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，在整個地質(zhì)時期內(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層圈中的水構(gòu)成一個系統(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,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,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：對流層、平流層、中間層、熱層、外層 （2）大氣熱源 a.太陽輻射：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。（一個大氣壓，760mm汞柱高，105 Pa） c.濕度:大氣中水汽含量表示法。 絕對濕度(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。 相對濕度（r）：絕對濕度(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、相對濕度、風(fēng)速； 測量儀器：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的水流。 分類：地表徑流、地下徑流。 地表徑流系統(tǒng)術(shù)語： 水系：匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成一個地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。 流域：一個水系的全部集水區(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： 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，俗稱一個流量) 徑流總量(W)：系指某一時段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/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。 Y =W/F 10-3 徑流系數(shù)():為同一時段內(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 我國水文循環(huán)概況,我國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，降水的時空分布很有規(guī)律。 我國氣候主要受兩個高氣壓中心控制：一是夏威夷亞熱帶高壓中心，二是蒙古寒帶高壓中心。,1.4 我國水文循環(huán)概況,1.4 我國水文循環(huán)概況,1.4 我國水文循環(huán)概況,Company Logo,從水文