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第二章地球中水的分布与循环

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第二章 地球中水的分布与循环 第二章 地球中水的分 布与循环 第二章地球中水的分布与循环 地球中水的分布与循环 第二章 地球中水的分布 第二章地球上的水循环 第二章 地球上的 第二章地球上的
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《水文地质学》 第二章 第二章 地球中水的分 布与循环 《水文地质学》 第二章 2.1 2.1 地球中水的分布地球中水的分布 2.2 2.2 地球中水的循环地球中水的循环 2.3 2.3 中国水资源概况(自学)中国水资源概况(自学) 2.4 2.4 中国地下水概况中国地下水概况 2.1 地球中水的分布 2.1.1 地球的结构 整个地球不是一个均质体,而是具有明显的圈层结构。地球每 个圈层的成分、密度、温度等各不相同。 大气圈 莫霍面 谷登堡面 层次厚度(km) 大气0~2000-3000 地壳0~33 地幔上地幔 33~60 过渡层60~400 400~410 410~1000 下地幔1000~2900 地核外地核 2900~4980 过渡层4980~5120 内地核5120~6370 大气圈 岩石圈 软流圈 地幔圈 外核液体圈 内核固体圈 水 圈 生物圈 地球外圈 地球内圈 地球的结构示意图 2.1 地球中水的分布 地球结构的特点: 地球各圈层在分布上有一个显著的特点,即固体地 球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的。 在地球表面附近,各圈层则是相互渗透甚至相互重 叠的(大气圈、水圈和生物圈这三个圈层之间没有明显的 界线,它们彼此渗透,相互影响),其中生物圈表现最为 显著,其次是水圈。 2.1 地球中水的分布 2.1.2 地球上水的来源 地球上的水源来自太空和地球内部: 水从太空来到地球有三个途径: *一是来自落在地球上的陨石; *二是来自太阳的质子形成的水分子; *三是来自太空频繁光顾地球携带有水的彗星和小行星。 地球上的水是在原始地壳形成以后,在整个地质时期内 从地球内部不断逸出而起源的。 2.1 地球中水的分布 2.1.3 地球上水的分布 地球是个富水行星,赋存于各个层圈。 根据地球各层圈水的分布及其存在状态,地球上的水可 分为浅部层圈水、深部层圈水两大类。 从大气圈到地壳上半部的水属于浅部层圈水,其中分布 有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水,这些水以自 由态形式存在,液态为主,气态、固态也存在。 地球浅部层圈中水的体积约为13.86×108km3。 2.1 地球中水的分布 水 体总水量(km3)咸水量(km3)淡水量(km3) 大气水12900012900 地 表 水 海洋水133800000013380000000 冰川和永久积雪24254090 2406410 0 85400 0 24168690 24064100 湖泊水1764008540091000 沼泽水11470011470 河流水212002120 地 下 水 包气带水 23716500 16500 12870000 0 10846500 16500 饱水带水2340000 0 1287000 0 10530000 永久冻土带固态水3000000300000 生物水112001120 矿物结合水/ / / 合 计1385984610135095540035029210 地球浅部层圈水的分布 2.1 地球中水的分布 地球浅部层圈水中咸水、淡水比例 2.1 地球中水的分布 地球浅部层圈水中淡水的组成及其比例 而目前人类可以开发利用的淡水又只占淡水总储量的 0.316%,其中有68%为地下水。 2.1 地球中水的分布 深部层圈水分布于地壳下半部直到下地 幔这一范围。在地壳下部深约15-35km处,地 温高达400℃以上,压力也非常大,这里的水 不可能以普通液态水或气态水形式存在,而 以非自由态的形式存在,为被压密的气水溶 液。 2.2 地球中的水循环 地球深部层圈的水和矿物结合水与地球浅部层圈中自由态的水 相互转化,地球各圈层中以各种形式存在的水是一个相互联系、相 互转化的整体,即水圈或水系统。 自然界的水循环根据循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及 层圈的范围,分为水文循环、地质循环两类: 2.2.1 水文循环 水文循环是发生于大气水、地表水和地壳浅部地下水之间的水 分交换。 2.2.2 地质循环 水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。 2.2.1 水文循环 水文循环示意图 水文循环的分类 水文循环分为 小循环 海上内循环 内陆循环 大循环──海陆间循环 海陆间循环的特点是 海洋 蒸发水汽输送凝结 降水 下 渗 地表径流 地下径流 江河汇聚 海洋 蒸发水汽输送凝结 降水 海上内循环的特点是 陆地水 蒸发水汽输送凝结 降水 内陆循环的特点是 2.2.1 水文循环 水文循环中水体更新周期 水体类型更新周期 极地冰川约10000年 世界大洋约2500年 高山冰川约1600年 湖 泊约17年 沼 泽约5年 河 水约5天 大 气 水约8天 地 下 水几天-若千万年不等 2.2.1 水文循环 2.2.1 水文循环 水文循环的作用及意义 地球各种水体通过蒸发(或蒸腾)、水汽输送、降水、下 渗、径流等一系列过程和环节,把大气圈、水圈、岩石圈和 生物圈联系起来,构成一个庞大的永不停息的大系统。 各种水体不断运动、转化,使地球上各种水体不断更新 ,维护全球水的动态平衡,也使陆地水得以更新、补充,可 以保证在其再生速度水平上的永续利用──也是可持续发展 保证。 水文循环是自然界最基本最重要的物质循环之一。通过 水的携带、溶解,促使自然界物质的运动;对地表吸收的太 阳辐射能起着吸收、转化、传输和调节的作用,从而实现了 四大圈层之间物质的迁移和能量的转换。 2.2.1 水文循环 水循环不仅影响着全球的气候和生态,而且使水成为自然 界最富动力作用的因子,通过物理、化学作用,不断塑造着各 种地表形态。如:大气运动输送水汽,一般使沿海气候湿润, 而内地干旱少雨,在全球形成两大多雨带(热带多雨带、温带 多雨带)和两大少雨带(副热带少雨带,极地少雨带)。 小结 水文循环的特点──速度快、途径短、转化迅速。 水文循环的内因──固、液、气三相可相互转化。 水文循环动力条件──太阳辐射和重力的共同作用。 水文循环的形式──蒸发、径流、降水。 2.2.1 水文循环 与水文循环有关的气象、水文因素 (1)气象因素 自然界中水文循环的重要环节──蒸发、降水都与大气的物理状态密 切相关,气象和气候因素对水资源的形成和分布具有重要的影响。 大气圈中水汽的分布 大气的主要成分:氮(78%)、氧(21%)。 水汽在大气圈中的分布: 横向上随纬度变化:*赤道带附近大气中水蒸汽的含量为2.6%;*北 纬70°处大气中水蒸汽的含量0.2%;*90°纬度带大气中水蒸汽的含量为 0.9%。 垂向上大气圈下部到上部,水汽含量逐渐变小:*大气圈最下部 3.5km范围内集中了其全部水量的70%;*大气圈下部5.0km范围内含其全 部水量的90%。 根据大气的热力学 性质,自地表而上可将 大气圈分为5层:对流层 、平流层、中层、热层 和外层。 (2) 大气圈的结构 与水文循环有关的气象、水文因素 大气分层高度(km)气温的垂直变化其他特点与人类关系 外 层500空气稀薄引力小 热 层85-500 随高度增加而递 增 高度电离无线电通讯 中间层50-85 随高度增加而递 减 垂直对流运动强烈 平流层 8(18)- 50(55) 随高度增加而递 增 水平运动、天气晴朗有利于高空飞行 对流层地面-8(18) 随高度增加而递 减 对流运动,天气复杂多 变 云、雨、雾 大气层的结构及特点 对流层最接近地表,水汽也主要分布在对流层的下部。因此, 对流层的物理状态及运动规律是影响水文循环和水资源分布的最 重要的因素。 与水文循环有关的气象、水文因素 (3)大气的热源 太阳的热辐射是地表和大气的最主要热源: 大气直接吸收的太阳辐射能,仅15%; 地表是大气的二次热源:43%的太阳辐射能达到地球表面, 地表接受辐射增热后,自身再向大气和宇宙空间辐射能量; 此外,空气与地面直接接触,由于热传导、对流而升温,更 是大气增温的主要原因。那么,地表热力状况在时空上的变化, 直接引起大气物理状态的变化。 (4) 主要气象要素 气象要素是指构成和反映大气状态和大气现象的基本因素。 主要气象要素有气温、气压、湿度、蒸发、降水、风、辐射 、日照以及各种天气现象等。 与水文循环有关的气象、水文因素 (5)小结 气象要素的变化决定了大气物理状态。 在一定地区一定时间内,各种气象要素的综合影响 所决定的大气物理状态称为天气。 某一区域天气的平均状态(气象要素的多年平均值) ,称之为该地区的气候。 无论是变化迅速的气象要素,还是变化缓慢的气候 要素,对于自然界水文循环过程,以至地下水的时空分 布都具有重要影响。 与水文循环有关的气象、水文因素 径流:是指降雨及冰雪融水在重力作用下 沿地表或地下流动的水流 径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素, 系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动 的水流。 径流可分为地表径流和地下径流,两者具有密切的 联系,并经常相互转化。 地表径流有按系统分布的特点。 描述地表径流系统的术语:水系、流域、分水岭。 描述地表径流特征的术语:流量、径流总量、径流 模数、径流深度、径流系数。 与水文循环有关的气象、水文因素 2.2.2 地质循环 2.2.2 地质循环 水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。 n水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环: n水文循环通常发生于地球浅层圈中,是H2O分子态水的转 换、更替较快;水文循环对地球的气候、水资源、生态环 境等影响显著,与人类的生存环境有直接的密切联系;水 文循环是水文学与水文地质学研究的重点。 n水的地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间,常伴有水 分子的分解和合成,转换速度缓慢。研究水的地质循环, 对深入了解水的起源、水在各种地质作用过程乃至地球演 化过程中的作用,具有重要意义。 2.2.3 小结 2.4 中国地下水概况 2.4.1 2.4.1 地下水供水的意义:地下水供水的意义: ((1 1)分布广泛;)分布广泛; ((2 2)变化稳定;)变化稳定; ((3 3)具有天然调节性;)具有天然调节性; ((4 4)水质良好;)水质良好; ((5 5)易于开发利用)易于开发利用 2.4 中国地下水概况 2.4.2 2.4.2 中国地下水分区:中国地下水分区: ((1 1)东部湿润半湿润平原丘陵区;)东部湿润半湿润平原丘陵区; ((2 2)中部气候复杂高原山地盆地区;)中部气候复杂高原山地盆地区; ((3 3)西北干旱山地盆地荒漠区;)西北干旱山地盆地荒漠区; ((4 4)青藏半干旱冻土高原区)青藏半干旱冻土高原区
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