第7讲 水圈.ppt

第六讲水圈与水平衡 第一节水圈的组成第二节水圈结构第三节水的运动第四节水量平衡 第一节水圈的组成 海洋水 海洋是水圈的主体 是地球上水的最大源地 全球海洋总面积为3 61 108km2 约占地球表面的71 海水总体积约为1 37 109km3 约占地球总水量的96 97 陆地水 河流 湖泊 沼泽 地下水 冰川 陆地水 地球上的水 第六章 水圈的组成 地球上的水以气态 液态和固态三种形式存在于空中 地表与地下 成为海洋水 河流水 湖泊水 沼泽水 土壤水 地下水 冰川水 大气水以及存在于动 植物有机体内的生物水 这些水体 通过水循环组成了一个统一的相互联系的包围地球的水圈 在这其中 海水构成水圈的绝大部分 海水量约占地球总水量的96 97 其次为分布在极地及陆地上的冰川固态水 约为3 1016m3 而陆地上的河 湖 土壤水 地下水等约为4 1012m3 水体分布很广 但其所占比重却很小 第六章 一 海水 1 海水的组成海水是含有多种溶解固体和气体的水溶液 其中水约占96 5 其他物质占3 5 海水中还有少量有机和无机悬浮固体物质 氢和氧是海水中最主要的化学成分 化学元素周期表上的天然元素 在海水中已发现约80种 其中阳离子 Na K 2 Mg 2 Ca 2 Sr 2 阴离子 Cl 1 SO4 2 CO3 2 BO3 2 占溶质的99 以上 2 海水的盐度 海水的不断运动 使不同区域中海水主要化学成分含量的差别减小到最低限度 因而其含量具有相对的稳定性 海水的这一性质是建立海水盐度和密度相互关系的基础 根据这一性质 可以通过任何一种主要盐分的含量估算其他所有各种主要成分的含量 全球各海区表层海水盐度不等 平均为35 左右 其中盐度最高的红海北部高达42 8 而波罗的海北部的波的尼亚湾 盐度最低时只有3 左右 世界大洋表面蒸发与降水之差 E P 和盐度 S 的径向分布 据Wust 1954 世界海洋表层海水的盐度分布规律为 从南北半球的副热带海区 分别向两侧的高纬和低纬递减 呈马鞍形分布 海洋表层海水盐度的分布和变化主要受蒸发量和降水量的制约 其次受陆地径流 结冰和融冰 洋流等因素的影响 第六章 3 海水的温度 密度和透明度 海水的温度海水的温度决定于海水的热量收支状况 太阳辐射是海水最主要的热量来源 大气对海面的长波辐射 海面水汽凝结 暖于海水的降水和大陆径流 以及地球内部向海水放出的热能 也是海水热量来源 海水热量消耗则以海面蒸发为主 此外 海面向空气的长波辐射和海面与冷空气的对流热交换 也可使海水消耗热量 当海洋表层接收太阳热能后 即通过热传导和海水运动传播至深处 海水表层温度分布具有如下特征 1 平均温度变化于 1 7 30 最高水温并不位于赤道上 而是出现在赤道以北 称为热赤道 水温从热赤道向两极逐渐降低 2 由于陆地集中于北半球 故北半球海水等温线分布不规则 而南半球等温线近似平行于纬线 同时 北半球水温略高于南半球同纬度的水温 3 不同温度性质的洋流交会处 海水温度梯度最大 等温线特别密集 大洋平均温度典型垂直分布 Pickardetal 1990 第六章 密度 单位体积中的海水质量就是海水的密度 单位是g cm3 海水密度值比纯水大 约为1 022 1 028 它是温度 盐度和压力的函数 温度升高时密度减小 盐度增加时 密度增大 纯水密度在温度4 时最大 海水最大密度的温度则随盐度增加而降低 结冰温度也随盐度增加而降低 但比较和缓 当盐度为24 7 时 最大密度的温度与结冰温度均为 1 332 通常情况下海水盐度为34 6 所以 最大密度的温度比结冰温度低 颜色与透明度 海水的颜色决定于海水对太阳光线的吸收和反射状况 太阳光中的红光 橙光和紫光进入海水后 在水深20米以内即被吸收 绿光 黄光和蓝光伸入得更深一些 极少量蓝光能够伸进1000米以上 射入海水的光线除被吸收外 还要受到海水中悬浮微粒和水分子的散射 最后只剩下蓝光 所以海水呈现蓝色 海水中的浮游生物也吸收和反射太阳光 因而 生物丰富的海水和没有生物的海水颜色不同 沿岸海水多绿 黄和棕色 部分原因便是由于生物丰富和河水带来泥沙所致 海水的透明度以直径30厘米的白圆盘投入海水中的可见深度来表示 海水的颜色 水中的悬浮物质 浮游生物 海水的涡动 入海径流 甚至天空的云量都对海水的透明度有影响 一般愈近大陆透明度愈低 愈近大洋中部透明度愈高 大西洋中部的马尾藻海 是一个海水下沉区域 表层水中缺乏上涌海水带来的营养盐分 浮游生物极少 因而颜色最蓝 而且透明度最大 约为66 5米 黄海的透明度只有3 15米左右 二 河流 陆地表面经常或间歇有水流动的泄水凹槽 称为河流 即为流动的水与凹槽的总称 它主要是由于水流侵蚀作用的结果 河流是水分循环的一个重要组成部分 是地球上重要的水体之一 它是塑造地表形态的动力 对气候和植被等都有重要的影响 自古以来 河流与人类的关系很密切 它是重要的自然资源 在灌溉 航运 发电 水产和城市供水等方面发挥着巨大的作用 但河流也会给人类带来洪涝灾害 因此 要开发利用河流 变水害为水利 就必须深入研究河流 较大的河流可分河源 上游 中游 下游 河口等五个部分 河源是河流的发源地 河口是河水的出口处 上游 中游 下游是从河源到河口之间的三个河段 它们有着不同的水文地貌特征 这些特征是从上向下逐渐变化的 上游的特点是 河谷呈 V 字形 河床多为基岩或砾石 比降大 流速大 下切力强 流量小 水位变幅大 中游的特点是 河谷呈 U 字形 河床多为粗砂 比降较缓 下切力不大而侧蚀显著 流量较大 水位变幅较小 下游的特点是 河谷宽广 呈 形 河床多为细砂或淤泥 比降很小 流速也很小 水流无侵蚀力 淤积显著 流量大 水位变幅较小 1 水系 一条河流的干支流构成了脉络相通的水道系统 这个水道系统便称为水系或河系 水系特征主要包括河长 河网密度和河流的弯曲系数 河长是从河口到河源沿河道的轴线所量得的长度 河网密度是指流域内干支流的总长度和流域面积之比 即单位面积内河道的长度 可用下式表示 D L F式中 D为河网密度 km km2 L为河流总长度 km F为流域面积 km2 河网密度表示一个地区河网的疏密程度 河网的疏密能综合反映一个地区的自然地理条件 它常随气候 地质 地貌等条件不同而变化 一般地说 在降水量大 地形坡度陡 土壤不易透水的地区 河网密度较大 相反则较小 例如我国东南沿海地区比西北地区河网密度大 河流的弯曲系数 是指某河段的实际长度与该河段直线距离之比值 根据干支流分布的形状 可进行水系分类 主要可分5类 扇状水系 干支流呈扇状分布 即来自不同方向的各支流较集中地汇人干流 流域成扇形或圆形 我国的海河水系就属此类 羽状水系 支流从左右两岸相间汇人干流 形呈羽状 如滦河水系 平行状水系 几条支流平行排列 如淮河左岸的洪河 颖河 西浘河 涡河 浍河等 树枝状水系 干支流的分布呈树枝状 大多数河流属此种类型 如珠江的主流西江水系 格状水系 于支流分布呈格子状 即支流多呈900角汇人于流 这是由于河流沿着互相垂直的两组构造线发育而成 如闽江水系 一般较大的水系 难以用一种类型概括 大多是由两种或两种以上的水系类型所组成 水系类型不同 对水情变化的影响不同 例如 扇状水系 由于支流几乎同时汇入干流 当整个水系普降大雨时 就易造成干流特大洪水 海河历史上多水灾的原因之一即在于此 而羽状水系因支流洪水是先后汇入干流的 因此各支流汇入的水量分先后排出 故不易形成水灾 滦河少水灾的原因之一 即是由于其为羽状水系的缘故 河流 水系 流域 分水岭 大气降水或地下涌出地表的水 汇集在地表低洼处 在重力作用下经常或周期性地沿流水本身造成的洼地流动 就形成了河流 河流沿途接纳支流 形成复杂的干支流网络系统 就是水系 每一条河流或每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给水 这一集水区就是河流或水系的流域 两相邻流域间地面高程最高点的连线 就是两个水系的分水线 第六章 2 流域 划分相邻水系 或河流 的山岭或河间高地 称为分水岭 分水岭最高点的连线 称为分水线或分水界 如秦岭是黄河和长江的分水岭 而秦岭的山脊线便为黄河和长江的分水线 分水线可分为地表分水线和地下分水线 地表分水线主要受地形影响 而地下分水线主要受地质构造和岩性控制 分水线不是一成不变的 河流的向源侵蚀 切割 下游的泛滥 改道等都能引起分水线的移动 不过这种移动过程一般进行得很缓慢 分水线所包围的区域 称为流域 由于分水线有地表分水线和地下分水线 故流域也是指汇集地表水和地下水的区域 流域可分闭合流域和非闭合流域 地表分水线与地下分水线重合的流域 称为闭合流域 相反 称为非闭合流域 流域面积 流域形状 流域高度 流域的坡度 流域的倾斜方向 干流流向等是流域的重要特征 这些特征对河川径流的影响是明显的 例如 流域面积大 河水量也大 洪水历时长 且涨落缓慢 流域形状圆形较狭长形的洪水集中 且洪峰流量大 流域高度越高 河水量越多 流域向南倾斜的比向北的流域降雪易于消融 在中高纬度地区 冬季有结冰的大河流 若在北半球 其流向自南往北流的 则易产生凌汛 3 河流的水情要素 河流是通过它的流水活动影响和改变地理环境的 为了认识河流的特征及其地理意义 必须首先了解有关河流水情的一些基本概念 水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子 它主要包括水位 流速 流量 泥沙 水化学 水温和冰情等 通过这些因素反映河流在地理环境中的作用 及其与自然地理环境各组成要素之间的相互关系 也是研究水文规律的基础 水位 河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度 叫做水位 水位高低是流量大小的主要标志 流域内的降水和冰雪消融状况等径流补给是影响流量 同时也是影响水位变化的主要因素 但是 其他因素也可以影响水位变化 例如 流水侵蚀或堆积作用造成河床下降或上升 河坝改变了河流的天然水位情势 河中水草或河流冰情等使水流不畅 水位升高 入海河流的河口段和感潮段由于潮汐和风的影响而引起水位变化 等等 可见 水位变化是多种因素同时作用的结果 这些因素各具有不同的变化周期 如流水侵蚀作用具有多年变化周期 径流补给形式的变化具有季节性周期 潮汐影响具有日变化周期 等等 因而 河流的水位情势是非常复杂的 流速 流速指水质点在单位时间内移动的距离 它决定于纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比 可以运用等流速公式 即薛齐公式计算水流某一时段的平均流速v v cRI式中 R为水力半径 可通过流水截面与河底弧长之比而求的 I为河流纵比降 c为待定系数 这是一个应用很广的基本公式 建立这一公式的基本出发点是 只有动力与摩擦力相等时 水流才沿河槽作等速运动 流量 流量是指单位时间内通过某过水断面的水的体积 常用Q表示 单位是m3 s 它可用下式表示 Q wv式中 Q为流量 m3 s w为过水断面积 m2 v为流速 m s 河水温度与冰情 河流的补给特征是影响河水温度状况的主要因素 由冰川和积雪补给的河流 水温必然较低 从大湖泊流出的河流 春季水温低而秋季水温高 地下水补给量丰富的河流 冬春季水温较高 还有许多其他因素影响河水温度 例如 太阳辐射和流域的气温状况 等等 河水温度也随时间而变化 夏季水温有明显的日变化 而且中低纬河流比高纬河流显著 季节变化表现为夏季水温高 冬季水温低 北方河流并可以发生结冻现象 4 河川径流 径流的形成和集流过程径流的形成是一个连续的过程 但是可以划分为几个不同的特征阶段 了解这些阶段的特点 对于水文分析是重要的 停蓄阶段 降水落到流域内一部分被植物截留 另一部分被土壤吸收 然后经过下渗 进入土壤和岩石孔隙中 形成地下水 所以降水初期不能立即产生径流 降水进行到大于上述消耗时 便在一些分散洼地停蓄起来 这种现象称为填洼 停蓄于洼地的水也不能立即变为径流 所以这个阶段叫做停蓄阶段 对于径流形成而言 停蓄阶段是一个耗损过程 但是 从增加雨水对地下水的补给和减少水土流失来说 这个阶段是具有重要意义的 漫流阶段 降水进行到植物截留和填洼都已达到饱和 降水量超过下渗量时 地表便开始出现沿天然坡向流动的细小水流 即坡面漫流 坡面漫流逐渐扩大范围 并分别流向不同的河槽里 叫漫流阶段 河槽集流阶段 坡面漫流的水进入河道中 沿河网向下游流动 使河流流量大为增加 叫做河槽集流 河槽集流阶段 大部分河水流出河口外 只有小部分渗过河谷堆积物补给地下水 待洪水消退后 地下水又反过来补给河流 河槽集流过程在降水停止后还将继续很长时间 这个阶段包括雨水由坡面进入河网 最后流出出口断面的整个过程 它是径流形成的最终环节 5河川径流的变化 泾流是多变的 其变化具有必然性和偶然性 l 年正常径流量 如果实测资料的年数增加到无限大时 多年平均径流量将趋于一个稳定的数值 此称为年正常径流量 2 河川径流的年际变化 由于影响径流的重要因素 气候具有年际变化 因此 河川径流量和径流过程也有年际变化 再加上其他自然地理因素的综合作用的结果 使河川径流的年际变化十分复杂 研究和掌握河川径流的年际变化规律 对于一个地区自然地理条件的综合分析评价 以及为水利工程的规划设计都是很重要的资料 反映年径流量变化幅度主要是年径流量的离差系数Cv值和绝对比率 l 年径流量的离差系数Cv值 其计算公式为 即用常用年径流变率的反差来表示 式中 K为第i年的年径流变率 n为观测资料数列的年数 例如 甲系列某5年的径流深度 mm 分别为 220210200190180乙系列某5年的径流深度 mm 为 20202010200019901980从Cv值的物理意义可知 它能反映径流总体的相对离散程度 即不均匀性 年径流量Cv值大 则年径流量的年际变化剧烈 易发生洪 旱灾害 水工建筑物费用大 相反 Cv值小 则年径流量的年际变化小 水工建筑物费用就小 Cv值的变化与自然地理因素有着密切的关系 归纳起来有如下几方面 降水量少的地区 其Cv值大于降水量多的地区 因为降水量大的地区 水汽输送量大而稳定 降水量的年际变化较小 同时 降水量丰富的地区地表供水充分 蒸发比较稳定 故使年径流Cv值小 降水量少的地区 降水量集中而不稳定 蒸发量年际变化较大 致使年径流Cv值大以雨水补给为主的河流 其Cv值大于以地下水补给为主的河流 也大于以冰雪融水补给为主的河流 因为冰雪融水量主要取决于气温 气温年际变化较降雨年际变化小 故冰雪融水的Cv值很小 例如我国天山 昆仑山 祁连山一带河流的Cv值只有0 l 0 2 以地下水补给为主的河流 因其补给量较稳定 故其Cv值也较小 例如 无定河上游 虽降水少 但地下水补给量大 故Cv值较小 在0 4以下 甚至只有0 2 0 3 年际变化径流量的年际变化往往是由降水量的年际变化引起的 通常以径流的离差系数来表示年径流的变化程度 我国中等河流的离差系数 长江以南一般在0 30以下 长江下游及黄河中游各河流和东北山区河流为0 40 淮河为0 60 海河为0 70 这种大致从南向北增长的趋势 与我国降水量变率的分布趋势基本一致 6河流的补给 河流补给的形式降落在地表的雨水 除部分被植物截留 下渗和蒸发以外 其余的形成地表径流 汇入河网 补给河流 冰川 积雪 地下水 湖泊和沼泽 也都可以构成河流的水源 根据降水形式及其向河流运动的路径的不同 河流补给可分为 降水补给 融水补给 湖泊和沼泽水补给 地下水补给 降水补给 雨水是全球大多数河流最重要的补给来源 降水补给为主的河流的水量及其变化 与流域的降水量及其变化有着十分密切的关系 我国广大地区 尤其是长江以南地区的河流 降水补给占绝对优势 据估计 我国河流的年径流量中 降水补给约占70 河流水量与降水量分布一样 表现出由东南向西北递减的趋势 河流多在夏秋两季发生洪水 也与降水集中于夏秋两季有关 融水补给 融水补给为主的河流的水量及其变化 与流域的积雪量和气温变化有关 这类河流在春季气温回升时 常因积雪融化而形成春汛 春季气温和太阳辐射的变化 不像降水量变化那样大 所以春汛出现的时间较为稳定 变化也较有规律 我国东北北部地区有的河流融水补给可占全年水量的20 松花江 辽河 黄河的融水补给 可以形成不太突出的春汛 西北山区河流中山地带的积雪及河冰融水 是山下绿洲春耕用水的主要来源 高山冰川的融水补给时间略迟 常和雨水一起形成夏季洪峰 地下水补给 河流从地下所获得的水量补给 称地下水补给 地下水是河流较经常的水源 一般约占河流径流总量的15 30 地下水补给具有稳定和均匀两大特点 深层地下水因受外界条件影响较小 其补给通常没有季节变化 浅层地下水补给状况则视地下水与河流之间有无水力联系而定 湖泊与沼泽水补给湖泊 沼泽水补给量的大小和变化 取决于湖泊和沼泽对水量的调节作用 湖泊面积愈大 水量愈多 调节作用就愈显著 一般说来 湖泊沼泽补给的河流 水量变化缓慢而且稳定 人工补给从水量多的河流 湖泊中 把水引入水量缺乏的河流 向河流中排放废水等 都属于人工补给范围 中国大陆径流分带与变差系数 据 中国自然地理图集 径流的年际变化 指径流多年的变化 径流量的年际变化往往是由于降水量的年际变化引起的 通常以径流的离差系数来表示年径流的变化程度 影响年径流的离差系数的主要因素有年径流量 径流补给来源和流域面积大小 我国河流年径流的离差系数由东南丰水带的0 2 0 3到西北缺水带的0 8 1 0 第六章 三 地下水 1 岩石的水理性质松散岩石存在着孔隙 坚硬岩石中有裂隙 易溶岩石有孔洞 水以不同形式存在于这些空隙中 岩石与水作用时 表现出不同的容水性 持水性 给水性 透水性等 这就是岩石的水理性质 容水性 指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能 衡量和表示岩石容水性的大小 常用容水度 wn 来表示 容水度是在自然条件下 常温 常压 单位体积的空隙岩石中所能容纳水分的最大含量 也即是岩土容纳水的最大体积 vn 与岩土总体积 v 之比 wn vn v 100 容水度数值的大小取决于岩土空隙的多少和连通程度 在充满水的条件下 容水度在数值上与孔隙度 裂隙率或岩溶率相等 但对于具有膨胀性的粘土来说 充水后体积扩大 容水度可以大于孔隙度 孔隙率 n 又称孔隙度 它是反映含水介质特性的重要指标 以孔隙体积 Vn 与包括孔隙在内的岩土体积 V 之比值来表示 n Vn V 100 孔隙率的大小 取决于岩土颗粒本身的大小 颗粒之间的排列形式 分选程度以及颗粒的形状和胶结的状况等 自流水盆地 据埋藏条件不同 地下水分为上层滞水 潜水和承压地下水三类 上层滞水是指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水 潜水是指埋藏在地表以下第一稳定隔水层之上具有自由水面的重力水 潜水和河水间一般具有互补关系 承压地下水是指埋藏在上下两个隔水层之间的地下水 承压水水位高于上部隔水层 在地形条件适宜时 其天然露头或经人工凿井喷出地表形成自流井 第六章 持水性 在重力作用下 岩石依靠分子力和毛管力在其空隙中保持一定水量的性质 称为持水性 以持水度表示 在重力影响下岩石空隙中所能保持的水量与岩石总体积之比 就是岩石的持水度 岩石的颗粒大小对持水度影响很大 泥炭 粘土 亚粘土等持水度较高 泥灰岩 疏松砂岩 粘土质砂和细砂持水度小 块状火成岩和块状沉积岩 砾石和砂 几乎完全不持水 给水性在重力作用下 饱水岩石能够流出一定水量的性能 为岩石的给水性 流出的水的体积与储水岩石体积之比 称为给水度 颗粒较粗的岩石给水度较大 细粒岩石给水度则很小 表5 5为某些松散沉积物的给水度 透水性透水性就是岩石的透水性能 岩石空隙的大小 多少和空隙是否彼此连通 对透水性有着明显的影响 粘土孔隙度有时虽然可达50 以上 但透水性很差 砂的孔隙度一般只有30 但孔隙大 故透水性良好 同一岩石在不同方向上的透水性能也不一样 2 地下水按埋藏条件的分类 按岩土的贮水空隙的差异分类孔隙水在堆积物和岩石孔隙中流动的地下水裂隙水在堆积物和岩石裂隙 如节理 中流动的地下水岩溶水存在于可溶性岩石孔洞内的地下水按地下水的贮存埋藏条件分类包气带水存在于包气带中的地下水结合水 分吸湿水 薄膜水 毛管水 分毛管悬着水与毛管上升水 重力水 分上层滞水与渗透重力水 饱水带水存在于饱和带中的地下水 潜水具有自由水面承压水 分自流水与非自流水 成规模可以利用的主要有 上层滞水 潜水 承压水上层滞水 perchedwater 上层滞水是存在于包气带中局部隔水层上的重力水 下图 它是大气降水或地表水在下渗途中 遇到局部不透水层的阻挡后 在其上聚积而成的地下水 风化裂隙中的上层滞水主要是以季节性存在的 而在岩溶地区 上层滞水的出现主要是岩性变化的结果 当岩溶发育的岩层被比较厚的非岩溶化岩层所隔开时 上下两层岩溶化岩层可能各自发育一套溶洞系统 此时 上层的岩溶水就具有上层滞水的性质 在松散沉积物中 只有在沉积物能够形成局部不透水层时 才可能出现上层滞水 冰水沉积物的分选不良的透水层中 常常夹有细粒透镜体 有利于上层滞水的存在 洪积冲积物中如有这类透镜体 其上部也可形成上层滞水 潜水 phreaticwater 潜水是埋藏在地表下第一个稳定隔水层上具有自由表面的重力水 这个自由表面就是潜水面 从地表到潜水面的距离称为潜水的埋藏深度 潜水面到下伏隔水层之间的岩层称为含水层 而隔水层就是含水层的底板 潜水面以上通常没有隔水层 大气降水 凝结水或地表水可以通过包气带补给潜水 所以大多数情况下 潜水的补给区和分布区是一致的 承压水 confinedwater 充满于两个隔水层之间的水称承压水 承压水水头高于上部隔水层 隔水顶板 在地形条件适宜时 其天然露头或经人工凿井喷出地表称自流水 隔水顶板妨碍了含水层直接从地表得到补给 故自流水的补给区和分布区常不一致 自隔水层顶板底面到承压水位之间的铅垂距离称为承压水头 也称压力水头 承压水含水层在盆地边缘出露于地表的位置较高 可直接受大气降水或地表水补给的范围称为补给区 承压水含水层在承压盆地边缘 地势较低的地段或含水层被切割 这地段便成为承压水的排泄区 在补给区与排泄区之间 承压含水层之上被隔水层覆盖 并且含水层被水充满的这个地段 称为承压区 第二节水圈的结构 水圈的水平结构特征连续性 地球表面任何一个地方都有水的分布 水在地球表层的分布是连续的 不均匀性 水在地表的分布是不均匀的 不均匀性一是表现在水圈的厚度各处不一 二是表现在水圈中各处分布的水量不同 水圈的垂直结构特征近地面集中分布 水主要集中分布在地面附近 随着离地面距离的增大水越来越少 垂直分层 水圈在垂直方向上具有一定的分层现象 相态分异 水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象 第六章 不同深度海洋水层覆盖地球表面的百分比 在垂直方向上 水圈具有近地面集中分布特征 垂直分层的特征和相态分异特征 近地面集中分布特征 水主要集中分布在地面附近 随着离地面距离的增大水越来越少 比如 海洋 河流 湖泊 沼泽 冰川都集中分布在地球表面 大气圈中的水也主要集中分布在近地面的对流层 岩石圈中的水也是主要集中在它的上部 海洋水占水圈总量的97 22 海洋水分布面积具有随深度增加而减少的趋势 第六章 水圈的演化 水从无到有 自生说 外生说 水从少到多 从酸性到碱性 水通过岩浆活动和火山喷发由地球内部逸出 从而使地球水圈的水越来越多 原始酸性的大洋水与当时偏于基性的火成岩发生作用 会产生中性或偏碱性的溶液 原始的酸性大洋便逐步改变其性质 主要的碳酸根和重碳酸根离子成分逐步被氯原子所取代 从汽到水 冰 第六章 第三节水的运动 概念 地球上各种形态的水 在太阳辐射 重力等作用下 通过蒸发 水汽输送 凝结降水 下渗以及径流等环节 下断地发生相态转换和周而复始运动的过程 称为水循环 地球上各类水体 通过水循环形成了一个连续而统一的整体 水循环按不同途径与规模 分为大循环和小循环 机理 水循环服从于质量守恒规律 水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用 水循环广及整个水圈 并深入大气圈 岩石圈及生物圈 同时通过无数条路线实现循环和相变 从全球看 水循环是个闭合系统 但从局部地区看水循环却是开放系统 水循环对地球上的生物和其他圈层的相互作用等方面具有重要的意义 一 水循环 第六章 水循环 地球上各种形态的水 在太阳辐射 重力等作用下 通过蒸发 水汽输送 凝结降水 下渗以及径流等环节 不断地发生相态转换和周而复始运动的过程 称为水循环 地球上各类水体 通过水循环形成了一个连续而统一的整体 第六章 大陆 海洋 水汽输送 径流输送 蒸发 海洋 蒸发 降水 蒸发 二 河水的运动 层流 水质点运动的轨迹线 流线 平行 在水流中运动方向一致 流速均匀 紊流 水流中每个水质点运动速度与方向均随时在变化 而且其变化是围绕一个平均值上下跳动 环流 河水内部还具有局部水流环绕着一定的旋转轴做往复运动 三 冰川的运动 重力流 在斜坡上因冰川自重而产生的沿坡向的分力大于冰川槽对冰川的阻力时 所引起的运动 挤压流 由于冰川堆积的厚薄不同使内部所受的压力分布不均 引起的冰川运动 第六章 河水在重力的作用下沿河槽不断向下游流动 重力是决定河水纵向运动的基本动力 河水在运动过程中 同时还受到地转偏向力 惯性离心力和机械摩擦力等作用 在这些力的影响下 河水除了沿河槽做纵向运动以外 还会产生各种形式的环流运动 按水流内在结构的差异 可将水流的运动状态分为层流和紊流两种类型 环流 紊流 层流 河水的运动 第六章 四 海水的运动 一波浪 海洋中的波浪是指海水在外力和惯性力的作用下 水面随时间起伏 一般周期为数秒至数十秒 的现象 即海水质点以其原有平衡位置为中心 在垂直方向上作周期性圆周运动的现象 波浪要素图 第六章 H 水质点在其平衡位置附近做近似封闭的圆周运动 便产生了波浪 并引起了波形的传播 因此 波浪的传播仅是波形的传播 而不是水质点的向前移动 组成波浪的基本要素有 波峰 波谷 波高 波长 周期 波速等 海啸 最大的地震海啸之一 或者称之为 海震 是1971年4月24日发生在日本琉球群岛中的石垣岛的那一次 估计当时巨大海浪的波峰高达84 7米 排出倒海的巨浪将重量达850吨的整珊瑚礁抛出2 092公里以上 这次海震所击起的海浪 据测它的行进速度为每小时788 557公里 二 洋流 海洋中的海水 常年比较稳定的沿着一定方向作大规模的流动 叫洋流 洋流是海水的主要运动形式 风力是洋流的主要动力 地球偏转力 海陆分布和海底起伏等等 也有不同程度的影响 另一方面 洋流对于自然地理成分 尤其是对气候也发生巨大的 虽然并不是直接的 影响 许多沿海地区的温度和降水状况 都与附近的洋流有关 1 洋流的分类 1 按水温分类可分为暖流和寒流 暖流 若洋流带来的海水温度比到达海区的水温高 这样的洋流叫暖流 如 由低纬流向高纬的洋流属于暖流 在洋流日中 一般用红色箭头表示 寒流 与暖流相反 若洋流所带来的海水温度比到达海区的水温低 就叫寒流 如 由高纬流向低纬的洋流属于寒流 2 按成因分类可分为风海流 密度流和补偿流三类 风海流 是海水在风的摩擦力 切应力 作用下形成的水平运动 也称漂流或吹流 风力作用于海面时 可产生对海面的正压力和摩擦力 故风作用于海面时 可同时产生波浪运动和使海水向前运动的洋流 密度流 密度流是由于海水密度差异而引起的海流 这是由于海水密度分布不均 使海区形成了压力梯度 在压力梯度力作用下 海水产生了流动 故密度流也称梯度流 补偿流 是由于某一种原因使海水从一个海区流出 而使另一部分海水流入进行补充 海水的这种流动叫补偿流 补偿流可以是水平流动 也可以是垂直流动 上升流和下降流 综上所述 产生洋流的主要原因是风力和密度差异 实际海洋中的洋流总是由几种原因综合作用的结果 大气运动和近地面风带的存在 是海洋水体运动的主要动力 风海流 地中海 0 400 800 1400 10987654 15 5 13 0 11 0 10 0 9 5 温度 C 36 5 37 0 38 0 36 0 36 5 大西洋 36 5 温度 C 西经 盐度 36 5 深度 米 36 0 直布罗陀海底山脊 直布罗陀海底山脊 密度流 13 5 13 0 12 9 补偿流 水平补偿流 垂直补偿流 以副热带为中心的反气旋型大洋环流 北半球中高纬海区气旋型大洋环流 南纬40 60 形成西风漂流 北印度洋 北印度洋洋流受西南季风影响 海水自西向东呈顺时针方向流动 北印度洋洋流受东北季风影响 海水自东向西呈逆时针方向流动 夏季 冬季 季风洋流 3 洋流的作用 洋流对高低纬度之间热能的输送和交换 对全球的热量平衡 有重大影响 据统计 从低纬地区输送到高纬地区的热量 约有一半是由洋流完成的 一般来说 暖流流经的地区 气温增高 降水机会多 寒流流经的地区 气温降低 降水的机会极少 如大西洋西岸受湾流影响 使高纬地区的西北欧气候终年温和多雨 冬季最冷月均温比同纬度高16 20 呈现森林景观 而同纬度的北美洲东海岸 由于受拉布拉多寒流影响 一年冰冻期达9个月 出现冻原景观 在寒流和暖流相遇的地区 由于温度不同的空气混合冷却 常常是多雾地区 在寒暖流分歧的大陆酉岸 出现地中海式的气候 俄罗斯境内有两个世界著名的港口 一是北冰洋流沿岸的摩尔曼斯克港 位于北极圈以内 约68 N 却终年不冻 而在其太平洋沿岸的符拉迪沃斯托克港 位于43 N附近 却有长达半年的结冰期 这是什么原因呢 北海道渔场 北海渔场 纽芬兰渔场 秘鲁渔场 2洋流对生物分布的影响 上升流海域 世界著名渔场多位于 寒 暖流交汇处 洋流对地理环境的影响还有哪些方面 世界洋流分布图 洋流是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水 从一个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动 洋流按成因分为 风海流 密度流 补偿流 如秘鲁寒流属于上升补偿流 此外 洋流按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流 暖流指洋流水温比流经海区水温高的洋流 寒流则相反 洋流按其流经的地理位置又可分为赤道流 大洋流 极地流 沿岸流等 第六章 世界洋流分布特点与中国近海表层海流 洋流分布有以下特点 以南北回归线的副热带高压为中心形成的反气旋型大洋环流 以北半球中高纬海上低压区为中心形成的气旋型大洋环流 南半球中高纬度为西风漂流 在南极大陆形成绕极环流 在北印度洋形成季风环流 冬季北印度洋盛行东北季风 形成反时针方向的东北季风漂流 夏季 北印度洋盛行西南季风 形成顺时针方向的西南季风漂流 影响中国的洋流有黑潮及季风漂流等 第六章 1 黑潮 2 台湾暖流 3 对马暖流 4 黄海暖流 5 黄海沿岸流 6 东海沿岸流 7 南海东北季风漂流 8 南海西南季风漂流 左 2月 右 8月 赵济 中国地理 世界大洋环流联系的示意图 据Broecker 1995 在大洋深层环流系的垂直结构中 可分出暖 冷两种环流系统和五个基本水层 表层 次层 中层 深层和底层 世界大洋环流体系由表层 包括次表层水 环流 中层环流 深层和底层环流所组成 表层环流主要是风成环流 中层环流 深层环流和底层环流均为盐度环流 表层水 次层水 中层水 深层水和底层水在其运动过程中 进行着全球性的水量交换与循环 这构成世界大洋中统一的环流体系 第六章