎ 降水的影响:降水是水循环的主要环节之一。一
• 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%。
第一章 地球上的水及其循环
地壳下部（15~35km，400~425℃ 压密的气水溶液
地球深层圈水 地幔软流圈
H2O≒H++OH-
地幔与地核之间 OH- ≒ H++O2-
特点：水文循环的速度较快，途径较短，转换交 替比较迅速。
动力因素及组成：水文循环是在太阳辐射和重力 共同作用下，蒸发、水汽输送、降水和径流，通 过四个环节水文循环周而复始的进行。
类型 分为小循环与大循环。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称 为小循环。
第一章 地球上的水及其循环
• 定义：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，两者 具有密切联系，并经常相互转化。
地质大水文地质学基础讲义01地球上的水及其循环
1．1 地球上的水第一章 地球上的水及其循环①地球是一个富水的行星。
地球上的水不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中，也存在于地球深部的地幔乃至地核中。
关于地球上水的起源，曾有多种假说。
目前普遍接受的看法是：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。
地球各个层圈水的分布状况及其存在状态都有很大差别，可以区分为浅部层圈水与深 部层圈水两大部分。
从大气圈到地壳上半部属浅部层圈水。
其中分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水均以自由态H 2O 分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。
据联合国教科文组织资料，不包括生物体中的水与矿物中的水，浅部层圈中水的总体积约为13.86×108km 3。
若将这些水均匀平铺在地球体表面，水深约为2718m 。
但其中咸水约占97.47％，淡水只占53％。
各类水体的体积及比例参见表1—1〔中国大百科全书·大气科学·海洋科学·水文科学，1987〕。
表1-1 地球浅部层圈水的分布 水 体体积（km 3） ％ 大 气 体12 900 0.001 海 洋1 338 000 000 96.5 冰川和永久积雪24 064 100 1.74 湖 泊176 400 0.013 沼 泽11 470 0.0008 地表水 河 流2 120 0.0002 包气带水 16 500 0.001 饱和带水 23 400 000 1.7 地下水永久冻土带固态水 300 000 0.022 合 计1 385 983 490 100 据联合国教科文组织资料，转引自中国大百科全书《大气科学·海洋科学·水文科学》卷。
未包括生物圈及岩石圈矿物结合水。
表l—1中未包括生物圈的水及矿物结合水。
人体构成中水平均占70％。
植物体的水分含量可高达90％以上。
矿物结合水是指矿物结晶内部及其间的水，如沸石水、结晶水、结构水等。
第一章 地球上的水
1.1.4 生物水
（1）活质水
（2）植物水
1.1.5 地表水
（1）河流 洪水期、枯水期、平水期。
（2）湖泊
大多是自然营力（如地质板壳运动）所造成的
（3）沼泽
• 地表经常过湿或有薄层积水，水流 异常缓慢，能使植物滋生，土层严 重潜育化或有泥炭的形成与积累。
中国最美的沼泽湿地
• 若尔盖(藏语意思是牦牛喜欢的地方。 )县位 于青藏高原东部边缘地带，地处阿坝藏族 羌族自治州北部。黄河与长江分水岭将其 划为东西两部，东部群山连绵，峰峦叠翠 ，林涛澜荡；西部草原湿地辽阔无际，水 草丰茂，牛羊成群，素有“川西北高原的 绿洲”之称。
1.1.2 地球水圈的结构
1.1.3 大气圈的水
（1）水汽 （2）水滴和冰晶
冰雹
• 2005年5月31日下午，一 场突如其来的冰雹突袭京 城。最大的冰雹尤如鸡蛋 大小，可以说是几十年罕 见。许多汽车在这次特大 的冰雹也遭了殃，车顶被 砸得星星点点，许多的自 行车棚也被砸得千疮百孔 ，场面狼藉。
自然循环的周期与意义
• 水体在参与水循环过程中全部水量被更新一次 所需的时间称为水体的更新周期。 水 体 名 称 更 新 周 期 水 体 名 称 更 新 周 期 极地冰盖 世间海洋 山地冰川 深层地下水 湖泊水 10000年 2650年 1600年 1400年 17年 沼泽水 土壤水 河流水 大气水 生物水 5年 1年 16天 8天 数小时
1.1.6 地下水
• 是由于降水和地表水 经土壤地层渗透到地 面以下而形成。
• 常见的井水、泉水都是地下水，在岩溶发育地区，地下水 还可以形成地下河。
地下水是重要的水资源
– 地下水与地表水一样是人类社会得以生存和发展必 不可少的水资源。
第一章 地球上的水
第一章 地球上的水2第一节 地球上水的分布 ..................................................... 2 1.1.1 水的起源......................................................... 2 1.1.2 地球上水的分布 .................................................. 3 1.1.3 大气圈的水 ...................................................... 4 1.1.4 地表水 .......................................................... 5 1.1.5 地下水 .......................................................... 8 1.1.6 生物水 ......................................................... 10 第二节 水的性质 ......................................................... 111.2.1 水分子的结构.................................................... 12 1.2.2 1.2.3 1.2.4 水的化学成分 .................................................. 13 水的状态变化 .................................................. 14 水的不可压缩性质 .............................................. 15第三节 水的作用与影响 .................................................... 16 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 水是生命的命脉 ................................................ 16 水的生理作用 .................................................. 17 水在农业生产中的作用 .......................................... 17 水对人类环境的影响 ............................................ 18 水作用于健康的过程与途径 ...................................... 19第四节 天然水 ............................................................ 20 1.4.1 天然水的种类 ................................................... 20 1.4.2 天然水的组成 ................................................... 20 1.4.3 环境中水体的水质特征 ........................................... 22 第五节 地球上水的循环与再生 .............................................. 25 1.5.1 水循环的概念 ................................................... 25 1.5.2 水循环的分类与再生 ............................................. 26 1.5.3 水的社会循环 ................................................... 281PDF created with pdfFactory Pro trial version 第一章 地球上的水第一节 地球上水的分布水是自然地理环境最基本的组成成分，它是地球上分布最广泛的韵物质之一。
1第一章地球上的水
外流区小循环
内流区小循环
海洋小循环
四、水文循环的机理
• 水文循环服从质量守恒和能量守恒原理； • 水文循环的基本动力是太阳能和地球引力； • 水文循环的内在因素是水的特殊的物理性质，在 常温常压下可以进行三种状态的相互转化； • 全球水文循环是闭合系统，局部为开放系统； • 水文循环过程伴随着能量的转换和其他物质的运 移和聚集。
• • 构成水系的集水区域称为流域。
相邻两个流域之间地形最高点的连线称分水岭。
• 水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流 模数和径流系数等特征值说明地表径流。 • 流量(Q)：单位时间内通过河流断面的水量。
• 径流总量(W)：某时段通过某断面的总水量。
• 径流模数(M)：系指单位流域面积上平均产生的 流量。 • 径流深度(Y)：某时段测站以上流域面积上的平 均总径流量（水层厚度）单位为mm。
二、水循环的基本过程 蒸发（Evaporation） 水汽输送（Advection） 凝结降水（Condensation and Precipitation）
入渗（Infiltration）
径流（地表径流Runoff, 地下径流GW flow）
三、水循环的分类
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。 – 水文循环又分为大循环和小循环。 – 大循环：海洋与陆地之间水分交换过程
五、水文循环的作用与效应
1.影响气候变化
1）水文循环的强弱和路径，决定了地区气候特征； 2）水循环对能量的转换和再分配，能调节气候； 3）天气现象本身就是水文循环的产物。
2.水文循环形成各种地貌形态
1）地表水体本身就是水循环的要素； 2）水循环中水流的冲刷、侵蚀、搬运、堆积作用形成各种 地貌形态； 3）沉积岩的形成过程； 4）影响应力的平衡。
水文基础第一章
2
1.1.1 地球上水的来源
❖ 关于水的起源的认识仍存在很大的分歧,目前在约有32种关于水的形成的学说。这 里简述几种主要学说。
❖ 一种学说认为在地球形成之前的初始物质中存在一种H2O分子的原始星云，类似于 现在平均含水0.5%的陨石，地球形成后降到地球上，从而使地球上有了水。
❖ 另一种学说认为在地球形成后才有形成水的原始元素（氢和氧）。氢与氧在适宜的 条件下化合。生成羟基（OH）。羟基再经过复杂的变化，形成水（H2O）。
❖ 荷兰的天文学家奥特认为，地球上的主要来源是我们这颗行星的内部的岩石圈的上 地幔。岩石圈的物质一半是由硅组成，其中硅酸盐和水分。这些岩石在一定的温度 和适宜的条件下（如火山爆发）脱水，从而形成了地球的水。
外流区 内流河域 世界海洋
降水量 径流量 蒸发量 降水量 蒸发量 降水量 径流量 蒸发量
110000 47000 63000 9000 9000 458000 47000 505000
全球
降水量 蒸发量
577000 577000
年水深（mm）
924 395 529 300 300 1270 130 1400
❖ 初生氺：在地下深处熔融的岩浆上升过程中分异出的水蒸气，遇冷 凝结而成的地下水
❖ 脱出水：有些矿物含有结晶水，结构水和沸石水，在一定的物理化 学条件下从矿物中脱出形成，又称矿物脱出水。
5
1.2 自然界水的分布
❖ 表部圈层水：根据水的状态特点，我们把从大气圈到地球上半部分 称为地球的的表部圈层，这里分布着大气水、地表水、和传统水文 地质学所指的地下水。
215.9 141.1
896
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地球总水量13.86×108km3，其中每年平均仅57.7×104km3的水参与水循环，按此速度全部水量 循环一次，或者说全部水量更新一次，需要2400年。
• 1.4 地球水圈在地球系统中的作用
• 1.4.1 水是生命的介质
水的许多宝贵特性，像异常高的溶解能力，在溶解物质作用下其 化学性质不变等，对于地球上生命的诞生和发展具有重要意义。
百分数（%）
占总淡水量
30.1 0.05 68.7
0.86 0.26 0.03 0.006 0.04 0.003 100
• 第1章 地球上的水
• 1.2 水——不寻常的寻常物质
• 特别高的冰点和沸点 • 特别大的融化和蒸发潜热 • 特别大的比热容 • 反常的热膨胀和密度变化 • 万能的溶剂
• 第1章 地球上的水
• 1.4.4 水是所有生物机体的主要组成
地球上所有生活或多或少都含有水，平均含80%。也就是说，有机体几乎4/5 的重量是水。据水文学家估计，地球上所有的动植物和人含有近11200亿t水，相 当于同时灌满世界上所有河床的水量的一半。
1.4.5 水是生态系统中的重要元素
1.4.6 水是地球气候的调节器
答：事实上，地球可以从宇宙空间获取水分，也可以向宇宙空间散失水分，还可以从地球内部 析出化合水。水从宇宙空间进入地球通过两种途径：一是随降落的陨石带来，据估计这一项每 年平均约0.5km3；另一是在大气圈上层由太阳来的质子形成的水分子，这一项数量难以估计。在 大气圈上层，由于太阳紫外线的作用，水蒸气分子可以离散为氢原子和氧原子，使水在宇宙中 消散。大体上可以认为，地球从宇宙获得的水量等于消失在宇宙中水量，进出基本平衡。
海洋净蒸发 4.48×104km3
陆地
入海总径流 4.48×104km3
海洋
图3-2 全球水文循环量的基本格局
• 1.3 水文循环与水量平衡
• 1.3.2 全球水量平衡 • 从全球看，平均每年总蒸发量为57.7×104km3，总降水量也是57.7×104km3，
达到平衡。 • 问题：是否可以认为地表的水分既不消失，也不增生，地球是一个封闭系统呢？
在补充大气圈的氧的过程中，起重要作用的不是高等地面植物，而是聚集于海洋表面 的细小的藻类植物—浮游植物。植物在光合作用中输送到大气中的氧，每年约有1500亿t。
• 1.4 地球水圈在地球系统中的作用
• 1.4.3 水参与人体内所有生命作用
人体中的消化作用、物质交换、血液循环、组织的合成，都是在水溶液中 完成的，并都有水的参与。
• 1.3 水文循环与水量平衡
• 1.3.1水文循环
• 自然界的水在太阳能的作用下，不断地从水面（海洋、河流、湖泊等）、陆地 和植物表面蒸发，化为水汽升到高空，然后被气流带到其他地区。在适当的条 件下水汽凝结，又以降水的形式降落到地面和水面上。到达地面的水，在重力 的作用下，一部分渗入地下，一部分形成地面径流流入江河，汇入海洋，还有 一部分重新蒸发回到空中。
• 1.3 水文循环与水量平衡
• 1.3 水文循环与水量平衡
• 大循环：
• 由海洋到大陆，又回到海洋的循环称为大循环，或外循环；
• 小循环：
• 由陆地到空中又回到陆地，或由海洋到空中又回到海洋的循环，称为小循环。
• 前者又可称为内陆小循环，后者称为海洋小循环。
水汽净输送 4.48×104km3
内地净降水 4.48×104km3
24.0614
1.74
（21.6） （2.34） （0.0835） （0.0406）
0.3
0.022
0.1764
0.013
（0.091）
（0.0845）
0.01147
0.0008
0.00212
0.0002
0.0129
0.001
0.00112
0.0001
1385.984610
100
35表.02191-010 地球上水的分2布.53
元素
氯
纳
氧
钾
钙
其他
海水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
55.0
30.6
5.6
1.1
1.2
6.5
人血
49.3
30.0
9.9
1.8
0.8
8.2
• 1.4.2 水是大气圈中氧的源泉
水分子和二氧化碳（CO2)在植物（包括海藻）光合作用下，克服了氢、氧原子的结合 力，分解出氧，排入空气中，留下（C）和氢（H）用于植物生长。这是地球上最大的生 物化学过程之一。
• 渗入地下的部分，或者通过土壤蒸发，或者通过植物散发回到空中，或者通过 地下途径排入江河，汇入海洋，完成水循环。
• 水的这种永不停止的循环过程，称为水循环或水文循环。
• 水文循环是自然界中最重要、最活跃的物质循环之一。
水循环
内因：水的三种物态在常温条件下可以相互转化 动力：太阳辐射和地心引力
• 第1章 地球上的水
第一篇 水文学与水资源
第1章 地球上的水 第2章 大气——陆地水分交换 第3章 地表以下的水文系统 第4章 流域水文 第5章 水文分析与预测 第6章 水资源评价与配置
• 第1章 地球上的水
• 1.1 • 1.2 • 1.3 • 1.4 • 1.5
地球——水的行星 水——不寻常的寻常物质 水文循环与水量平衡 地球水圈在地球系统中的作用 水——宝贵的自然资源
水圈除了通过调节气温影响气候外，陆地上水量分布的不均匀也是造成各地 气候不同的重要因素。
干旱系数a=E0/P
式中：E0为平均年蒸发能力；P为平均年降水量。
• 1.1
地球——水的行星
分布场所
海洋 地下水 （其中淡水） （土壤水） 冰雪水 （其中南极） （格陵兰） （北极） （山区） 地下水（永冻带）
湖泊 （其中淡水湖）
（咸水湖） 沼泽 河道 大气 生物
总水量 总淡水量
水量
（×108km3）
占总水量
1338.00
96.5
23.40
1.7
（10.53）
（0.0165）
• 第1章 地球上的水
• 1.1 地球——水的行星
岩石圈 人类生活的地球由4个部分组成 水圈 （水圈在其中起着核心作用）
大气圈 生物圈
地球是太阳系中至今了解唯一存在的三相水的行星。根据最新资料，地球上 有13.86×108km3的水。若平铺地表，足以形成一个厚达2700m的水层。
液态 三相 固态
气态
• 第1章 地球上的水
• 1.1 地球——水的行星
地球表面面积：5.1×108km3 海洋面积：3.6×108km3 陆地面积：1.5×108km3
海洋面积占地球表面面积的7/10； 陆地面积占地球表面面积的3/10；
根据这一点，地球可以称为水的行星或 海洋行星。
地球表面面积
陆地面积 海洋面积
• 第1章 地球上的水