地球上水及其循环

第一章地球上的水及其循环1.1地球上的水地球上的水存在于大气圈、地球表面、岩石圈、生物圈中也存在于地球深部的地幔乃至地核中浅部层圈水深部层圈水地球上的水的起源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。1水体水量（km3）%地表水海洋水1

338

000

00096.54冰川、冰盖及永久积雪24

064

1001.74湖泊水176

4000.0127沼泽水11

4700.0008河流水2

1200.0002地下水重力水（饱水带水）23

400

0001.69土壤水（包气带水）16

5000.0012地下冰（永久冻土带固态水）300

0000.0216大气水12

9000.0009生物水1

1200.0001合计1

385

984

610100表1-1地球浅部层圈水的分布第一章地球上的水及其循环2第一章地球上的水及其循环1.2自然界的水循环31.2自然界的水循环第一章地球上的水及其循环定义：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统。这一系统内的水相互联系、相互转化的过程即是自然界的水循环。自然界水循环水文循环循环途径的长短循环速度的快慢地质循环涉及圈层的范围水文循环大循环小循环4第一章地球上的水及其循环图1-1水文循环示意图1.2.1水文循环定义：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，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。5第一章地球上的水及其循环图1-1水文循环示意图6第一章地球上的水及其循环周期：内因：外因：常温范围内，水的三态（固、液、气）转化特征太阳辐射和重力作用大气水总量虽然小，但是循环更新一次只要8天，每年平均更换约45次。河水（16天）；海洋水（2500年）。地下水根据其不同埋藏条件，更新的周期由几个月到若干万年不等。7第一章地球上的水及其循环意义：自然界物质运动、能量转化和物质循环的重要方式之一，对自然环境的形成、演化和人类的生存产生巨大的影响①直接影响气候变化②改变地表形态

通过蒸散发进入大气的水汽，是产生云、雨和闪电等现象的主要物质基础。蒸发产生水汽，水汽凝结成雨（冰、雪），吸收或放出大量潜热。空气中的水汽含量直接影响气候的湿润或干燥，调节地面气候。降水形成的径流，冲刷和侵蚀地面，形成沟溪江河；水流搬运大量泥沙，可堆积成冲积平原；渗入地下的水，溶解岩层中的物质，富集盐分，输入大海；易溶解的岩石受到水流强烈侵蚀和溶解作用，可形成岩溶等地貌。8第一章地球上的水及其循环③造成再生资源

水文循环造成巨大的、可以重复使用的再生水资源，使人类获得永不枯竭的水源和能源，为一切生物提供不可缺少的水分；

大气降水把天空中游离的氮素带到地面，滋养植物；

陆地上的径流又把大量的有机质送入海洋，供养海洋生物；

海洋生物又是人类食物和制造肥料的重要来源。④水文循环带来洪水和干旱，会给人类和生物造成威胁91.2自然界的水循环第一章地球上的水及其循环1.2.2地质循环10第一章地球上的水及其循环软流圈中水的地质循环11第一章地球上的水及其循环1.2.2地质循环定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程称为水的地质循环上升流区，上地幔熔融物质进入地壳或喷出地表时，地幔岩石中的水分也随之上升与分异，转化为地球浅层圈的水。（初生水，据推算2×108t/年）软流圈下降流区，含有大量水的地壳岩块俯冲沉入地幔，使地幔得到浅层圈水的补充地质循环还发生在成岩作用、变质作用、风化作用等过程12第一章地球上的水及其循环1.2.2地质循环地质循环还发生在成岩作用、变质作用、风化作用等过程

在这些地质过程中，不仅有分子态的水（H2O）进入矿物（或称为矿物结合水）或从矿物中脱出，同时还常常伴有水分子的分解与合成。例如，区域变质作用时，粘土矿物与碳酸盐岩重结晶时，即分解出H+和OH-及其它组分。在形成新的铝硅酸盐岩石的同时，H+和OH-合成为H2O，形成再生水。

风化作用中也有水的参与。如长石的风化过程：矿物结合水（结晶水）：Ca（SO4）·2H2O，Cu（SO4）·5H2O13第一章地球上的水及其循环1.2.3水文循环与地质循环的比较通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换，通常更替较快发生于地球浅层圈与深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成，转换速度缓慢，过去被忽视随着对各种成岩、成矿地质作用认识的深化，水参与各种地质作用过程的意义不断被人们所认识水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有直接的密切联系水文循环是水文学与水文地质学的研究重点研究水的地质循环，对于深入了解水的起源，水在各种地质作用过程乃至地球演化过程中的作用，都具有重要意义水文循环地质循环141.3与水文循环有关的气象、水文因素第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——气温

由于地球是大气的第二热源，因此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。

气温随时间的变化是指一个地区气温的昼夜变化、季节变化和多年变化。

气温随空间的变化水平方向：主要受纬度的控制，自赤道向两极由高到低垂直方向：对流层内，气温随高度增加而递减0.6℃/100m热带→亚热带→暖温带→中温带→寒温带→寒带15第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——气压

大气的质量施加在地表或地表物体上的压力称为大气压力，常用毫米水银柱高度表示。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。16第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——气压地表覆盖状况不同，热力状态有很大差异。例如，由于水和岩石的热容量差别较大，因此冬季大陆气温较海洋低，气压则高于海洋地区，夏季则正好相反。

这就造成了海陆之间的气压差，而形成了周期性的季风。

气压差别引起气流，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。地表热力状况的差异，则造成气压在水平方向的变化。17第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——湿度

大气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重量，所以也有压力。空气中水汽含量的多少，可以用重量或压力表示。湿度分为绝对湿度和相对湿度两种。

绝对湿度表示某一地区某一时刻空气中水汽的含量。采用重量单位时，用1m3空气中所含水汽的g数表示，重量单位绝对湿度代表符号为m。

采用压力单位时，为空气中所含水汽分压相当于水银柱高度的mm数，或以毫巴表示（1毫巴＝102Pa），代表符号为e。18第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——湿度

绝对湿度只能说明某一时刻空气中水汽含量的多少，而不能表明此时空气中水汽含量的饱和程度。因此又有相对湿度的概念。

空气中所能容纳的最大水汽数量随着气温升高而增大（表1-2）。某一温度下，空气中可容纳的最大水汽数量，称为该温度下的饱和水汽含量，同样也可用重量单位（代号为M），或压力单位（代号为E）表示。19第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——湿度

绝对湿度和饱和水汽含量之比即为相对湿度（r），相对湿度以百分比表示之。

由此可见，由于饱和水汽含量随温度降低而减小，因此当绝对湿度不变时，随气温下降，相对湿度随之增高。当绝对湿度与饱和水汽含量相等，相对湿度等于100%。

空气中水汽达到饱和时的气温称为露点。当气温降到露点以下，空气中过剩的水汽即凝结而形成不同形式的液态或固态降水。20第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——降水定义：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的过程。降水的表示方法：单位（mm）（0.1mm）降水在水循环中的重要意义降雨降雪、冰雹①直接影响气候变化②改变地表形态③造成再生资源④水文循环带来洪水和干旱21第一章地球上的水及其循环1.3.1气象因素——蒸发定义：在常温下，水由液态变为气态进入大气的过程。地表水（水面蒸发）地下水、土壤（土面蒸发）植物（叶面蒸发）大气中的水汽水面蒸发温度饱和差风速气压土面蒸发（土壤表层地下水）温度饱和差风速气压地下水埋藏深度土壤颗粒大小叶面蒸发22第一章地球上的水及其循环1.3.2水文因素——径流定义：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。径流分为地表径流（surfacerunoff）和地下径流（groundwaterdischarge），两者具有密切联系，并经常相互转化。1.3.2水文因素——水系和流域河流（地表径流）：降水或由地下涌出地表的水，汇集在地表低洼处，在重力作用下，经常或周期性地沿着流水本身造成的槽形凹地流动。干流支流水系集水区域流域地下径流、地下水分水岭、地下水流域231.3与水文循环有关的气象、水文因素第一章地球上的水及其循环1.3.3水文因素——（地表）径流的表征参数24第一章地球上的水及其循环流量（Q）：系指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为m3/s。流量Q等于过水断面面积Ｓ与通过该断面的平均流速V的乘积，即：径流总量（W）：系指某一时段了内，通过河流某一断面的总水量，单位为m3。计算式为：径流模数（M）：系指单位流域面积F（km2）上平均产生的流量，以L/（s·km2）为单位，计算式为：25第一章地球上的水及其循环径流深度（Y）：系指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，单位为mm，计算式为：径流系数（α）：为同一时段内流域面积上的径流深度Y（mm）与降水量X（mm）的比值：以小数或百分数表示26第一章地球上的水及其循环27第一章地球上的水及其循环河道水情（2011年4月7日）28第一章地球上的水及其循环29第一章地球上的水及其循环30第一章地球上的水及其循环31第一章地球上的水及其循环32第一章地球上的水及其循环33第一章地球上的水及其循环341.4我国水文循环概况——降水第一章地球上的水及其循环我国绝大部分为季风气候，雨季旱季分明，降水的时空分布很有规律。4月——东南沿海一带6月——长江沿线7-8月——华北、东北南部、西北内地东南季风5-6月——新疆西北部大西洋气流6-9月——青藏高原南部、云南高原西南季风1.4.1降水年内分配不均35南城站1953～2010年年降水量折线图1.4.2降水年际变化大36南城站1953～2010年12月降水量折线图1.4.2降水年际变化大37南城站1953～2010年6月降水量折线图1.4.2降水年际变化大38月份降水量(mm)1月73.12月110.23月190.14月237.55月265.96月297.37月132.18月122.19月84.010月63.211月62.512月52.6合计1690.5