第四章 海洋陆地水

第四章海洋与陆地水0第一节地球水的分布与水循环

水在地球上几乎无所不在。它是矿物、岩石和一切生命的重要组分，在空气中有水蒸气与氮、氧及其它气体混合，同时还在地球表面组成许多独立的水体或者在地下贮藏。水的显著特性是以三种物态存在并互相转换。固态的水，实际上是一种结晶矿物，它的单个晶体呈现为各式冰粒雪片。冰雪的升华即直接蒸发为肉眼看不见的水蒸气。空气中实有水蒸气数量，相对于该温度的空气所能保持的最大水蒸气数量，称空气的相对湿度。当空气冷却，所含水蒸气超过低温空气所能保持的最大水蒸气数量时，就会有水蒸气凝结成水滴。如果温度低于冰点(0℃)，气态水通过凝华直接变成固态(冰晶)，液态水则通过冻结变成固态。1重庆的雾南海的水雪北冰洋各种形态的水露2地球上除了存在于各种矿物中的化合水、结合水，以及为深部岩石所封存的水分以外，海洋、河流、湖泊、地下水、大气水分和冰，共同构成地球的水圈。其中海洋是水圈的主体，它的面积约占全球面积的71％，地球上的水有97％以上在海洋中。陆地水虽然相对少得多，但在自然地理环境中仍然是重要的组成部分。

地球上的水量3全球水分循环示意图水循环是各种水体之间水分的往返交换，周而复始的互补。水循环的实施途径是水的三种物态的更替与流动。水循环的基本动力是太阳辐射能与地球引力，以及在水循环过程中的能量转移。全球水分循环是地球各圈层之间的水分交换，是最基本的物质流、能量流及生物地球化学循环，并对天气和气候及地貌发育起着重要的作用。水循环4通过降水和蒸发，海洋和陆地表面水分不断地进行交换陆地上水体的自然更新一次的时间长短不一，生物水只要几小时，大气水8-9天，河流约需10-20天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内海约需10-1000年。海水更新需要2500年，而地下冰和极地冰盖需上万年。全球水分循环使水圈成为一个开放性动态系统，对人类生存、社会生产和自然过程均具有十分重要的意义。5第二节海洋水一、洋与海地球表面广阔连续的水面称为大洋。目前的世界大洋根据相对隔离的状况分为四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。世界大洋概况6海：各大洋的边缘部分接近或伸入陆地，并或多或少地与大洋主体有所隔离的水域则分称为海。据国际水道测量局统计，四大洋的边缘共有54个海。

71.内海，也称“地中海”。它四周被陆包裹，仅有一个或几个海峡与大洋或与邻海沟通，如欧洲与非洲之间的地中海，以及红海、里海、波罗的海、渤海等。红海巴拿马看海海被分为四类。82.边缘海。位于大陆边缘，以半岛或岛弧与大洋或与邻海相隔，但直接受到洋流、潮汐传播的影响。边缘海都连列在西北太平洋一侧，如白令海、鄂霍茨克海、日本海、黄海、东海和南海等。黄海日本海南海93.外海。它虽位于大陆边缘，但与大洋有广阔的联系，如阿拉伯海、巴伦支海等。4.岛间海，指大洋中被一系列岛屿环绕的水域。如爪哇海、苏拉威西海等。阿拉伯海、孟加拉湾爪哇海、苏拉威西海10二、海水的运动按水体水质点的运动状态，大体分为两类。一类是水质点定向运动，如大范围海洋水域的环流。另一类是水质点做短距离的圆周运动或往复运动，如波浪。1、大洋环流：部分海洋水体顺一定方向的规则运动称为洋流，由于主要的洋流在大范围水域常构成圆环形，故又称环流。世界洋流格局11洋流是海水的主要运动形式。风力是洋流的主要动力，地球偏转力、海陆分布和海底起伏等等，也有不同程度的影响。按照成因，洋流可以分为摩擦流、重力-气压梯度流和潮流三类。

根据流动海水温度的高低，还可以把洋流分为暖流和寒流。暖流比流经海区的温度高，寒流比流经海区的温度低。但有时因亚热带环流南移，东南信风微弱，导致赤道(逆)流南下，热带暖水掩覆秘鲁寒流，抑制海水上涌，成为表层海温异常。它不仅引起该海域大量生物死亡、腐化，而且释放大量硫化氢进入大气，并影响正常的沃克环流，直至世界许多地方出现异常天气和灾难。它被称为厄尔尼诺(ElNino)事件。12正常环流厄尔尼诺(E1Nino)13海洋中的波浪是指海水在外力和惯性力的作用下，水面随时间起伏（一般周期为数秒至数十秒）的现象。按波浪成因可分为：由风的作用而产生的“风浪”；因地震或风暴而产生的“海啸”；由引潮力引起的“潮波”；由气压突变而产生的“气压波”；因船行作用而产生的“船行波”等。

2、波浪143潮汐与潮流由月球和太阳的引力引起的海面周期性升降现象，称为潮汐。海面升高，海水涌上海岸，叫涨潮。海面下降，海水从岸上后退，叫落潮。涨潮时海水面最高处称为高潮，落潮时海水面最低处称为低潮。高潮与低潮的高差，即是潮差。潮差是以朔望月为周期变化的。潮差最大时，叫大潮，潮差最小时叫小潮。根据潮汐的周期变化，基本上可以分为半日潮、混合潮和全日潮三种类型。潮汐现象对一些河流和海港的航运具有重要意义。大型船舶可趁涨潮进出河流和港口。潮流也可用以发电。

15潮涌－－钱塘潮16第三节河流河流概指陆地表面依赖重力顺槽形凹地向低处流的线性水流。17河流水来源于大气降水的补给、冰雪融化的补给、湖泊沼泽等地表水体的补给以及地下水的补给。地下水的补给通常不是河流水的最重要的来源，却是最稳定的补给，构成河流的基本径流。小溪之源18高原河源珠穆朗玛峰的溪流19

地面径流的汇聚，从许多小沟谷逐步汇向大河干流。这些小沟谷称1级支流，汇入2级支流，再汇入……直到进入干流。20干流和它的各级支流共同组成水系。大大小小的支流与其干流的组合形式称水系形式。A.树枝状水系B.格状水系C.平行状水系D.放射状水系E.环状水系F.向心水系G.网状水系H.钩状水系

21某水系的汇水范围称为该水系的流域，或简称某河(或某支流河)流域，如长江流域，汉水流域等。流域之间均有分水岭—水分脊—分水线相隔。以分水线为界测算流域面积。长江流域22三峡大坝Niagara瀑布黄河壶口瀑布23洪水洪水（flood），由暴雨、急骤融冰化雪、风暴潮等自然因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上涨的水流现象，会淹没堤岸滩涂，甚至漫堤泛滥成灾。描述洪水的要素包括洪峰流量（水位）、洪峰流量出现时间、洪水总量及洪水过程线。洪水泛滥对于沿岸的经济开发和安全保障危害重大。在中国，每年洪灾损失达几百亿元。2498年长江洪水25余姚2013洪水26枯水因汛期枯水，重庆朝天门码头长江河床滩涂裸露13年10月中国最大淡水湖鄱阳湖逼近极枯水位27河流的补给形式：降水补给融水补给地下水补给湖泊沼泽水补给人工补给28第四节湖泊与沼泽湖泊是陆地表面上的重要水体。中国有面积1km2以上的湖泊2300多个，总面积71787km2，总贮水量7088×108m3。面积最大的是青海湖(4200km2)29贮水量最多的是西藏纳木错(768×108m3)，30淡水湖的排位依次是鄱阳湖(高水位面积3960km2、贮水259×108m3)洪水期鄱阳湖枯水期鄱阳湖31洞庭湖(高水位面积2740km2、贮水178×108m3)、32太湖(2338km2、44.4×108m3)、太湖33洪泽湖(1851km2、24.4×108m3)洪泽湖高邮湖34南四湖(1225km2、19.3×108m3)、巢湖(753km2、18×108m3)等。巢湖35

湖泊的实质是于低洼地中蓄水。按湖盆洼地的成因，主要可分为：构造湖、火山(口)湖、冰蚀湖、风蚀湖、堰塞湖、喀斯特溶蚀湖、牛轭湖、热融湖、泻湖、人工湖等。36湖泊成因之构造湖－－岱海37湖泊成因之构造（裂谷）湖－－贝加尔湖，最深（1741m），是全球淡水蓄水量最大的湖38湖泊成因之构造湖－－滇池39湖泊成因之构造湖－－洱海40湖泊成因之构造湖－－巢湖（在郯庐断裂带中）41湖泊成因之冰蚀湖42湖泊成因之河迹湖（牛轭湖）-瘦西湖43湖泊成因之河迹湖（牛轭湖）-下荆江44湖泊成因之喀斯特湖－－七星岩湖45湖泊成因之喀斯特地下湖－－广东凌霄岩46湖泊成因之火山熔岩堰塞湖－－五大连池47湖泊成因之崩塌堰塞湖－－日月潭48湖泊成因之堰塞湖－－九寨沟海子49湖泊成因之火山口湖－－长白山天池50湖泊成因之火山口湖－－俄勒冈火山口湖51古泻湖－－西湖52人工湖－－千岛湖53沙漠中的月牙湖火山熔岩堰塞湖镜泊湖54沼泽在自然状态下，这些低洼平原即为比较平坦或稍为低洼而过度潮湿的、盛长喜湿植物的沼泽。洱海北段沼泽化55

沼泽特指大片平坦或稍低洼而过度潮湿，盛长各种喜湿植物，并有有机质堆积形成泥炭的地域。甘南草地湿地56在沼泽地中，水占85-95%，过多的水引来并确保各种喜湿植物的繁盛生长，并使下垫层通气状况恶化，在嫌气菌的作用下发育泥炭。云南稻城香格里拉57沼泽的分类按沼泽发育过程和阶段分为低位沼泽和高位沼泽；按所处地貌部位分湖滨洼地沼泽、阶地沼泽、闭流宽谷沼泽等亚类；长江源区沱沱河湿地58长白山2000（米）高山草地雅鲁藏布江江滨湿地59第五节地下水一、地下水概述地下水泛指埋藏于地表以下和海底以下各种状态的水。全球地下水总贮水量至今不十分清楚，据国际地圈—生物圈计划（1986）粗略估计为1530×104km3，相当于地表水总量的4.2倍还多一点，但也可能还要翻倍。有人估计可用的地下水约占全球淡水的90%以上，而河流、湖泊、水库、土壤湿度加起来仅占其余的不到10%（冰川贮存的淡水相当于地下水供应量的7倍）。

地下水的形成与循环60地下水状态“地下各种状态的水”包括固态水和气态水。固态水仅在土石温度低于冰点时存在。高纬地带的永久性冻土与季节性冻土，其中就有冻结的地下水。气态水充滞于土壤与岩石的空隙中，已成为土壤空气的组成成分。地下水中最大量的仍是液态水。地下水的赋存有多种不同的类型，基本上分为上层滞水、潜水和承压水。潜水处于地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由水面。61承压水指两个稳定隔水层之间，具有压力水头的地下水。可以有多层承压水。另外据含水层的空隙特征分出三种亚类，即孔隙水、裂隙水、岩溶水。孔隙水为赋存于土壤或松散堆积等多孔介质中的地下水。裂隙水为赋存于基岩裂隙、断层裂隙中的地下水。把上述地下水基本类型和亚类按赋存特征就可产生许多组合类型。62二、地下水的成分与物理化学性质（一）地下水的主要化学成分大气降水渗入土层成为部分化学物质的溶剂和载体，所以地下水的化学成分比较复杂而且各地的差异也比较大。地下水主要化学成分63一般含盐量较高的咸水、盐水或卤水，以氯离子占优势，硫酸根含量次之；而含盐量较低的淡水，以重碳酸根为主要的阴离子成分。阳离子中的钠离子有随矿化度升高而增多的趋势，而钙离子是低矿化水的主要的阳离子。与钾、钠、钙、镁四种元素的克拉克值相比，地下水中的钾与镁的含量偏低，这与土壤和植物的吸收有关。地下水中氮与氧主要来源于大气，可以以浅层地下水中氧、氮的含量作为衡量大气降水补给的重要标志。地下水中的硫化氢是缺氧还原环境的产物，多为较深层地下水的气体成分。溶解于水中的二氧化碳称游离二氧化碳，从而使地下水对碳酸盐类岩石具有较强的溶蚀能力。矿泉水是指具有医疗意义的地下水。由于水中含有一定数量的特殊化学成分(如锶)，以及有机物和气体，或者具有较高的温度(超过20℃)，故能影响人体的生理作用，医治某些疾病。64地下水的化学成分常用离子毫克数(PPM)表示，它为某离子的绝对含量达到百万分之的多少。离子毫克当量数，可反映各种离子之间的数量关系，并显示地下水的化学性质。离子毫克当量百分数，显示地下水中各离子含量的百分比值。地下水据其PH值<5、5-6.5、6.5-8、8-10、>10，分别称为强酸性、弱酸性、中性、弱碱性、强碱性。地下水的硬度由水中所含钙镁离子的数量来确定，水中钙镁离子的总量称总硬度；当把水煮沸，因脱碳酸作用而使部分钙镁离子成碳酸盐沉淀，所减少的这部分称为暂时硬度，仍留在水中的部分称永久硬度。地下水按总矿化度分为淡水（＜1g/L）、微咸水（1-3g/L），咸水（3-10g/L）、盐水（10-50g/L）、卤水（＞50g/L）。地下卤水是重要的矿床资源。地下水化学类型是依据含量大于25%的主要离子成分来划分和命名的，称“阴离子(HCO3—、HCO3—+SO42—、HCO3—+SO42—+Cl—、HCO3—+Cl—、SO42—、SO42—+Cl—、Cl—)——阳离子(Ca2+、Ca2++Mg2+、Mg2+、Na++Ca2+、Na++Ca2++Mg2+、Na++Mg2+、Na+)”型水，如硫酸盐—钙、镁型水。65地下水硬度分类表66（二）地下水的物理性质1、地下水温度

地下水的温度取决于地温的变化，自地表向下大体可分为变温带、常温带与增温带。日变温带深及1-2m、年变温带深及15-20m，是太阳辐射影响所能达到的深度，但地下水的日变化幅度与年变化幅度比地温更比当地气温小。年常温带埋深20-30m，太阳辐射热影响十分微弱，地温变幅已趋于零。年常温带地下水的温度与当地年平均气温相近，而比地温要低约1-2℃。增温带受地热增温的控制，至数十公里深度大体每增深30-33m提高1℃。据地下水温度，可分为过冷水(<0℃)、冷水(0-20℃)、热水(20-40℃)，低温热水（40-60℃），中温热水（60-100℃），高温热水、过热水(>100℃)几种类型。地下水的温度对盐类与气体在水中的溶解度及其这种溶液的化学反应速度有重大的影响(表22-3)。实验结果，当水温增高10℃，水分子扩散速度增加20%，化学反应的速度可提高2-3倍。672、地下水色度洁净的地下水是无色透明的。它含某些化合物或胶体物质之后所呈的水色称为真色；若在现场观察，因含悬浮杂质所具有的水色称表色。通常含硫化氢的水呈翠绿色，含高价铁的水呈黄褐色，含钙镁的水呈蓝色，含锰化合物的水呈暗红色，含腐殖质的水为暗黄色。室内的水色分析是定其真色，用氯铂化钾(K2PtCl2)与氯化钴(CoCl)的混合溶液作标准，以每升水中含有相当于一毫克铂所呈现的颜色为铂钴标准的一度。用洁静的水样与预先制备的标准色列(11支，分别为0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50度)做对比，就可定出该水样的色度。683、地下水透明度地下水的透明度主要取决于水中固体颗粒和胶体悬浮物的含量，它以能清晰辨认量筒中水底的白瓷盘(或标准铅字或黑色十字架)时候的水柱高度(cm)进行分类。透明者量筒水柱高度>60cm，半透明(微浊)者为60-30cm，微透明(混浊)者为<30cm,含大量悬浮物及胶体呈乳状者为不透明(极混)。4、地下水味道地下水还因溶有各种盐类而有所谓的味道，当加温到20-30℃时水的味道更明显，含NaCl165mg/L以上具咸味，CaSO470mg/L以上具微甜，MgCl2135mg/L以上或者MgSO4250mg/L以上具微苦，FeO0.15mg/L以上具涩味。地下水的气味与所含的气体成分和有机质有关，气味的强弱又与水温有关。如含H2S的水具臭鸡蛋味，含腐殖质的水有草塘泥气味，含亚铁离子的水则具铁腥味。695、地下水比重纯净的地下水比重为1.0，含溶解盐类越多比重也越大。1波美度相当于1升水含10克氯化钠(NaCl,10g/L)，比重为1.0069；2波美度相当于1升水含20克氯化钠，比重为1.0140；以此类推，5波美度者比重为1.0358，10波美度者比重为1.0744，15波美度者比重为1.1160,20波美度者比重为1.1609，30波美度者比重为1.2624。6、地下水的导电性地下水的导电性取决于所含电解质的性质和数量，一般是离子含量越多、离子价越高，地下水的导电性越强。因此，可根据地下水电学性能的差别，粗略判断地下水的总矿化度。并可利用电测法探测地下水的分布与基本类型。一般地下淡水的导电率约为33×10-5—33×10-3(欧姆-1·厘米-1)。而咸水的导电率则比它要高得多。一般地下水的放射性极其微弱。地下水中含的氡(Rn)乃是放射性元素镭(Ra)的蜕变产物。若地下的压力或温度发生变化，氡气的扩散及之地下水的含氡量也发生变化，因此，可借助地下水含氡量变化的测定，预报某些地区的地震活动，或进行放射性矿床的探测等。70三、地下水运动大部分地下水赋存于地表以下岩土的颗粒之间的孔隙中或岩土裂隙中，没有所谓开放性的空间使水流能像在地表那样流动，即便是喀斯特地区的地下河，其水面也受到附加压力的作用。71（一）岩土的水理特征岩土的颗粒大小、形状及其排列组合方式—岩土的孔隙率、裂隙率—岩土的持水性持水度、给水性给水度—岩土的透水性、渗透系数之间有非常密切的关系，如粘土的颗粒细小，孔隙率高，持水度高，给水度低，透水性差。72（二）地下水运动分类地下水赋存状态及其所处的环境决定了地下水的运动也比所见地表水的运动要复杂得多，大体可分为毛细运动、渗透运动、渗流运动与承压渗流运动等。毛细运动是指受分子力与毛细力的作用毛细管水在毛细管中运动。从地下水面沿毛细管上升称毛细管上升水，它的上升速度与孔隙的大小成正比，而上升的高度与毛细管