第四章 海洋陸地水

第四章海洋與陸地水0第一節(jié)地球水的分布與水循環(huán)

水在地球上幾乎無(wú)所不在。它是礦物、巖石和一切生命的重要組分，在空氣中有水蒸氣與氮、氧及其它氣體混合，同時(shí)還在地球表面組成許多獨(dú)立的水體或者在地下貯藏。水的顯著特性是以三種物態(tài)存在并互相轉(zhuǎn)換。固態(tài)的水，實(shí)際上是一種結(jié)晶礦物，它的單個(gè)晶體呈現(xiàn)為各式冰粒雪片。冰雪的升華即直接蒸發(fā)為肉眼看不見(jiàn)的水蒸氣。空氣中實(shí)有水蒸氣數(shù)量，相對(duì)于該溫度的空氣所能保持的最大水蒸氣數(shù)量，稱空氣的相對(duì)濕度。當(dāng)空氣冷卻，所含水蒸氣超過(guò)低溫空氣所能保持的最大水蒸氣數(shù)量時(shí)，就會(huì)有水蒸氣凝結(jié)成水滴。如果溫度低于冰點(diǎn)(0℃)，氣態(tài)水通過(guò)凝華直接變成固態(tài)(冰晶)，液態(tài)水則通過(guò)凍結(jié)變成固態(tài)。1重慶的霧南海的水雪北冰洋各種形態(tài)的水露2地球上除了存在于各種礦物中的化合水、結(jié)合水，以及為深部巖石所封存的水分以外，海洋、河流、湖泊、地下水、大氣水分和冰，共同構(gòu)成地球的水圈。其中海洋是水圈的主體，它的面積約占全球面積的71％，地球上的水有97％以上在海洋中。陸地水雖然相對(duì)少得多，但在自然地理環(huán)境中仍然是重要的組成部分。

地球上的水量3全球水分循環(huán)示意圖水循環(huán)是各種水體之間水分的往返交換，周而復(fù)始的互補(bǔ)。水循環(huán)的實(shí)施途徑是水的三種物態(tài)的更替與流動(dòng)。水循環(huán)的基本動(dòng)力是太陽(yáng)輻射能與地球引力，以及在水循環(huán)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)移。全球水分循環(huán)是地球各圈層之間的水分交換，是最基本的物質(zhì)流、能量流及生物地球化學(xué)循環(huán)，并對(duì)天氣和氣候及地貌發(fā)育起著重要的作用。水循環(huán)4通過(guò)降水和蒸發(fā)，海洋和陸地表面水分不斷地進(jìn)行交換陸地上水體的自然更新一次的時(shí)間長(zhǎng)短不一，生物水只要幾小時(shí)，大氣水8-9天，河流約需10-20天，土壤水約需280天，淡水湖約需1-100年，鹽湖和內(nèi)海約需10-1000年。海水更新需要2500年，而地下冰和極地冰蓋需上萬(wàn)年。全球水分循環(huán)使水圈成為一個(gè)開(kāi)放性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)人類生存、社會(huì)生產(chǎn)和自然過(guò)程均具有十分重要的意義。5第二節(jié)海洋水一、洋與海地球表面廣闊連續(xù)的水面稱為大洋。目前的世界大洋根據(jù)相對(duì)隔離的狀況分為四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。世界大洋概況6海：各大洋的邊緣部分接近或伸入陸地，并或多或少地與大洋主體有所隔離的水域則分稱為海。據(jù)國(guó)際水道測(cè)量局統(tǒng)計(jì)，四大洋的邊緣共有54個(gè)海。

71.內(nèi)海，也稱“地中海”。它四周被陸包裹，僅有一個(gè)或幾個(gè)海峽與大洋或與鄰海溝通，如歐洲與非洲之間的地中海，以及紅海、里海、波羅的海、渤海等。紅海巴拿馬看海海被分為四類。82.邊緣海。位于大陸邊緣，以半島或島弧與大洋或與鄰海相隔，但直接受到洋流、潮汐傳播的影響。邊緣海都連列在西北太平洋一側(cè)，如白令海、鄂霍茨克海、日本海、黃海、東海和南海等。黃海日本海南海93.外海。它雖位于大陸邊緣，但與大洋有廣闊的聯(lián)系，如阿拉伯海、巴倫支海等。4.島間海，指大洋中被一系列島嶼環(huán)繞的水域。如爪哇海、蘇拉威西海等。阿拉伯海、孟加拉灣爪哇海、蘇拉威西海10二、海水的運(yùn)動(dòng)按水體水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，大體分為兩類。一類是水質(zhì)點(diǎn)定向運(yùn)動(dòng)，如大范圍海洋水域的環(huán)流。另一類是水質(zhì)點(diǎn)做短距離的圓周運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如波浪。1、大洋環(huán)流：部分海洋水體順一定方向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為洋流，由于主要的洋流在大范圍水域常構(gòu)成圓環(huán)形，故又稱環(huán)流。世界洋流格局11洋流是海水的主要運(yùn)動(dòng)形式。風(fēng)力是洋流的主要?jiǎng)恿?，地球偏轉(zhuǎn)力、海陸分布和海底起伏等等，也有不同程度的影響。按照成因，洋流可以分為摩擦流、重力-氣壓梯度流和潮流三類。

根據(jù)流動(dòng)海水溫度的高低，還可以把洋流分為暖流和寒流。暖流比流經(jīng)海區(qū)的溫度高，寒流比流經(jīng)海區(qū)的溫度低。但有時(shí)因亞熱帶環(huán)流南移，東南信風(fēng)微弱，導(dǎo)致赤道(逆)流南下，熱帶暖水掩覆秘魯寒流，抑制海水上涌，成為表層海溫異常。它不僅引起該海域大量生物死亡、腐化，而且釋放大量硫化氫進(jìn)入大氣，并影響正常的沃克環(huán)流，直至世界許多地方出現(xiàn)異常天氣和災(zāi)難。它被稱為厄爾尼諾(ElNino)事件。12正常環(huán)流厄爾尼諾(E1Nino)13海洋中的波浪是指海水在外力和慣性力的作用下，水面隨時(shí)間起伏（一般周期為數(shù)秒至數(shù)十秒）的現(xiàn)象。按波浪成因可分為：由風(fēng)的作用而產(chǎn)生的“風(fēng)浪”；因地震或風(fēng)暴而產(chǎn)生的“海嘯”；由引潮力引起的“潮波”；由氣壓突變而產(chǎn)生的“氣壓波”；因船行作用而產(chǎn)生的“船行波”等。

2、波浪143潮汐與潮流由月球和太陽(yáng)的引力引起的海面周期性升降現(xiàn)象，稱為潮汐。海面升高，海水涌上海岸，叫漲潮。海面下降，海水從岸上后退，叫落潮。漲潮時(shí)海水面最高處稱為高潮，落潮時(shí)海水面最低處稱為低潮。高潮與低潮的高差，即是潮差。潮差是以朔望月為周期變化的。潮差最大時(shí)，叫大潮，潮差最小時(shí)叫小潮。根據(jù)潮汐的周期變化，基本上可以分為半日潮、混合潮和全日潮三種類型。潮汐現(xiàn)象對(duì)一些河流和海港的航運(yùn)具有重要意義。大型船舶可趁漲潮進(jìn)出河流和港口。潮流也可用以發(fā)電。

15潮涌－－錢塘潮16第三節(jié)河流河流概指陸地表面依賴重力順槽形凹地向低處流的線性水流。17河流水來(lái)源于大氣降水的補(bǔ)給、冰雪融化的補(bǔ)給、湖泊沼澤等地表水體的補(bǔ)給以及地下水的補(bǔ)給。地下水的補(bǔ)給通常不是河流水的最重要的來(lái)源，卻是最穩(wěn)定的補(bǔ)給，構(gòu)成河流的基本徑流。小溪之源18高原河源珠穆朗瑪峰的溪流19

地面徑流的匯聚，從許多小溝谷逐步匯向大河干流。這些小溝谷稱1級(jí)支流，匯入2級(jí)支流，再匯入……直到進(jìn)入干流。20干流和它的各級(jí)支流共同組成水系。大大小小的支流與其干流的組合形式稱水系形式。A.樹(shù)枝狀水系B.格狀水系C.平行狀水系D.放射狀水系E.環(huán)狀水系F.向心水系G.網(wǎng)狀水系H.鉤狀水系

21某水系的匯水范圍稱為該水系的流域，或簡(jiǎn)稱某河(或某支流河)流域，如長(zhǎng)江流域，漢水流域等。流域之間均有分水嶺—水分脊—分水線相隔。以分水線為界測(cè)算流域面積。長(zhǎng)江流域22三峽大壩Niagara瀑布黃河壺口瀑布23洪水洪水（flood），由暴雨、急驟融冰化雪、風(fēng)暴潮等自然因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上漲的水流現(xiàn)象，會(huì)淹沒(méi)堤岸灘涂，甚至漫堤泛濫成災(zāi)。描述洪水的要素包括洪峰流量（水位）、洪峰流量出現(xiàn)時(shí)間、洪水總量及洪水過(guò)程線。洪水泛濫對(duì)于沿岸的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)和安全保障危害重大。在中國(guó)，每年洪災(zāi)損失達(dá)幾百億元。2498年長(zhǎng)江洪水25余姚2013洪水26枯水因汛期枯水，重慶朝天門碼頭長(zhǎng)江河床灘涂裸露13年10月中國(guó)最大淡水湖鄱陽(yáng)湖逼近極枯水位27河流的補(bǔ)給形式：降水補(bǔ)給融水補(bǔ)給地下水補(bǔ)給湖泊沼澤水補(bǔ)給人工補(bǔ)給28第四節(jié)湖泊與沼澤湖泊是陸地表面上的重要水體。中國(guó)有面積1km2以上的湖泊2300多個(gè)，總面積71787km2，總貯水量7088×108m3。面積最大的是青海湖(4200km2)29貯水量最多的是西藏納木錯(cuò)(768×108m3)，30淡水湖的排位依次是鄱陽(yáng)湖(高水位面積3960km2、貯水259×108m3)洪水期鄱陽(yáng)湖枯水期鄱陽(yáng)湖31洞庭湖(高水位面積2740km2、貯水178×108m3)、32太湖(2338km2、44.4×108m3)、太湖33洪澤湖(1851km2、24.4×108m3)洪澤湖高郵湖34南四湖(1225km2、19.3×108m3)、巢湖(753km2、18×108m3)等。巢湖35

湖泊的實(shí)質(zhì)是于低洼地中蓄水。按湖盆洼地的成因，主要可分為：構(gòu)造湖、火山(口)湖、冰蝕湖、風(fēng)蝕湖、堰塞湖、喀斯特溶蝕湖、牛軛湖、熱融湖、瀉湖、人工湖等。36湖泊成因之構(gòu)造湖－－岱海37湖泊成因之構(gòu)造（裂谷）湖－－貝加爾湖，最深（1741m），是全球淡水蓄水量最大的湖38湖泊成因之構(gòu)造湖－－滇池39湖泊成因之構(gòu)造湖－－洱海40湖泊成因之構(gòu)造湖－－巢湖（在郯廬斷裂帶中）41湖泊成因之冰蝕湖42湖泊成因之河跡湖（牛軛湖）-瘦西湖43湖泊成因之河跡湖（牛軛湖）-下荊江44湖泊成因之喀斯特湖－－七星巖湖45湖泊成因之喀斯特地下湖－－廣東凌霄巖46湖泊成因之火山熔巖堰塞湖－－五大連池47湖泊成因之崩塌堰塞湖－－日月潭48湖泊成因之堰塞湖－－九寨溝海子49湖泊成因之火山口湖－－長(zhǎng)白山天池50湖泊成因之火山口湖－－俄勒岡火山口湖51古瀉湖－－西湖52人工湖－－千島湖53沙漠中的月牙湖火山熔巖堰塞湖鏡泊湖54沼澤在自然狀態(tài)下，這些低洼平原即為比較平坦或稍為低洼而過(guò)度潮濕的、盛長(zhǎng)喜濕植物的沼澤。洱海北段沼澤化55

沼澤特指大片平坦或稍低洼而過(guò)度潮濕，盛長(zhǎng)各種喜濕植物，并有有機(jī)質(zhì)堆積形成泥炭的地域。甘南草地濕地56在沼澤地中，水占85-95%，過(guò)多的水引來(lái)并確保各種喜濕植物的繁盛生長(zhǎng)，并使下墊層通氣狀況惡化，在嫌氣菌的作用下發(fā)育泥炭。云南稻城香格里拉57沼澤的分類按沼澤發(fā)育過(guò)程和階段分為低位沼澤和高位沼澤；按所處地貌部位分湖濱洼地沼澤、階地沼澤、閉流寬谷沼澤等亞類；長(zhǎng)江源區(qū)沱沱河濕地58長(zhǎng)白山2000（米）高山草地雅魯藏布江江濱濕地59第五節(jié)地下水一、地下水概述地下水泛指埋藏于地表以下和海底以下各種狀態(tài)的水。全球地下水總貯水量至今不十分清楚，據(jù)國(guó)際地圈—生物圈計(jì)劃（1986）粗略估計(jì)為1530×104km3，相當(dāng)于地表水總量的4.2倍還多一點(diǎn)，但也可能還要翻倍。有人估計(jì)可用的地下水約占全球淡水的90%以上，而河流、湖泊、水庫(kù)、土壤濕度加起來(lái)僅占其余的不到10%（冰川貯存的淡水相當(dāng)于地下水供應(yīng)量的7倍）。

地下水的形成與循環(huán)60地下水狀態(tài)“地下各種狀態(tài)的水”包括固態(tài)水和氣態(tài)水。固態(tài)水僅在土石溫度低于冰點(diǎn)時(shí)存在。高緯地帶的永久性凍土與季節(jié)性凍土，其中就有凍結(jié)的地下水。氣態(tài)水充滯于土壤與巖石的空隙中，已成為土壤空氣的組成成分。地下水中最大量的仍是液態(tài)水。地下水的賦存有多種不同的類型，基本上分為上層滯水、潛水和承壓水。潛水處于地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，具有自由水面。61承壓水指兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間，具有壓力水頭的地下水?？梢杂卸鄬映袎核Ａ硗鈸?jù)含水層的空隙特征分出三種亞類，即孔隙水、裂隙水、巖溶水?？紫端疄橘x存于土壤或松散堆積等多孔介質(zhì)中的地下水。裂隙水為賦存于基巖裂隙、斷層裂隙中的地下水。把上述地下水基本類型和亞類按賦存特征就可產(chǎn)生許多組合類型。62二、地下水的成分與物理化學(xué)性質(zhì)（一）地下水的主要化學(xué)成分大氣降水滲入土層成為部分化學(xué)物質(zhì)的溶劑和載體，所以地下水的化學(xué)成分比較復(fù)雜而且各地的差異也比較大。地下水主要化學(xué)成分63一般含鹽量較高的咸水、鹽水或鹵水，以氯離子占優(yōu)勢(shì)，硫酸根含量次之；而含鹽量較低的淡水，以重碳酸根為主要的陰離子成分。陽(yáng)離子中的鈉離子有隨礦化度升高而增多的趨勢(shì)，而鈣離子是低礦化水的主要的陽(yáng)離子。與鉀、鈉、鈣、鎂四種元素的克拉克值相比，地下水中的鉀與鎂的含量偏低，這與土壤和植物的吸收有關(guān)。地下水中氮與氧主要來(lái)源于大氣，可以以淺層地下水中氧、氮的含量作為衡量大氣降水補(bǔ)給的重要標(biāo)志。地下水中的硫化氫是缺氧還原環(huán)境的產(chǎn)物，多為較深層地下水的氣體成分。溶解于水中的二氧化碳稱游離二氧化碳，從而使地下水對(duì)碳酸鹽類巖石具有較強(qiáng)的溶蝕能力。礦泉水是指具有醫(yī)療意義的地下水。由于水中含有一定數(shù)量的特殊化學(xué)成分(如鍶)，以及有機(jī)物和氣體，或者具有較高的溫度(超過(guò)20℃)，故能影響人體的生理作用，醫(yī)治某些疾病。64地下水的化學(xué)成分常用離子毫克數(shù)(PPM)表示，它為某離子的絕對(duì)含量達(dá)到百萬(wàn)分之的多少。離子毫克當(dāng)量數(shù)，可反映各種離子之間的數(shù)量關(guān)系，并顯示地下水的化學(xué)性質(zhì)。離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，顯示地下水中各離子含量的百分比值。地下水據(jù)其PH值<5、5-6.5、6.5-8、8-10、>10，分別稱為強(qiáng)酸性、弱酸性、中性、弱堿性、強(qiáng)堿性。地下水的硬度由水中所含鈣鎂離子的數(shù)量來(lái)確定，水中鈣鎂離子的總量稱總硬度；當(dāng)把水煮沸，因脫碳酸作用而使部分鈣鎂離子成碳酸鹽沉淀，所減少的這部分稱為暫時(shí)硬度，仍留在水中的部分稱永久硬度。地下水按總礦化度分為淡水（＜1g/L）、微咸水（1-3g/L），咸水（3-10g/L）、鹽水（10-50g/L）、鹵水（＞50g/L）。地下鹵水是重要的礦床資源。地下水化學(xué)類型是依據(jù)含量大于25%的主要離子成分來(lái)劃分和命名的，稱“陰離子(HCO3—、HCO3—+SO42—、HCO3—+SO42—+Cl—、HCO3—+Cl—、SO42—、SO42—+Cl—、Cl—)——陽(yáng)離子(Ca2+、Ca2++Mg2+、Mg2+、Na++Ca2+、Na++Ca2++Mg2+、Na++Mg2+、Na+)”型水，如硫酸鹽—鈣、鎂型水。65地下水硬度分類表66（二）地下水的物理性質(zhì)1、地下水溫度

地下水的溫度取決于地溫的變化，自地表向下大體可分為變溫帶、常溫帶與增溫帶。日變溫帶深及1-2m、年變溫帶深及15-20m，是太陽(yáng)輻射影響所能達(dá)到的深度，但地下水的日變化幅度與年變化幅度比地溫更比當(dāng)?shù)貧鉁匦?。年常溫帶埋?0-30m，太陽(yáng)輻射熱影響十分微弱，地溫變幅已趨于零。年常溫帶地下水的溫度與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁叵嘟?，而比地溫要低約1-2℃。增溫帶受地?zé)嵩鰷氐目刂疲翑?shù)十公里深度大體每增深30-33m提高1℃。據(jù)地下水溫度，可分為過(guò)冷水(<0℃)、冷水(0-20℃)、熱水(20-40℃)，低溫?zé)崴?0-60℃），中溫?zé)崴?0-100℃），高溫?zé)崴?、過(guò)熱水(>100℃)幾種類型。地下水的溫度對(duì)鹽類與氣體在水中的溶解度及其這種溶液的化學(xué)反應(yīng)速度有重大的影響(表22-3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)水溫增高10℃，水分子擴(kuò)散速度增加20%，化學(xué)反應(yīng)的速度可提高2-3倍。672、地下水色度潔凈的地下水是無(wú)色透明的。它含某些化合物或膠體物質(zhì)之后所呈的水色稱為真色；若在現(xiàn)場(chǎng)觀察，因含懸浮雜質(zhì)所具有的水色稱表色。通常含硫化氫的水呈翠綠色，含高價(jià)鐵的水呈黃褐色，含鈣鎂的水呈藍(lán)色，含錳化合物的水呈暗紅色，含腐殖質(zhì)的水為暗黃色。室內(nèi)的水色分析是定其真色，用氯鉑化鉀(K2PtCl2)與氯化鈷(CoCl)的混合溶液作標(biāo)準(zhǔn)，以每升水中含有相當(dāng)于一毫克鉑所呈現(xiàn)的顏色為鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)的一度。用潔靜的水樣與預(yù)先制備的標(biāo)準(zhǔn)色列(11支，分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50度)做對(duì)比，就可定出該水樣的色度。683、地下水透明度地下水的透明度主要取決于水中固體顆粒和膠體懸浮物的含量，它以能清晰辨認(rèn)量筒中水底的白瓷盤(或標(biāo)準(zhǔn)鉛字或黑色十字架)時(shí)候的水柱高度(cm)進(jìn)行分類。透明者量筒水柱高度>60cm，半透明(微濁)者為60-30cm，微透明(混濁)者為<30cm,含大量懸浮物及膠體呈乳狀者為不透明(極混)。4、地下水味道地下水還因溶有各種鹽類而有所謂的味道，當(dāng)加溫到20-30℃時(shí)水的味道更明顯，含NaCl165mg/L以上具咸味，CaSO470mg/L以上具微甜，MgCl2135mg/L以上或者M(jìn)gSO4250mg/L以上具微苦，F(xiàn)eO0.15mg/L以上具澀味。地下水的氣味與所含的氣體成分和有機(jī)質(zhì)有關(guān)，氣味的強(qiáng)弱又與水溫有關(guān)。如含H2S的水具臭雞蛋味，含腐殖質(zhì)的水有草塘泥氣味，含亞鐵離子的水則具鐵腥味。695、地下水比重純凈的地下水比重為1.0，含溶解鹽類越多比重也越大。1波美度相當(dāng)于1升水含10克氯化鈉(NaCl,10g/L)，比重為1.0069；2波美度相當(dāng)于1升水含20克氯化鈉，比重為1.0140；以此類推，5波美度者比重為1.0358，10波美度者比重為1.0744，15波美度者比重為1.1160,20波美度者比重為1.1609，30波美度者比重為1.2624。6、地下水的導(dǎo)電性地下水的導(dǎo)電性取決于所含電解質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量，一般是離子含量越多、離子價(jià)越高，地下水的導(dǎo)電性越強(qiáng)。因此，可根據(jù)地下水電學(xué)性能的差別，粗略判斷地下水的總礦化度。并可利用電測(cè)法探測(cè)地下水的分布與基本類型。一般地下淡水的導(dǎo)電率約為33×10-5—33×10-3(歐姆-1·厘米-1)。而咸水的導(dǎo)電率則比它要高得多。一般地下水的放射性極其微弱。地下水中含的氡(Rn)乃是放射性元素鐳(Ra)的蛻變產(chǎn)物。若地下的壓力或溫度發(fā)生變化，氡氣的擴(kuò)散及之地下水的含氡量也發(fā)生變化，因此，可借助地下水含氡量變化的測(cè)定，預(yù)報(bào)某些地區(qū)的地震活動(dòng)，或進(jìn)行放射性礦床的探測(cè)等。70三、地下水運(yùn)動(dòng)大部分地下水賦存于地表以下巖土的顆粒之間的孔隙中或巖土裂隙中，沒(méi)有所謂開(kāi)放性的空間使水流能像在地表那樣流動(dòng)，即便是喀斯特地區(qū)的地下河，其水面也受到附加壓力的作用。71（一）巖土的水理特征巖土的顆粒大小、形狀及其排列組合方式—巖土的孔隙率、裂隙率—巖土的持水性持水度、給水性給水度—巖土的透水性、滲透系數(shù)之間有非常密切的關(guān)系，如粘土的顆粒細(xì)小，孔隙率高，持水度高，給水度低，透水性差。72（二）地下水運(yùn)動(dòng)分類地下水賦存狀態(tài)及其所處的環(huán)境決定了地下水的運(yùn)動(dòng)也比所見(jiàn)地表水的運(yùn)動(dòng)要復(fù)雜得多，大體可分為毛細(xì)運(yùn)動(dòng)、滲透運(yùn)動(dòng)、滲流運(yùn)動(dòng)與承壓滲流運(yùn)動(dòng)等。毛細(xì)運(yùn)動(dòng)是指受分子力與毛細(xì)力的作用毛細(xì)管水在毛細(xì)管中運(yùn)動(dòng)。從地下水面沿毛細(xì)管上升稱毛細(xì)管上升水，它的上升速度與孔隙的大小成正比，而上升的高度與毛細(xì)管