第四章 水教材

第四章海洋和陆地水第一节地球水循环与水量平衡一、地球上水的分布海洋、河流、湖泊、地下水、大气水分和冰，共同构成地球的水圈，地球上的水有97％以上在海洋中二、水循环与水量平衡地球上的水并不是处于静止状态的。海洋、大气和陆地的水，随时随地都通过相变和运动进行着连续的大规模的交换。这种交换过程，就是水分循环。水循环模式水量平衡降水、蒸发和径流在整个水分循环中，是三个最重要的环节全球水量平衡海陆降水量之和等于海陆蒸发量之和海洋是大气水分和陆地水的主要来源大陆气团对陆地江水的作用远不及海洋气团作用海洋蒸发量大于降水量，陆地小于降水量全球降水与蒸发赤道地区，特别0°～10°N副热带高压区，10°～40°SN，南半球更突出40°～90°SN，南半球更突出两极降水与蒸发均较少第二节海洋起源与海水理化性质一、海洋的形成几种假说：1、洋壳是原生的，地球形成初期就存在2、泛大陆分离时海底扩张形成3、熔融岩浆侵入地壳并溢出地表冷凝海水来自地壳和上地幔世界大洋和海二、世界洋分为：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋三、海及其分类（1）内海，或称地中海：四周几乎完全被陆地包围，只有一个或多个海峡与洋或邻海相通。它可以位于一个大陆内部，也可以位于两个大陆之间。地中海、红海、黑海、波罗的海、渤海等，都是内海。（2）边缘海：位于大陆边缘，以半岛或岛屿与大洋或邻海相分隔，但直接受由外海传播来的洋流和潮汐的影响。白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海、东海和南海等，均为边缘海。（3）外海：虽位于大陆边缘，但与洋有广阔联系的海，称为外海。如阿拉伯海、巴伦支海等。（4）岛间海：大洋中由一系列岛屿所环绕形成的水域，称为岛间海。如爪哇海、苏拉威西海等。四、海水的组成海水是含有多种溶解固体和气体的水溶液，其中水约占96.5％，其他物质占3.5％。海水中还有少量有机和无机悬浮固体物质氢和氧是海水中最主要的化学成分海水盐度是指海水中全部溶解固体与海水重量之比海水的氯度是每千克海水中所含氯的克数五、海水的温度、密度和透明度海水的温度决定于海水的热量收支状况海水密度值是温度、盐度和压力的函数。温度升高时密度减小，盐度增加时，密度增大海水的颜色决定于海水对太阳光线的吸收和反射状况海水的透明度以直径30厘米的白圆盘投入海水中的可见深度来表示海洋的物理结构第三节海水的运动一、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，反之叫小潮海水受月球和太阳的引力而发生潮位升降的同时，还发生周期性的流动，这就是潮流潮流类型也分为半日潮流、混合潮流和全日潮流三种。二、海洋中的波浪波浪是指海水在外力和惯性力的作用下，水面随时间起伏的现象。即海水质点以其原有平衡位置为中心，在垂直方向上作周期性圆周运动的现象。波浪包括波峰、波谷、波长、波高四个要素成因可分为：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”波长和水深的相对关系分为“深水波”（“短波”）和“浅水波”（长波）作用力的作用情况可分为“强制波”和“自由波”（“余波”）波浪的形成波峰线发生转折而与海岸平行，这种现象就是海浪的折射三、洋面流和水团运动

洋流：海水沿着一定的方向有规律的水平流动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洋流可以分为摩擦流、重力-气压梯度流和潮流三类

世界洋流（北半球冬季）第四节海平面变化海平面波动的原因1、盆地本身的体积或容量改变，主要由于大洋中脊系统的构造活动，如海底的扩张、岩石的冷却。这种由大洋中脊体积变化引起的海平面升降的最大幅度大约在500m，其变化时间很慢，通常在数千万年时间尺度上出现。2、陆冰的增长与消融：随冰期环境的发展，海平面大约以1m/ka的速度缓慢下降，在末次冰盛期海平面下降量达到最大，比现在海平面低120-150m.冰期终结较为迅速，海平面以5-10m/ka的速度上升，在10-20ka内恢复到冰期的水平。3、地壳均衡作用：冰期时，负载冰的大陆下沉；洋盆负载减小而造成洋壳上升；间冰期卸荷导致陆地均衡的抬升和海底下沉。由于大陆负载和卸荷的面积远比海洋的负载和卸荷的面积小不同，大陆升降的幅度比洋壳升降的幅度大，并且二者不同步。4、下地幔流动的滞后性：大陆和洋盆的升降导致地幔中物质的运移。陆地的快速升降与下地幔的缓慢流动不同步，因些地幔形态的变化在冰体负载稳定以后继续出现在一定距离的范围内。5、水文均衡：海侵导致额外的水出现大陆架上，增加了陆壳的负载，引起大陆边缘相对海平面的微小变化。历史时期的海平面变化历史与现代记录表明，海平而正在稳定而缓慢的上升，19世纪的上长升了约10-15cm,20世纪上升速度约1-3mm/a

目前海平而上升的确切原因尚不清楚，可能的原因是：末次冰期的冰消期发生的地幔重新回复仍在继续；人类活动增加的CO2；造成全球变暖，全球变暖首先造成山地冰川后退，估计在上个世纪已使海平面上升2-7cm，本世纪可能高达30cm.实际上贮存在水库中的水已阻止了上世纪海平面上升1-2cm.

全球变暖的另个结果可能使南极西部的冰川融化，估计会增高5米。在南极发现的古海岸线（100ka）高出现代海平面6米，是上次间冰期时的海岸线。第五节

海洋资源和海洋环境保护

海水化学资源：海水中含量最大的化学物质是水，水本身就是一项重要而宝贵的资源海底矿产资源：石油和天然气是最重要的海底资源，还有海滨砂矿和海底矿产等海洋动力资源：波浪和潮汐都具有巨大的能量海洋生物资源：海洋无脊椎动物、脊椎动物和海藻等

海洋对地理环境的影响：

海洋借助自己与大气的物质和能量交换过程间接影响气候和受气候影响的各种自然现象

主要包括海气相互作用、海陆相互作用和洋流

海洋在地理环境中的重要地位和对人类生活的巨大影响要求我们保护海洋环境陆地地表水的组成海洋蒸发的水汽降水冰川湖泊沼泽河流陆地表面水的组成水量（万亿立米）占地表水总量％合计24064.199.217南极2160089.057格陵兰23406.648冰岛83.50.344各洲山地40.60.168合计176.40.727淡水湖910.375咸水湖85.40.35211.40.0472.120.00924254.02100水

体沼

泽河槽（蓄水）总

计冰川与永久积雪湖泊第六节

河流一、河流、水系和流域降水或由地下涌出地表的水，汇集在地面低洼处，在重力作用下经常地或周期地沿流水本身造成的洼地流动，这就是河流

河流沿途接纳很多支流，并形成复杂的干支流网络系统，这就是水系每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给，这部分陆地面积便是河流和水系的流域

CharacteristicsoftheWorld'sTenLargestRiversRiverDrainageAreaLength(Km)WaterDischargeSedimentDischarge

(103km2)(km)(m3/s)(km3/yr)(103t/yr)Amazon(亚马逊)615062752000006300900000Zaire(Congo)(扎伊尔)3820467040000125043000Orinoco(奥里诺科)9902570348801100210000Ganges-Brahmaputra14802700307909711670000Yangtze(长江)1940499028540900478000Mississippi-Missouri3270626018390580210000Yenisei(叶尼塞河)258057101776056013000Lena(勒拿河)250046001630051412000Mekong(湄公河)790418014900470160000Parana-LaPlata(拉普拉塔)283039401490047092000流域

水系形式是一定的岩层构造和沉积物性质和新构造应力场的反映树枝状长方形状格状辐射状环状平行状混乱状袭夺状河流传输系统河道的基本形态特征河道形态河槽平面形态纵横断面形态1.河槽的平面形态（1）山区河流平面形态极为复杂，急弯比比皆是，两岸和河心常有巨石突出，岸边极不规则，宽度变化很大，急滩、深潭上下交错。在落差较大的地方往往形成陡坡跌水或瀑布。（2）平原河流蜿蜒曲折的平面形态，有浅滩和深槽存在。2.河槽的纵横断面及比降（1）河流纵断面河流河底高程沿河长的变化可以用于表示河流的纵坡及落差的沿程分布，是推算河流水能蕴藏量的主要依据。落差：河流两端的河底高程差，河源与河口两处的河底高程差称为总落差比降：某河段底落差与该河长的比值。

垂直于主流方向的河底线与水面线所包围的平面

静水断面：横断面中流速为零的部分

过水断面：流速大于零的部分

大断面：以历年最高洪水位以上某一距离处作为上界（2）河流横断面河流的分段河口下游中游上游河源流域中干支流总长度和流域面积之比，称为河网密度D（km/km2）

河网密度是地表径流丰富与否的标志之一。流域气候、植被、地貌特征、岩石和土壤的渗透性和抗蚀能力，是河网密度大小的决定性因素二、河流水情要素1.水位（1）概念水位：水体的自由水面高出某一基面以上的高程。基面：高程起算的固定零点。绝对基面：以某处的特征海水面为准作为零点。测站基面：以某测站的最枯水位以下0.5-1.0米处作为参证基面的零点。1.水位（2）影响水位变化的因素补给、河道冲淤、风、潮汐、结冰、植物生长、干支流汇合以及人类活动等。1.水位（3）水位的日变化与年内变化水位日变化以冰雪融雪补给为主的河流以雨水补给为主的河流二、河流水情要素1.水位（4）水位过程线是以时间为横坐标，以水位为纵坐标绘成的曲线。二、河流水情要素1.水位（5）水位历时曲线历时:一年中等于和大于某一水位出现的次数之和。2.流速（1）定义河流中水质点在单位时间内移动的距离。2.流速（2）河流中垂线流速的分布2.流速（3）河流中断面流速的分布－等流速线2.流速（3）天然河流中平均流速的计算－谢才公式式中：V为河道断面的平均流速；R为水力半径；i为水面纵比降；C为与糙率等因素有关的流速系数。3流量（1）定义单位时间内流经某一过水断面的水量，单位m3/s3.流量（1）定义式中：Q单位时间内流经某一过水断面的水量；V为过水断面平均流速；F为过水断面面积。3.流量（2）流量过程线以时间为横坐标，流量为纵坐标，根据流量实测记录绘成的曲线。3.流量（3）水位流量关系曲线降水蒸散发植物截留不透水面填洼及地面滞蓄土壤蓄水地下水蓄水深层地下水坡面流壤中流地下水流河流蓄水流域出流三、河川径流径流的形成径流计量单位1.流量QQ=A×V式中：A为过水断面面积（m2）；

V为过水断面的平均流速（m/s）。2.径流量W一定时期内通过河流某一横断面的总水量。单位：m3。式中：Q（t）为t时刻流量（m3/s）；T为计算历时（s）。3.径流深R径流量均匀地铺在整个流域面积上所相当的水层深度。单位：mm。R＝W/(1000A)式中：W径流量（m3）；

A为流域面积（km2）。4.径流模数M流域出口断面流量与流域面积之比值。单位：m3/（s·km2）。M＝Q/A5.径流系数

某一时期内的径流深与相应的流域平均降雨深的比值。取值范围为0～1。河川正常年径流量的基本概念无限长时期年径流量的算术平均值。（1）有长期实测资料情况下正常年径流量的计算指系列有足够长（一般要求二、三十年以上）；包括有丰、中、枯水的典型年观测资料；由它计算的多年平均值基本上趋于稳定。（2）有短期实测资料情况下正常年径流量的计算指仅有20年以下的实测资料，代表性较差。延展资料系列的方法－相关分析法径流的变化径流的季节分配

冬季枯水春季桃汛或平水、枯水夏季洪水秋季平水径流的年际变化丰水年：年径流量大于正常年径流量。枯水年：年径流量小于正常年径流量。以年径流量的离差系数Cv表示年径流的变化程度，与降雨量的变率分布一致特征径流

洪水：大量的降水在短时间内汇入河槽形成特大的径流。

枯水：一年中没有洪水时期的径流。四、河流的补给1.雨水补给2.季节性积雪融水补给3.永久积雪或冰川融水补给4.湖泊沼泽水补给5.地下水补给五、流域的水量平衡

进入任意流域空间的水量，减去所消耗的水量，等于它原来水量的绝对增加量，这就是流域水量平衡的原理

六、河流的分类1）以河流的水源作为河流最重要的典型标志，按照气候条件对河流进行分类；2）根据径流的水源和最大径流发生季节来划分；3）根据径流年内分配的均匀程度来划分；4）根据径流的季节变化，按河流月平均流量过程线的动态来划分；5）根据河槽的稳定性来划分；6）根据河流及流域的气候、地貌、水源、水量、水情、河床变化等综合因素来划分

我国常以河流径流的年内动态差异为标志进行河流分类

七、河流与地理环境的相互影响河流是所在流域内自然地理总背景下的产物。河流的地理分布受着气候的严格控制。实际上，河流的水文特征，包括水源的补给形式及其比例，水位、流量及其季节变化，结冰与否及结冰期长短，等等，无一不受气候条件制约。河流是地球水分循环的一个重要的、不可缺少的环节，内陆河流把水分从高山输送到内陆盆地底部或湖泊中，实现水分小循环；外流河把大量水分由陆地带入海洋，弥补海水的蒸发损耗，实现水分大循环。同时，热量和矿物质也随水分一起输送。南北向河流把温度较高的水送往高纬地区，或者相反，对流域气温都具有调节作用。冲积平原河流三角洲科罗拉多高原上的河流卫星照片中的河流第七节

湖泊与沼泽湖泊概念：陆地上天然洼地之蓄水体系，是湖盆、湖水及水中物质组合成的自然综合体。全世界湖泊分布：总面积为250～270万km2，占大陆面积的1.8％左右。中国湖泊分布：大于1km2的湖泊有2300多个，总面积7.17万多km2，占全国总面积的0.78％。湖泊类型构造湖，火口湖，堰塞湖，河成湖，风成湖，冰成湖，海成湖，溶蚀湖吞吐湖，闭口湖淡水湖，微咸水湖，咸水湖，盐水湖贫营养湖，中营养湖，富营养湖湖盆成因湖水补排情况湖水矿化度湖水营养物质湖泊的称谓

湖：全国各地泊：全国各地区池：全国各地荡：苏浙地区淀：华北地区错：西藏地区氿（音久）：江苏地区海：云贵地区诺尔：内蒙古淖（音闹）：内蒙古地区（诺尔的近音）潭：全国各地库勒：新疆地区浣（音换）：江南地区湖水的性质：1、颜色和透明度：颜色取决于含沙量多少、泥沙颗粒大小、浮游生物的种类和数量多少，明度与太阳光线、湖水含沙量、温度及浮游生物都有关系2、温度：太阳辐射热量是湖水的主要热量来源。3、化学性质：化学成分大致是相同的，但含量由于降水、地表径流和地下水带入湖泊的化学元素种类和含量有差别湖水运动

1.湖水混合

概念：湖中的水团或水分子在水层之间现象。

湖水混合方式：

紊动混合（由风力和水力坡度力作用产生）

对流混合（由湖水密度差引起）

湖水稳定度：湖水混合时混合速度所受阻力的大小

2.湖泊水量平衡一般方程：

VP+VRd1+VRg1=VE+VRd2+VRg2＋Vq

±V

式中：VP为湖面降水量；VRd1、VRd2分别为入、出湖地表径流量；VRg1、VRg2分别为入、出湖地下径流量；VE为湖面蒸发量；Vq为工农业用水量；

V为计算时段始末湖水贮量的变量

对于闭合流域：

VP+VRd1=VE+VRd2＋Vq

±V对于内陆湖泊：

VP+VRd1=VE＋Vq

±V

沼泽基本特征地表经常过湿或有薄层积水其上生长湿生植物或沼生植物有泥炭积累或无泥炭积累，但有潜育层存在自然地理条件

地势低平，排水不良，蒸发量小于降水量我国沼泽分布

主要分布在四川若尔盖高原、三江平原等地。占全国陆地面积的1.15%。沼泽形成水体沼泽化湖泊沼泽化陆地沼泽化陆地沼泽化浅湖沼泽化深湖沼泽化草甸沼泽化森林沼泽化

沼泽的水文特征1.沼泽水的存在形式重力水、毛管水、薄膜水等形式存在于泥炭和草根层中。2.沼泽水的运动除部分沼泽个别时段有表面流外，大都是孔隙介质中侧向渗透的沼泽表层流，表层流在潜水位变动带内，呈层流状态。3.沼泽水量平衡蒸发量大，径流量小。在多年变化中，前者变化相对较小，后者变化相对较大。4.沼泽的温度、冻结和解冻5.沼泽水水质特征富含有机质和悬浮物，生物化学作用强烈。沼泽的类型低位沼泽－富营养型沼泽

沼泽表面呈浅碟形，泥炭层不太厚。地表水和地下水补给丰富，泥炭的灰分含量一般超过18％。中位沼泽－中营养型沼泽由于泥炭层的日益增厚，沼泽表层变得平坦，沼泽植物以中营养植物为主。高位沼泽－贫营养型沼泽泥炭层较厚，沼泽表面中部凸起，沼泽植物以泥炭藓为主，水文状况发生了显著的变化。上部只承受大气降水补给，植物所需养分已很贫乏，泥炭灰分含量不足4％。第八节地下水地下水的物理性质和化学成分物理参数：温度、颜色、透明度、比重、导电性、放射性、嗅感和味感化学成分：气体（CO2、O2、N2、CH4、H2S）、氢离子、离子成分和胶体物质（氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子和碳酸根离子、钙、镁、钾和钠等）总矿化度：是指水中离子、分子和各种化合物的总含量，通常是以水烘干后所得的残渣来确定，单位为g/l

硬度：水中钙、镁离子的总量1.岩石的容水性：在自然充水条件下，岩石所具有的容纳外来液态水分的性能

表示方式－容水度（Wn）2.岩石的持水性：饱水岩土在重力作用下，依靠分子力何毛管力仍然保持一定水分的能力

表示方式－持水度（Wr）3.岩石的给水性：饱水岩土在重力作用下能自由排出水的