地球科學(xué)概論第五章地球上的水資源和分布

1、地球科學(xué)概論地球上的水資源和分布 第五章1.水是人類和地球上一切生命得以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。2.目前人類可直接利用的淡水資源十分有限。3.冰川是陸地上儲(chǔ)量最大的淡水庫。4.海洋水、陸地水和大氣水在自然界中不停地運(yùn) 動(dòng)、變化，構(gòu)成水循環(huán)。主要觀點(diǎn)缺水的地球地球表面的 2/3 雖然被水覆蓋，但其中 97.5% 是咸水，在余下的 2.5% 的淡水中，又有 87% 是人類難以利用的兩極冰蓋、冰川、冰雪。人類可利用的淡水只占全球水總量的 0.26%，而這些淡水大部分是地下水。實(shí)際上，人類可以從江河湖泊中取用的淡水只占水總量的 0.014%。有人比喻說，在地球這個(gè)大水缸里可用的淡水只有一湯匙，而這一湯匙水又遭

2、到嚴(yán)重污染。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，全球淡水消耗量自 20 世紀(jì)初以來增加了約 6 7 倍，比人口增長速度高 2 倍。全球目前有 14 億人缺乏安全清潔的食用水，即平均每 5 人中便有 1 人缺水。估計(jì)到 2025 年，全世界將有 30 億人缺水。波及的國家和地區(qū)達(dá) 40 多個(gè)，主要為非洲和中東地區(qū)，印度、秘魯、英國、波蘭及中國部分地區(qū)亦會(huì)受到影響。1.地球上水體的類型與儲(chǔ)量2.自然界的水循環(huán)3.海洋里的水4.陸地上的水5.大氣水地球上水體的類型與儲(chǔ)量地球上淡水的構(gòu)成96.53%海洋水湖泊咸水和地下咸水淡水 1.74%0.03%0.76%冰川地下淡水其他淡水0.94%2.53%永凍土底冰湖泊淡水土壤水大

3、氣水沼澤水河水生物水各種水體所占比例容易利用的淡水資源占全球的十萬分之七自然界的水循環(huán)海陸間循環(huán) 海洋洋面上的水經(jīng)過蒸發(fā)變成水汽，水汽上升到空中隨著氣流運(yùn)行，被輸送到大陸上空，其中一部分水汽在適當(dāng)條件下凝結(jié)，形成降水。降落到地面的水，一部分沿地面流動(dòng)，形成地表徑流；一部分滲入地下，形成地下徑流。二者經(jīng)過江河匯集，最后又回到海洋。 內(nèi)陸循環(huán) 降落到大陸上的水，其中一部分或全部（指內(nèi)流區(qū)域）通過陸面、水面蒸發(fā)和植物蒸騰形成水汽，被氣流帶到上空，冷卻凝結(jié)形成降水，仍降落到大陸上，這就是內(nèi)陸循環(huán)。 海上內(nèi)循環(huán) 海上內(nèi)循環(huán)就是海洋面上的水蒸發(fā)成水汽，進(jìn)入大氣后在海洋上空凝結(jié)，形成降水，又降到海面。 水循

4、環(huán)的運(yùn)動(dòng)方式 蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水、徑流、入滲 水循環(huán)的意義 1.維護(hù)全球水量平衡，使陸地淡水不斷更新；2.促使自然界物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，對地表太陽能輻射起著吸 收、轉(zhuǎn)化、傳輸和調(diào)節(jié)的作用；3.使地表各個(gè)圈層之間、海陸之間實(shí)現(xiàn)物質(zhì)遷移和能量 交換；4.影響全球的氣候和生態(tài)，不斷塑造地表形態(tài)。水體的更替周期 水體的更替周期，是指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所需的時(shí)間，通常可用下式作近似計(jì)算：式中，T為更替周期（年或日、時(shí)）；W為水體總貯水量（米3）；W為水體年平均參與水循環(huán)的活動(dòng)量（米3/年）。 水量平衡概述 1.水量平衡概念 所謂水量平衡，是指任意區(qū)域的任意時(shí)段內(nèi)，其收入與支出的水量

5、差等于該時(shí)段區(qū)域的蓄水變量 2.研究意義 水量平衡研究是水文、水資源學(xué)科的重大基礎(chǔ)研究課題，同時(shí)又是研究和解決一系列實(shí)際問題的手段和方法。因而具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 3.全球水量平衡方程式上式說明海洋和陸地的多年平均降水量等于海洋和陸上多年平均蒸發(fā)量，即必須指出，在水循環(huán)過程中，全球總水量不變，不等于各種水體之間相對數(shù)量亦恒定不變。世界各地修建了一大批水庫，總蓄水量超過3000109米3，引起每年入海徑流量減少50109米3，海平面相應(yīng)下降毫米/年。這樣，在這一時(shí)期里世界海平面實(shí)際上升率為毫米/年。陸地上的水陸地咸水地下咸水湖泊咸水陸地淡水冰川地下淡水湖泊淡水土壤水河流水陸地上

6、的水河流 河水是陸地表層唯一暢流的液態(tài)水，它在地表水循環(huán)過程中起著上接大氣水，下承地下水，最后連接海洋水的主干作用。 所謂河流就是在重力作用下經(jīng)?；蜷g歇沿河流本身造成的洼地（河槽）流動(dòng)著的水流。一些概念一定區(qū)域內(nèi)，河流沿途接納很多支流，并形成復(fù)雜的干支流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，稱為水系。如長江水系，長江是干流，自上而下接納了雅礱江、岷江、漢水、湘江等支流，構(gòu)成龐大的長江水系。河流或水系都從一定的面積上獲得水源補(bǔ)給，這樣，河流的集水區(qū)域叫流域。流域與流域之間的界線稱為分水嶺。例如，南嶺山地是長江水系與珠江水系的分水嶺；秦嶺是長江流域和黃河流域的主要分水嶺 。分水嶺在山地區(qū)域，以山脊線為界，平原地區(qū)難以確定。直

7、接或間接流入海洋的河流叫外流河，補(bǔ)給外流河河水的區(qū)域叫外流區(qū)，如長江流域；不流入海洋，而流入內(nèi)陸湖泊或洼地，或者中途消失的河流，叫內(nèi)流河或內(nèi)陸河，補(bǔ)給內(nèi)流河河水的區(qū)域，稱為內(nèi)流區(qū)域，如塔里木河流域。 補(bǔ)給類型補(bǔ)給時(shí)間補(bǔ)給特點(diǎn)分布地區(qū)雨水補(bǔ)給雨季流量較大，流量隨降水量的變化而變化，雨季形成汛期我國季風(fēng)區(qū)和世界上絕大多數(shù)河流季節(jié)性積雪融水補(bǔ)給春季為主流量變化小，形成春汛溫帶和寒帶地區(qū)、我國東北地區(qū)冰雪融水補(bǔ)給夏季為主流量隨氣溫的變化而變化流量小，冬季斷流高山冰川地區(qū)、我國西部高山高原地區(qū)地下水補(bǔ)給常年河流穩(wěn)定而可靠的補(bǔ)給水源普遍湖泊水補(bǔ)給常年流量穩(wěn)定，中下游湖泊與河流有互補(bǔ)關(guān)系普遍。我國松花江上源

8、和長江中下游地區(qū)典型江河湖泊水 河流的徑流變化 徑流的季節(jié)變化 徑流的年際變化河流徑流的季節(jié)變化河流徑流量在一年內(nèi)的各個(gè)月份并不相同。河流徑流一年內(nèi)有規(guī)律的變化，稱為河流徑流的季節(jié)變化。河流徑流的季節(jié)變化，主要受流域的氣候制約。以雨水補(bǔ)給為主的河流，徑流主要隨降雨季節(jié)變化而變化。例如，東亞季風(fēng)氣候區(qū)，夏季降水集中，河流徑流豐富，冬季降水稀少，河流徑流量顯著減少；地中海型氣候區(qū)域，情況相反。以冰川補(bǔ)給為主的河流，徑流最豐富月份與氣溫最高的月份相一致。 河流徑流的季節(jié)變化河流徑流的季節(jié)變化大小，與人類生產(chǎn)、生活關(guān)系密切。例如，徑流季節(jié)變化小，說明河流水量穩(wěn)定，水資源利用可靠，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利；徑流

9、季節(jié)變化大，說明河流水量不穩(wěn)定，水資源利用不可靠，洪水期水量過大，容易釀成水災(zāi)，枯水期水量過小，不能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。修建水庫蓄水，調(diào)節(jié)徑流的季節(jié)變化，是保證生產(chǎn)和生活用水的根本措施。 河流徑流的年際變化大氣降水各年間有多有少，河流徑流量也各年有所不同，稱徑流年際變化。例如，有的年份降水偏多，河流徑流增多，稱為豐水年；有的年份降水偏少，河流徑流相應(yīng)減少，叫少水年；有的年份則接近多年平均狀況，稱平水年。我國東部廣大地區(qū)屬季風(fēng)氣候區(qū)，夏季降水量年際變化較大，所以常有豐水年和少水年情況出現(xiàn)。例如，長江漢口站最大豐水年徑流量是最小少水年徑流量的兩倍。 對應(yīng)：氣候上分澇年、旱年河流水情流域 水位：指水

10、體的自由水面高出某一基面以上的高程。 流速：指河流中水質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離。即V=L/t式中， V為流速（米/秒）； L為距離（米）； t為時(shí)間（秒）。 流量：在單位時(shí)間內(nèi)通過某過水?dāng)嗝娴乃捏w積補(bǔ)給汛期 平水期 枯水期 冰凍期 華南 前汛期 后汛期黃河特殊的水文現(xiàn)象凌汛內(nèi)蒙古河套一段 下游山東境內(nèi)一段冬季(結(jié)冰期)、春季(融冰期)黃河各段的特征上游：多峽谷、多支流、水量大、 富水力中游：多支流、多泥沙下游：“地上河”形成原理：河流封凍或解凍時(shí)，相對位于下游的冰壩堵塞河道發(fā)生條件：緯度高，有結(jié)冰期；由較低緯度流向較高緯度發(fā)生時(shí)間：秋末、冬季、初春凌汛長江全長6300千米，流域面積約180

11、萬平方千米。年徑流量約占我國年徑流量的1/3。長江各段的特征上游：多峽谷、多支流、水量大、富水力中游：多曲流、多支流、多湖泊下游：江寬水深、江海相連、航運(yùn)便利北江東江西江潯江左江右江紅水河珠江流域河川徑流豐富。多年年平均經(jīng)流量為3360億立方米，僅次于長江，是黃河的倍，海河的倍。流域面積僅占全國面積的4.6%，淡水量卻占全國的12.4%。年（人）均水量為4172立方米，為全國平均量的倍；每公頃占有水量立方米，為全國平均量的倍。年徑流深地區(qū)分布不均，自東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。西江下游、北江河?xùn)|江，徑流深大于1000毫米，屬豐水區(qū)，約占流域面積的20.5%。年徑流深在300毫米-1000毫米的多水

12、區(qū)，主要分布在珠江三角洲，西江下游干流、左江、右江、紅水河、柳江、黔江、南盤江、北盤江大部分地區(qū)，占全流域面積的76%。徑流深在100毫米-300毫米的過渡區(qū)，分布在南盤江上游開遠(yuǎn)、宜良、沾益一帶，占全流域面積的3.5%。徑流受降水的年內(nèi)分配的影響，季節(jié)變化比較明顯，夏季徑流量最豐，冬季最少 冰川 冰川 大陸冰川 山岳冰川 主要分布在南極洲和格陵蘭島上 一般位于高山的山嶺上部，那里常年氣溫在0以下，降雪量較大 地下水 （地下水是指埋藏于地表以下的水） 地下水的來源大氣降水降落到地表以后，其中一部分滲透到地下的土層里和巖石空隙里，形成地下水。 沙漠地區(qū)：有些沙漠地區(qū)因?yàn)樯衬貐^(qū)晝夜溫差大，白天氣

13、溫高，飽和水汽含量大，到了夜間氣溫下降，飽和水汽含量小，空氣里多余的水汽在沙子之間的空隙里凝成小水滴。小水滴下滲，在有利的地質(zhì)、地形條件下聚積，就成為地下水的來源。 巖漿在地殼中上升時(shí)，隨著溫度和壓力的降低，分異出來的氫氣和氧氣，也可以直接結(jié)合成溫度較高的熱水。地下水 地下水形式 潛水 承壓水 埋藏在地下第一個(gè)隔水層之上的地下水 在兩個(gè)隔水層之間承受一定壓力的地下水 地下水示意圖大氣水 水汽主要集中在離地面最近的大氣中。大氣水的表現(xiàn)形式 云：是大氣中水汽凝結(jié)形成的。 霧：接近地面的云叫做霧。 霜：當(dāng)氣溫降到0以下時(shí)，靠近地面空氣中所含的水汽在地面物體上凝結(jié)成冰晶，叫做霜。 降水：當(dāng)云層越來越厚

14、，云中的細(xì)小水滴就會(huì)越聚越大。終于，空氣的浮力支持不了水滴的重量，水滴降落到地面，便形成降水。降水形態(tài)液態(tài)（雨）固態(tài)（雪、冰雹）影響因素海陸位置大氣運(yùn)動(dòng)地形洋流我國降水空間分布規(guī)律由東南向西北減少4003002001000年降水量mm 沈陽北京上海廣州我國降水時(shí)間分布規(guī)律海洋里的水海水的鹽度 海水的溫度 海洋水的運(yùn)動(dòng) 主要形式洋流的形成波浪、潮汐、洋流風(fēng)海流、密度流、補(bǔ)償流洋流分布規(guī)律以副熱帶海區(qū)為中心的大洋洋流北順南逆以副極地海區(qū)為中心的大洋洋流北逆南順南半球中高緯海區(qū)形成西風(fēng)漂流北印度洋形成季風(fēng)洋流 夏順冬逆洋流的影響影響氣候影響海洋生物影響海洋污染物影響輪船航速海水的鹽度 海水最顯著的特

15、征是味道咸而苦澀，這是因?yàn)楹Ｋ泻新然c（約占總鹽類77.8%）、氯化鎂（約占總鹽類10.9%）等多種鹽類物質(zhì)。如果把海水中的鹽類物質(zhì)都分離出來，平鋪在陸地上，可使全世界陸地平均高度增加約153米。 鹽度：1000克海水中所含溶解的鹽類物質(zhì)的總量。一般用表示。全球海水的 平均鹽度是35 海水的鹽度 規(guī)律：從南北半球的亞熱帶海區(qū)分別向兩側(cè)的高緯度和低緯度遞減。南北回歸線附近降水少，蒸發(fā)量大于降水量，海洋表面的海水鹽度最大。赤道附近降水豐沛，降水量大于蒸發(fā)量，鹽度稍低。自回歸線向高緯度，隨著蒸發(fā)量的減少，鹽度也逐漸降低。江河徑流的加入降水與蒸發(fā)的強(qiáng)弱冰的形成與溶解混合過程影響因素海水的鹽度海水中

16、的鹽的來源 海底巖石中的鹽分逐漸被海水侵蝕、溶解；海底火山噴發(fā)時(shí)，噴發(fā)物質(zhì)中的鹽類物質(zhì)溶解在海水中；陸地河流每年攜帶30多億噸鹽分流入海洋中。海水的運(yùn)動(dòng)主要形式波浪、潮汐、洋流波浪：風(fēng)浪是最常見的一種波浪；海嘯是由海底地震、火山爆發(fā)或風(fēng)暴引起的巨浪。潮汐：海水在月球和太陽引力作用下發(fā)生的周期性漲落現(xiàn)象。古人將白天的海水漲落稱為潮，夜晚的海水漲落稱為汐。通常一天中可以觀察到海水漲落兩次。洋流：海洋表層海水，常年比較穩(wěn)定地沿著一定方向作大規(guī)模的流動(dòng)，叫做洋流，也叫海流。波浪運(yùn)動(dòng)波浪就是海水質(zhì)點(diǎn)在它的平衡位置附近產(chǎn)生一種周期性的震動(dòng)運(yùn)動(dòng)和能量的傳播。波浪運(yùn)動(dòng)：波形的向前傳播，水質(zhì)點(diǎn)并沒有隨波前進(jìn)。波

17、浪的基本要素有：波峰，波頂，波谷，波底，波高，波長，周期，波速，波向線和波峰線等。波浪形狀 波形：海上的波浪大多成列前進(jìn)，稱為波動(dòng)，並有不同的波形 。波峰與波谷：波動(dòng)的最高點(diǎn)稱為波峰，最低點(diǎn)稱為波谷。波浪形狀 波高：波峰到波谷的高度稱為波高。波長：相鄰的兩個(gè)波峰(或波谷)間的距離稱為波長。週期：一個(gè)波長的波通過一地點(diǎn)所需要的時(shí)間稱為周期。 波浪特性波的傳遞：海面的波浪只是海面的起伏運(yùn)動(dòng)，水分子本身不隨波形前進(jìn)。風(fēng)的能量：愈大的風(fēng)能吹起愈大的波浪，如臺(tái)風(fēng)引起的涌浪常使船只傾覆。 波浪類型碎浪 成因：海面波浪傳到海岸前，因海底變淺導(dǎo)致波浪破碎形成白花花的海浪。波浪類型碎浪 影響：碎浪產(chǎn)生的力量使砂

18、石移動(dòng)並改變海岸的地形，亦會(huì)破壞岸上建築，故海邊須筑防波堤。 2.潮汐與潮流 （1）全球性海水周期性漲落現(xiàn)象叫潮汐（tide） 。 （2）由潮汐引起的海面高度變化迫使海水作大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)，稱為潮流。 潮汐要素圖 引潮力和潮汐洋流洋流的定義： 洋流是指大洋表層海水常年大規(guī)模的沿一定方向進(jìn)行的較為穩(wěn)定的流動(dòng)，也叫海流。按性質(zhì)分類：暖流(從較低緯度流向較高緯度的洋流)寒流(從較高緯度流向較低緯度的洋流)風(fēng)海流風(fēng) 在盛行風(fēng)吹拂下,海洋表層的海水沿一定方向有規(guī)律的大規(guī)模流動(dòng).密度流由密度差異影響而形成的洋流地 中 海大西洋密度流由于各地海水的溫度、鹽度不同，引起海水密度的差異，從而導(dǎo)致海水流動(dòng)，這叫密度流。例如，地中海