地球上的水及其循環(huán)

會計學1地球上的水及其循環(huán)水體水量（km3）%地表水海洋水1

338

000

00096.54冰川、冰蓋及永久積雪24

064

1001.74湖泊水176

4000.0127沼澤水11

4700.0008河流水2

1200.0002地下水重力水（飽水帶水）23

400

0001.69土壤水（包氣帶水）16

5000.0012地下冰（永久凍土帶固態(tài)水）300

0000.0216大氣水12

9000.0009生物水1

1200.0001合計1

385

984

610100表1-1地球淺部層圈水的分布第一章地球上的水及其循環(huán)第1頁/共45頁1.2自然界的水循環(huán)第一章地球上的水及其循環(huán)定義：自大氣圈到地幔的地球各個層圈中的水構(gòu)成一個系統(tǒng)。這一系統(tǒng)內(nèi)的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的過程即是自然界的水循環(huán)。自然界的水循環(huán)按：

1）循環(huán)途徑的長短；

2）循環(huán)速度的快慢；

3）涉及圈層的范圍?？煞譃椋核难h(huán)和地質(zhì)循環(huán)第2頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)第3頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)圖1-1水文循環(huán)示意圖1.2.1水文循環(huán)定義：發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)，在太陽輻射和重力共同作用下，以蒸發(fā)、降水和徑流等方式周而復始進行的。第4頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)圖1-1水文循環(huán)示意圖第5頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.2.1水文循環(huán)特點：速度較快，途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速周期：大氣水總量雖然小，但是循環(huán)更新一次只要8天，每年平均更換約45次。河水（16天）；海洋水（2500年）。地下水根據(jù)其不同埋藏條件，更新的周期由幾個月到若干萬年不等。內(nèi)因：外因：常溫范圍內(nèi)，水的三態(tài)（固、液、氣）轉(zhuǎn)化特征太陽輻射和重力作用循環(huán)途徑的不同：大循環(huán)和小循環(huán)第6頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)意義：自然界物質(zhì)運動、能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)的重要方式之一，對自然環(huán)境的形成、演化和人類的生存產(chǎn)生巨大的影響①直接影響氣候變化②改變地表形態(tài)通過蒸散發(fā)進入大氣的水汽，是產(chǎn)生云、雨和閃電等現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。蒸發(fā)產(chǎn)生水汽，水汽凝結(jié)成雨（冰、雪），吸收或放出大量潛熱?？諝庵械乃恐苯佑绊憵夂虻臐駶櫥蚋稍铮{(diào)節(jié)地面氣候。降水形成的徑流，沖刷和侵蝕地面，形成溝溪江河；水流搬運大量泥沙，可堆積成沖積平原；滲入地下的水，溶解巖層中的物質(zhì)，富集鹽分，輸入大海；易溶解的巖石受到水流強烈侵蝕和溶解作用，可形成巖溶等地貌。第7頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)③造成再生資源水文循環(huán)造成巨大的、可以重復使用的再生水資源，使人類獲得永不枯竭的水源和能源，為一切生物提供不可缺少的水分；大氣降水把天空中游離的氮素帶到地面，滋養(yǎng)植物；陸地上的徑流又把大量的有機質(zhì)送入海洋，供養(yǎng)海洋生物；而海洋生物又是人類食物和制造肥料的重要來源。④水文循環(huán)帶來洪水和干旱，會給人類和生物造成威脅第8頁/共45頁1.2自然界的水循環(huán)第一章地球上的水及其循環(huán)1.2.2地質(zhì)循環(huán)第9頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)軟流圈中水的地質(zhì)循環(huán)第10頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.2.2地質(zhì)循環(huán)定義：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程稱為水的地質(zhì)循環(huán)上升流區(qū)，上地幔熔融物質(zhì)進入地殼或噴出地表時，地幔巖石中的水分也隨之上升與分異，轉(zhuǎn)化為地球淺層圈的水。（初生水，據(jù)推算2×108t/年）軟流圈下降流區(qū)，含有大量水的地殼巖塊俯沖沉入地幔，使地幔得到淺層圈水的補充地質(zhì)循環(huán)還發(fā)生在成巖作用、變質(zhì)作用、風化作用等過程第11頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.2.2地質(zhì)循環(huán)地質(zhì)循環(huán)還發(fā)生在成巖作用、變質(zhì)作用、風化作用等過程

在這些地質(zhì)過程中，不僅有分子態(tài)的水（H2O）進入礦物（或稱為礦物結(jié)合水）或從礦物中脫出，同時還常常伴有水分子的分解與合成。例如，區(qū)域變質(zhì)作用時，粘土礦物與碳酸鹽巖重結(jié)晶時，即分解出H+和OH-及其它組分。在形成新的鋁硅酸鹽巖石的同時，H+和OH-合成為H2O，形成再生水。風化作用中也有水的參與。如長石的風化過程：礦物結(jié)合水（結(jié)晶水）：Ca（SO4）·2H2O，Cu（SO4）·5H2O第12頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.2.3水文循環(huán)與地質(zhì)循環(huán)的比較通常發(fā)生于地球淺層圈中，是H2O分子態(tài)水的轉(zhuǎn)換，通常更替較快發(fā)生于地球淺層圈與深層圈之間，常伴有水分子的分解與合成，轉(zhuǎn)換速度緩慢，過去被忽視隨著對各種成巖、成礦地質(zhì)作用認識的深化，水參與各種地質(zhì)作用過程的意義不斷被人們所認識水文循環(huán)對地球的氣候、水資源、生態(tài)環(huán)境等影響顯著，與人類的生存環(huán)境有直接的密切聯(lián)系水文循環(huán)是水文學與水文地質(zhì)學的研究重點研究水的地質(zhì)循環(huán)，對于深入了解水的起源，水在各種地質(zhì)作用過程乃至地球演化過程中的作用，都具有重要意義水文循環(huán)地質(zhì)循環(huán)第13頁/共45頁1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素第一章地球上的水及其循環(huán)第14頁/共45頁1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素第一章地球上的水及其循環(huán)

對流層最接近地表，水汽也主要分布在對流層的下部。因此，對流層的物理狀態(tài)及運動規(guī)律是影響水文循環(huán)和水資源分布的最重要的因素。

對流層的厚度隨緯度增加而減小，赤道地區(qū)可達17～18km，中緯度帶10～12km，極地地區(qū)為8～9km。對流層受地面的熱影響，其溫度隨高度增加而遞減。

因此，對流層經(jīng)常發(fā)生上升和下降氣流和大規(guī)模的水平對流。其物理狀態(tài)隨時間和空間的變化，決定著氣象要素的復雜變化。第15頁/共45頁1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素第一章地球上的水及其循環(huán)太陽的熱輻射是地表和大氣的最主要熱源。據(jù)近年來宇航觀測資料，大氣層的上界面每cm2面積上每分鐘接受的太陽輻射能量約8.16J。由于大氣的主要成分氮和氧幾乎不吸收太陽輻射能，水汽和二氧化碳則主要吸收波長較長的紅外光線，而太陽輻射主要是短波輻射，故大氣所直接吸收的太陽輻射能僅占15%，其余部分約有42%通過反射和散射返回宇宙空間，43%達到地球表面。地表接受輻射增熱后，自身再向大氣和宇宙空間輻射能量。此類輻射主要是長波輻射，故大部為大氣吸收而增溫。此外，空氣與地面直接接觸，由于熱傳導、對流而升溫，更是大氣增溫的主要原因。因此，地表是大氣的二次熱源。地表（海洋表面）熱力狀況在空間和時間上的變化，直接引起大氣物理狀態(tài)的變化。第16頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——氣溫由于地球是大氣的第二熱源，因此地表的熱力狀況隨時間和空間的變化必然導致氣溫的相應變化。

氣溫隨時間的變化是指一個地區(qū)氣溫的晝夜變化、季節(jié)變化和多年變化。

氣溫隨空間的變化包括水平方向和垂直方向的變化。高度相同的地區(qū)，氣溫變化主要受緯度的控制，一般自赤道向兩極由高到低。以同一時期各地區(qū)氣溫平均值繪制等溫線圖來表示氣溫水平變化。垂直方向的變化，是指同一地點不同高度上氣溫的變化。在對流層內(nèi)，氣溫隨高度增加而遞減，一般每升高100m，氣溫約降低0.5℃。第17頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——氣溫北寒帶（北緯66.5度到北緯90度）北溫帶（北緯23.5度到北緯66.5度）熱帶（北緯23.5度到南緯23.5度）南溫帶（南緯23.5度到南緯66.5度）南寒帶（南緯66.5度到南緯90度）第18頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——氣壓大氣的質(zhì)量施加在地表或地表物體上的壓力稱為大氣壓力，常用毫米水銀柱高度表示。在標準狀態(tài)下（氣溫為0℃時，緯度45°的海平面上）的氣壓為760毫米水銀柱高度，即約相當105Pa。由于大氣的質(zhì)量隨高度增加而降低，因此壓力也隨高度增加而降低。而地表熱力狀況的差異，則造成氣壓在水平方向的變化。

赤道地帶氣溫高，熱氣流上升猛烈，對流層厚度較大，故在赤道上空，氣壓較兩側(cè)地帶大，大氣向兩側(cè)運動。兩側(cè)地帶由于發(fā)生下降氣流使近地面處空氣密度加大。第19頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——氣壓

因此在鄰近地面的下部，赤道地帶形成低壓帶，兩側(cè)則形成亞熱帶高壓帶，地表遂產(chǎn)生由兩側(cè)向赤道運動的氣流。兩極氣溫低，空氣密度大，也形成高壓帶。在兩極和亞熱帶的高壓帶之間形成相對低壓帶。

地表覆蓋狀況不同，熱力狀態(tài)有很大差異。

例如，由于水和巖石的熱容量差別較大，因此冬季大陸氣溫較海洋低，氣壓則高于海洋地區(qū)，夏季則正好相反。這就造成了海陸之間的氣壓差，而形成了周期性的季風。氣壓差別引起氣流，氣流運動使大氣中的水分與熱量重新分配，從而引起各種復雜的天氣現(xiàn)象。第20頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——氣壓第21頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——濕度大氣中水汽含量構(gòu)成了空氣濕度。水汽具有重量，所以也有壓力?？諝庵兴康亩嗌?，可以用重量或壓力表示。濕度分為絕對濕度和相對濕度兩種。絕對濕度表示某一地區(qū)某一時刻空氣中水汽的含量。采用重量單位時，用1m3空氣中所含水汽的g數(shù)表示，重量單位絕對濕度代表符號為m。

采用壓力單位時，為空氣中所含水汽分壓相當于水銀柱高度的mm數(shù)，或以毫巴表示（1毫巴＝102Pa），代表符號為e。第22頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——濕度

絕對濕度只能說明某一時刻空氣中水汽含量的多少，而不能表明此時空氣中水汽含量的飽和程度。因此又有相對濕度的概念?？諝庵兴苋菁{的最大水汽數(shù)量隨著氣溫升高而增大（表1-2）。某一溫度下，空氣中可容納的最大水汽數(shù)量，稱為該溫度下的飽和水汽含量，同樣也可用重量單位（代號為M），或壓力單位（代號為E）表示。第23頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——濕度

絕對濕度和飽和水汽含量之比即為相對濕度（r），相對濕度以百分比表示之。

由此可見，由于飽和水汽含量隨溫度降低而減小，因此當絕對濕度不變時，隨氣溫下降，相對濕度隨之增高。當絕對濕度與飽和水汽含量相等，相對濕度等于100%。空氣中水汽達到飽和時的氣溫稱為露點。當氣溫降到露點以下，空氣中過剩的水汽即凝結(jié)而形成不同形式的液態(tài)或固態(tài)降水。第24頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——蒸發(fā)定義：在常溫下，水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進入大氣的過程。地表水（水面蒸發(fā)）地下水、土壤（土面蒸發(fā)）植物（葉面蒸發(fā)）大氣中的水汽水面蒸發(fā)溫度飽和差風速氣壓土面蒸發(fā)溫度飽和差風速氣壓地下水埋藏深度土壤顆粒大小葉面蒸發(fā)第25頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.1氣象因素——降水定義：當空氣中水汽含量達飽和狀態(tài)時，超過飽和限度的水汽便凝結(jié)，以液態(tài)或固態(tài)形式降落到地面的過程。降水的表示方法：單位（mm）（0.1mm）降水在水循環(huán)中的重要意義降雨降雪、冰雹①直接影響氣候變化②改變地表形態(tài)③造成再生資源④水文循環(huán)帶來洪水和干旱第26頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.2水文因素——徑流定義：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流。徑流分為地表徑流（surfacerunoff）和地下徑流（groundwaterdischarge），兩者具有密切聯(lián)系，并經(jīng)常相互轉(zhuǎn)化。1.3.2水文因素——水系和流域河流（地表徑流）：降水或由地下涌出地表的水，匯集在地表低洼處，在重力作用下，經(jīng)?；蛑芷谛缘匮刂魉旧碓斐傻牟坌伟嫉亓鲃?。干流支流水系集水區(qū)域流域地下徑流、地下水分水嶺、地下水流域第27頁/共45頁1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素第一章地球上的水及其循環(huán)1.3.3水文因素——（地表）徑流的表征參數(shù)第28頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)流量（Q）：系指單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為m3/s。流量Q等于過水斷面面積F與通過該斷面的平均流速V的乘積，即：徑流總量（W）：系指某一時段了內(nèi)，通過河流某一斷面的總水量，單位為m3。計算式為：徑流模數(shù)（M）：系指單位流域面積F（km2）上平均產(chǎn)生的流量，以L/（s·km2）為單位，計算式為：第29頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)徑流深度（Y）：系指計算時段內(nèi)的總徑流量均勻分布于測站以上整個流域面積上所得到的平均水層厚度，單位為mm，計算式為：徑流系數(shù)（α）：為同一時段內(nèi)流域面積上的徑流深度Y（mm）與降水量X（mm）的比值：以小數(shù)或百分數(shù)表示第30頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)第31頁/共45頁第一章地球上的水及其循環(huán)站名河名水位流量警戒水位柏泉瀘溪水155.092.67158崇仁臨水49.2754廖家灣撫河34.8765.741.3婁家村臨水33.743638.8馬口臨水75.056.2679馬圩黎灘河29.463.2334南城撫河63.1767.5南豐盱江74.0218.278.5沙子嶺盱江120.255.6123雙田盱江110.252.59113桃陂臨水66.4664.469.5蕪頭臨水84.652.5387河道水清（2011年4月7日）