地球上的水及其循環(huán).ppt

1、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),Fundamentals of Hydrogeology,石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程學(xué)院,第一章 地球上的水及其循環(huán),1.1 地球上的水 1.2 自然界的水循環(huán) 1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素 1.4 我國(guó)水文循環(huán)概況,地球上水的起源：組成地球水圈的水（包括地表水與地下水）是在原始地殼形成以后，在整個(gè)地質(zhì)時(shí)期內(nèi)從地球內(nèi)部不斷逸出而起源的。 地球各層圈（地核、地幔、地殼、水圈、生物圈、大氣圈）都有水，但不同層圈中水的含量、分布、物化狀態(tài)差別甚大。 區(qū)分為兩大部分：淺部層圈水、深部層圈水。 淺部層圈水：從大氣圈到地殼上半部。 特征：地殼上部（深度15km)大氣水、地表水、地下水及生

2、物體中的水不受高溫、高壓影響，以自由態(tài)H2O分子的形式存在（以液態(tài)為主、固態(tài)與氣態(tài)并存），含量很大， 約為14億km3，占地球水的99.98%。 礦物結(jié)合水：礦物結(jié)晶內(nèi)部及其間的水。如沸石水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水等。其在一定溫度下從礦物中釋出成為自由態(tài)的水（H2O ），與其它水體相互轉(zhuǎn)換。,1.1 地球上的水,地球淺部層圈水,1.1 地球上的水,Company Logo,深部層圈水：分布于地殼下部直到下地幔這一范圍內(nèi)。 地殼下部（深約1535km):地溫高、壓力大，水不能以普通液態(tài)水或氣態(tài)水形式存在- 被壓密的氣水溶液。 地幔軟流層中所含水分總量約為現(xiàn)代海洋水總量的35-50倍。 上地幔: H2O

3、- OH- + H+ 下地幔、地核 :OH- - H+ + O2- 地球深層圈中特殊高壓高溫下的離解狀態(tài)的水、地殼礦物內(nèi)部的結(jié)合水，均以非自由態(tài)水的形式存在，傳統(tǒng)觀點(diǎn)未將這些水納入地球水圈之內(nèi)，這是值得商榷的。我們認(rèn)為，廣義的水圈應(yīng)當(dāng)包括地球各層圈中以各種不同狀態(tài)存在且相互轉(zhuǎn)化的所有水。,1.1 地球上的水,Company Logo,自然界的水循環(huán)：自大氣圈到地幔的地球各個(gè)層圈中的水構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的過程。 按其循環(huán)途徑長(zhǎng)短、循環(huán)速度快慢及涉及層圈范圍，分為水文循環(huán)與地質(zhì)循環(huán)。 自然界的水循環(huán) 各部位水的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化關(guān)系 本章重點(diǎn)討論水文循環(huán),1.2 自然界的水循環(huán),

4、自然界水循環(huán),轉(zhuǎn)下頁(yè),Company Logo,自然界的水循環(huán),地質(zhì)循環(huán)與水文循環(huán)關(guān)系示意圖 （據(jù)阿勃拉莫夫）,水文循環(huán) Hydrologic-cycle （1）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)（范圍、四個(gè)環(huán)節(jié)）。 水文循環(huán)示意圖環(huán)節(jié)或要素 （2）特點(diǎn)：速度較快、途徑較短、轉(zhuǎn)換交替比較迅速。 （3）水文循環(huán)的劃分 循環(huán)路徑不同： 大循環(huán)（海-陸）與小循環(huán)（海-海，陸-陸） 時(shí)空尺度不同： 全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)，水-土-生系統(tǒng)水文循環(huán) （4）水文循環(huán)的作用 水通過不斷轉(zhuǎn)化，水質(zhì)得以凈化 水通過不斷循環(huán)水量得以更新再生,1.2 自然界的水循環(huán),水文循環(huán)-環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)

5、下頁(yè),水文循環(huán)示意圖,水文循環(huán)尺度全球、流域（區(qū)域）、水-土-生 思考：水文循環(huán)發(fā)生的動(dòng)力條件是什么？,地質(zhì)循環(huán) （1）定義：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程。 （2）過程：初生水的形成；在地幔下降流區(qū)，含有大量水的地殼巖塊沉入地幔，使地幔得到淺層圈水的補(bǔ)充；此外，地質(zhì)循環(huán)還發(fā)生在成巖、變質(zhì)、風(fēng)化等作用過程中。 水文循環(huán)與地質(zhì)循環(huán)的區(qū)別 1 水文循環(huán)發(fā)生于地球淺層圈，是H2O分子態(tài)水的轉(zhuǎn)換 2 水文循環(huán)速度快、更替較快 3 水文循環(huán)對(duì)地球的氣候、水資源、生態(tài)環(huán)境等有極大的影響，是水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)的研究重點(diǎn)。 4 地質(zhì)循環(huán)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。 5 地質(zhì)

6、循環(huán)速度緩慢。,1.2 自然界的水循環(huán),1 氣象因素 （1）大氣圈結(jié)構(gòu) a.空氣組成：氮78%；氧21%；水汽及其它1% b.水汽分布不均勻：赤道2.6%（v/v）;北緯70度0.2%；90度0.9%；垂向分布，3.5km以內(nèi) 70%，5km以內(nèi) 90%。 c.分5層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層、外層 （2）大氣熱源 a.太陽(yáng)輻射：8.16 J /(cm2 Min) 反射或散射回太空42%；大氣吸收15%；地面接收43% b.地表是大氣的二次熱源，直接影響大氣物理狀態(tài)變化。,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,1 氣象因素 （3）主要?dú)庀笠?a.氣溫:隨時(shí)間的變化，晝夜變化、季節(jié)變化、

7、多年變化；隨空間的變化，水平變化、垂直變化。 b.氣壓:大氣的質(zhì)量施加在地表或地表物體上的壓力，常用毫米水銀柱高度表示。（一個(gè)大氣壓，760mm汞柱高，105 Pa） c.濕度:大氣中水汽含量表示法。 絕對(duì)濕度(m或e)：重量表示法、壓力表示法 飽和水汽含量(M或E):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。 相對(duì)濕度（r）：絕對(duì)濕度(m或e)與飽和水汽含量(M或E)之比（百分?jǐn)?shù)）。 露點(diǎn)與凝結(jié), 溫度露點(diǎn)差,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,1 氣象因素 （3）主要?dú)庀笠?d.蒸發(fā):在常溫下水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入大氣

8、的過程。 影響因子：氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速； 測(cè)量?jī)x器：蒸發(fā)皿，強(qiáng)度mm/a； 包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)，通常以水面蒸發(fā)量的大小表征一個(gè)地區(qū)的蒸發(fā)強(qiáng)度。 e.降水:雨量計(jì)，大小mm，地區(qū)豐富程度 mm/a,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,2 徑流 定義：系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動(dòng)的水流。 分類：地表徑流、地下徑流。 地表徑流系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)： 水系：匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成一個(gè)地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。 流域：一個(gè)水系的全部集水區(qū)域，稱為該水系的流域。 分水嶺：相鄰兩個(gè)流域之間地形最高點(diǎn)的連線即為分水線，又稱分水嶺。 另外，還有支流、干流等。 地下徑流

9、系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)： 地下水盆地、地下水流系統(tǒng)、分水嶺、含水層邊界等。,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,2 徑流 徑流特征值： 流量(Q):系指單位時(shí)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?dāng)嗝婷娣eF與通過該斷面的平均流速V的乘積。 Q =VF (m3/s，俗稱一個(gè)流量) 徑流總量(W)：系指某一時(shí)段T內(nèi)，通過河流某一斷面的總水量，單位為m3 。 W =Q T （流域年總產(chǎn)量） 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，單位為L(zhǎng)/s km2 。 M =Q/F 103 （流域單產(chǎn)量）,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,2 徑流 徑流特征值： 徑流

10、深度(Y)：系指計(jì)算時(shí)段內(nèi)的總徑流量均勻分布于測(cè)站以上整個(gè)流域面積上所得到的平均水層厚度，單位為mm。 Y =W/F 10-3 徑流系數(shù)():為同一時(shí)段內(nèi)流域面積上的徑流深度與降水量的比值。 =Y/X（無量綱，以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示）,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,1.3 與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素,1.4 我國(guó)水文循環(huán)概況,我國(guó)位于世界最大陸地歐亞大陸東緣，南北地跨亞熱帶、溫帶及亞寒帶；西部是世界上最高大的青藏高原，東瀕世界最大水體太平洋。 絕大部分地區(qū)均為季風(fēng)氣候，一年中雨季與旱季分明，降水的時(shí)空分布很有規(guī)律。 我國(guó)氣候主要受兩個(gè)高氣壓中心控制：一是夏威夷亞熱帶高壓中心，二是蒙古寒帶高壓中心。,1.4 我國(guó)水文循環(huán)概況,1.4 我國(guó)水文循環(huán)概況,1.4 我國(guó)水文循環(huán)概況,Company Logo,從水文