水圈与水环境PPT课件

1、一一. . 海洋水海洋水 海洋是大气水的主要水源，因而是大气降水的源泉，是地海洋是大气水的主要水源，因而是大气降水的源泉，是地球的水库。此外，海洋蕴含着极其丰富的化学资源、矿产资球的水库。此外，海洋蕴含着极其丰富的化学资源、矿产资源、动力资源、生物资源，是地球的一个巨大的资源宝库。源、动力资源、生物资源，是地球的一个巨大的资源宝库。（一）海洋水的理化性质 1. 海水的盐度图5.1 世界海洋平均盐度与蒸发量、降水量分布第1页/共53页 全球海洋表面盐度以副热带海区最大，向赤道全球海洋表面盐度以副热带海区最大，向赤道和高纬度海区逐渐减小，南极海区小于和高纬度海区逐渐减小，南极海区小于3434。最高

2、盐度值和最低盐度值多出现在大洋边缘的最高盐度值和最低盐度值多出现在大洋边缘的海域中海域中如红海北部高达如红海北部高达42.842.8。盐度较低的。盐度较低的海域如波罗的海的含盐度只有海域如波罗的海的含盐度只有1515，北部的波，北部的波的尼亚湾更低至的尼亚湾更低至3 3左右，称为淡化海。左右，称为淡化海。 第2页/共53页2. 海水的pH值 海水为弱碱性，天然海水的海水为弱碱性，天然海水的pHpH值介于值介于7.97.98.48.4之间。之间。海水增温和海水增温和光合作用增强可使表层海水光合作用增强可使表层海水CO2CO2含量和含量和H+H+浓度下降，导致浓度下降，导致pHpH值上升，反值上升

3、，反之则使之则使pHpH值下降。海水中值下降。海水中pHpH值的大小控制着许多矿物的形成，例如方值的大小控制着许多矿物的形成，例如方解石和白云石形成于解石和白云石形成于pHpH为为7 7的弱碱性环境，高岭石则形成于的弱碱性环境，高岭石则形成于pHpH值小于值小于6 6的酸性环境中。的酸性环境中。第3页/共53页3. 海水的温度 海水温度是海洋热能的一种表现形式，绝大部分来自太阳辐射能。海水温度是海洋热能的一种表现形式，绝大部分来自太阳辐射能。海洋热能不仅驱动大部分的大洋环流，而且还制约着海洋生物系统的海洋热能不仅驱动大部分的大洋环流，而且还制约着海洋生物系统的运转速率。运转速率。全球大洋表层年

4、平均水温为全球大洋表层年平均水温为17.417.4，比全球陆地表面的年，比全球陆地表面的年平均气温高平均气温高3.13.1。大洋表面年平均温度一般在。大洋表面年平均温度一般在-2-2到到3030之间，从低之间，从低纬到高纬总体逐渐降低，等温线的走向大致沿纬度分布。纬到高纬总体逐渐降低，等温线的走向大致沿纬度分布。但在大陆海但在大陆海岸附近，等温线可能呈现南北流向的形式。岸附近，等温线可能呈现南北流向的形式。 第4页/共53页图5.2 海洋表面海水平均温度分布（NOAA数据）第5页/共53页4. 海水的密度与压力 通常在通常在00时正常盐度的海水密度约为时正常盐度的海水密度约为1.028g1.0

5、28gcmcm3 3。温度升高时密度减小，盐度增加时密度增温度升高时密度减小，盐度增加时密度增大，气压加大时密度增大。海水的压力随水深的增大，气压加大时密度增大。海水的压力随水深的增加而加大加而加大，每增加，每增加10m10m约增加约增加1.05Pa1.05Pa。在。在1000m1000m深深处的海水压力大约为处的海水压力大约为107Pa107Pa。 第6页/共53页（二）海水运动与洋流 海水在海洋表面风力和密度差异、太阳和月球海水在海洋表面风力和密度差异、太阳和月球引力等作用下，不停的运动，其引力等作用下，不停的运动，其运动形式主要有潮运动形式主要有潮汐、海浪、洋流等形式汐、海浪、洋流等形式

6、。第7页/共53页图5.4 世界洋流分布图第8页/共53页 洋流对地理环境的影响主要表现在对气温和降水两方面。洋流对地理环境的影响主要表现在对气温和降水两方面。据统据统计，由低纬向中、高纬度输送的热量，有一半通过洋流输送，计，由低纬向中、高纬度输送的热量，有一半通过洋流输送，洋流性质和方向不同，形成了不同的地理环境特点。由于洋流洋流性质和方向不同，形成了不同的地理环境特点。由于洋流在各大洋的分布不同，使高低纬地区大洋东西两岸气温差异十在各大洋的分布不同，使高低纬地区大洋东西两岸气温差异十分显著。一般来说，暖流流经的地区，气温高，降水机会增多，分显著。一般来说，暖流流经的地区，气温高，降水机会增

7、多，寒流流经的地区，气温降低，降水的机会减少。寒流流经的地区，气温降低，降水的机会减少。 第9页/共53页（三）海气相互作用图5.5 5.5 厄尔尼诺示意图（据中国科普博览网）左图：正常状态下的赤道大气环流，西太平洋海温偏高，伴有较强上升运动。右图：厄尔尼诺时的赤道大气环流，东太平洋海温升高，大气上升运动东移。赤道赤道温跃层温跃层大气对流第10页/共53页 厄尔尼诺是全球气候信号里最强的。厄尔尼诺是全球气候信号里最强的。在在2020世纪世纪6060年代年代，很多科学家都认为厄尔尼诺是，很多科学家都认为厄尔尼诺是区域性区域性问题问题，它主要影响太平洋东部的南美沿海地区，它主要影响太平洋东部的南美

8、沿海地区和太平洋中部的澳大利亚沿海地区。然而和太平洋中部的澳大利亚沿海地区。然而2020世世纪纪8080年代以后年代以后，通过气象卫星的观测发现，通过气象卫星的观测发现，厄厄尔尼诺在世界很多地方都出现尔尼诺在世界很多地方都出现。近年来近年来通过对通过对全球气候异常的综合分析认为，厄尔尼诺现象全球气候异常的综合分析认为，厄尔尼诺现象影响的范围影响的范围不单是局部地区，而是遍及全球不单是局部地区，而是遍及全球。影响的时间不只是夏季，而是全年甚至更长。影响的时间不只是夏季，而是全年甚至更长。对全球自然地理环境影响的影响很大，会造成对全球自然地理环境影响的影响很大，会造成不同地区洪涝、干旱、酷热、低温

9、、热带气旋不同地区洪涝、干旱、酷热、低温、热带气旋等灾害。等灾害。 第11页/共53页 厄尔尼诺现象是周期性出现的，大约每隔厄尔尼诺现象是周期性出现的，大约每隔2 27 7年出现一次。年出现一次。 一般认为，海水表层温度连续一般认为，海水表层温度连续3 3个月（中国用个月（中国用6 6个月）高出平均个月）高出平均值值0. 50. 5以上，即可认为是一次厄尔尼诺现象。以上，即可认为是一次厄尔尼诺现象。当前气象学家当前气象学家普遍认为，厄尔尼诺现象的发生对全球不少地区的气候灾害有普遍认为，厄尔尼诺现象的发生对全球不少地区的气候灾害有预兆意义，所以对它的监测已成为气候监测中一项重要的内容。预兆意义，

10、所以对它的监测已成为气候监测中一项重要的内容。 第12页/共53页 对于厄尔尼诺和拉尼娜的频繁发生，科学家比较普遍的一种看法是对于厄尔尼诺和拉尼娜的频繁发生，科学家比较普遍的一种看法是人类对大气环境的影响导致了大气环流人类对大气环境的影响导致了大气环流和气候的异常和气候的异常。目前能够较好共识的思路是改变经济和社会发展模式，减少排放。国际社会采取的。目前能够较好共识的思路是改变经济和社会发展模式，减少排放。国际社会采取的主要措主要措施就是绿色经济施就是绿色经济，这是世界适应和减缓气候变化的未来之路。，这是世界适应和减缓气候变化的未来之路。 第13页/共53页二. 陆地水（一）河流1.水系与流域

11、流域面积、形状、流域高流域面积、形状、流域高度、流域坡度、流度、流域坡度、流域的倾斜方向、干域的倾斜方向、干流流向流流向等是流域的等是流域的重要特征。重要特征。水系的特征一般包括水系的特征一般包括河流河流长度、河网密度、长度、河网密度、河流的弯曲系数及河流的弯曲系数及其平面结构其平面结构等。等。 图 5.6 5.6 流域和水系第14页/共53页1.1. 河流长度河流长度是河源到河口的轴线长度，通常在是河源到河口的轴线长度，通常在大比例尺地图上，可以通过统计曲线长度获大比例尺地图上，可以通过统计曲线长度获取。取。 2.2. 河网密度：河网密度：3.3. 河流的河流的弯曲系数弯曲系数是指某河段的实

12、际长度与该是指某河段的实际长度与该河段直线长度的比值。河段直线长度的比值。 4.4. 水系按水系按平面形态平面形态一般可分为树状、格子状一般可分为树状、格子状（直角注入）、平行状、放射状、环状、长（直角注入）、平行状、放射状、环状、长方状和扇状等方状和扇状等 LDFLKl第15页/共53页图5.7 水系的平面结构主要类型第16页/共53页 水系的平面结构不同，便有不同的水情特征，水系的平面结构不同，便有不同的水情特征，例如扇状水系，河流从谷口或三角洲顶点向外例如扇状水系，河流从谷口或三角洲顶点向外呈扇状散开，当全流域发生暴雨时，各支流同呈扇状散开，当全流域发生暴雨时，各支流同时发生洪水，在汇合

13、点以下河段同时接纳全流时发生洪水，在汇合点以下河段同时接纳全流域的暴雨洪流，很容易发生洪水灾害。因此，域的暴雨洪流，很容易发生洪水灾害。因此，编制水系流域图时，必须反映水系的平面结构编制水系流域图时，必须反映水系的平面结构类型，保持河网的相对密度；制图综合时，必类型，保持河网的相对密度；制图综合时，必须要考虑区域气候、地质构造、岩性、地貌等须要考虑区域气候、地质构造、岩性、地貌等对水系平面形态的影响。对水系平面形态的影响。第17页/共53页2. 河流水情要素 水情要素是反映河流水文情势及其变化的水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子。主要包括因子。主要包括水位、流量、流速，称为水情水位、流量

14、、流速，称为水情三要素三要素，是专题地图中表示河流水情动态的重，是专题地图中表示河流水情动态的重要数量指标。要数量指标。1）水位 水位是指河流在某一地点某一时刻的水面水位是指河流在某一地点某一时刻的水面高程。我国河流水位的绝对基面（起算高程）高程。我国河流水位的绝对基面（起算高程）统一采用青岛基面。另一种是测站基面，采用统一采用青岛基面。另一种是测站基面，采用观测点最低枯水位以下观测点最低枯水位以下0.50.51m1m处作为起算点。处作为起算点。为了反映水位变化，常用水位过程曲线来表示。 第18页/共53页 除了解水位变化规律外，还了解水位变化中的一些特除了解水位变化规律外，还了解水位变化中的

15、一些特征水位值，主要包括：征水位值，主要包括：1 1 平均水位平均水位，单位时间内水位的算术平均值。对河流用，单位时间内水位的算术平均值。对河流用水及流域调节有一定意义。水及流域调节有一定意义。2 2 平均高水位和平均低水位平均高水位和平均低水位，每年观测的最高水位和最，每年观测的最高水位和最低水位各自的算术平均值。低水位各自的算术平均值。3 3 最高水位和最低水位最高水位和最低水位，单位时段内水位的最大值和最，单位时段内水位的最大值和最小值，前者为防洪、水利工程建设提供依据；后者为小值，前者为防洪、水利工程建设提供依据；后者为航运、灌溉的重要参考。航运、灌溉的重要参考。4 4 警戒水位警戒水

16、位，是指在江、河、湖泊水位上涨到河段内可，是指在江、河、湖泊水位上涨到河段内可能发生险情的水位能发生险情的水位5 5 中水位中水位，是一年中观测水位值的中值。对用水保证率，是一年中观测水位值的中值。对用水保证率有重要意义。有重要意义。 第19页/共53页2）流速 3）流量 为了便于分析，常把测得的流量绘制成流量过程线或水位为了便于分析，常把测得的流量绘制成流量过程线或水位- -流量关系曲流量关系曲线。线。水位水位- -流量关系曲线流量关系曲线是以流量为横坐标，水位为纵坐标绘制的曲线。是以流量为横坐标，水位为纵坐标绘制的曲线。它在水文分析中应用很广，因为在流量实测中不可能连续不断的测量，所它在水

17、文分析中应用很广，因为在流量实测中不可能连续不断的测量，所以可以通过水位以可以通过水位- -流量过程曲线推求出流量来。流量过程曲线推求出流量来。 第20页/共53页淋漆河水文站水位流量关系曲线图 第21页/共53页3. 河流补给 一般把河流的补给分为一般把河流的补给分为雨水补给、冰雪融水补给、雨水补给、冰雪融水补给、湖泊和沼泽水补给及地下水补给湖泊和沼泽水补给及地下水补给 图5.8 5.8 雨水补给河流流量与降水量相互关系流量(m /s)3雨量(mm)120100806040200150045007500105001350016500123456789101112第22页/共53页12312月

18、54679810110100200300010203010温度（）温度流量流量（m3/s）图5.9 5.9 冰雪融水补给河流流量变化第23页/共53页12312月54679810110100200流量（m3/s）图5.10 5.10 湖泊补给型河流水量变化曲线第24页/共53页4. 河川径流特征1.1. 径流总量（径流总量（W W），），指在一定时段内，通过河流某一过水断面的指在一定时段内，通过河流某一过水断面的总水量，称为这个时段的径流总量。总水量，称为这个时段的径流总量。2.2. 径流深度（径流深度（Y Y），），是把流域一年内的径流总量，均匀地平铺在是把流域一年内的径流总量，均匀地平铺在

19、流域面积上的水层厚度，即径流总量除以流域面积流域面积上的水层厚度，即径流总量除以流域面积 3.3. 径流模数（径流模数（M M），），是单位时间，单位面积上产出的水量是单位时间，单位面积上产出的水量 4.4. 径流系数（径流系数（a a），）， 是一定时期内的径流深度与同期内降水量是一定时期内的径流深度与同期内降水量的比值。的比值。 第25页/共53页5. 5. 径流变率（径流变率（K K），），是某一时段的平均径流值与同时是某一时段的平均径流值与同时期的多年平均值之比，称为径流变率或模比系数，期的多年平均值之比，称为径流变率或模比系数，即即径流变率的大小，是反映区域统计时段内径流变化径流变率

20、的大小，是反映区域统计时段内径流变化幅度的指标。幅度的指标。径流年变率的大小用年径流的变差系径流年变率的大小用年径流的变差系数（数（CVCV）和绝对比率表示）和绝对比率表示。年径流的变差系数年径流的变差系数式中，为第式中，为第i i年的年径流变率；年的年径流变率；n n为观测资料数列的为观测资料数列的年数。年数。年径流变率年径流变率CVCV值大，则径流量的年际变化剧烈，易值大，则径流量的年际变化剧烈，易发生洪旱灾害，水工建筑费用大；相反，则年际变发生洪旱灾害，水工建筑费用大；相反，则年际变化小，水工建筑费用就小。化小，水工建筑费用就小。CVCV值的变化与自然地理值的变化与自然地理环境密切相关，

21、降水稀少的地区环境密切相关，降水稀少的地区CVCV值大于降水丰富值大于降水丰富的地区；雨水补给的河流，的地区；雨水补给的河流，CVCV值大于地下水补给的值大于地下水补给的河流；平原、盆地的河流；平原、盆地的CVCV值大于相邻高山和高原；流值大于相邻高山和高原；流域面积小的河流，其域面积小的河流，其CVCV值大于流域面积大的河流。值大于流域面积大的河流。2(1)1iVKCn第26页/共53页（二）湖泊 湖泊是常年积水且不与海洋相通的天然洼地。湖泊是常年积水且不与海洋相通的天然洼地。湖水是陆地水的重要组成部湖水是陆地水的重要组成部分，世界各大洲都有湖泊分布，及其最集中的地区有分，世界各大洲都有湖泊

22、分布，及其最集中的地区有西北欧和北美洲西北欧和北美洲。 湖泊按湖泊按成因成因分为构造湖、火口湖、堰塞湖、河成湖、风成湖、冰成湖、海分为构造湖、火口湖、堰塞湖、河成湖、风成湖、冰成湖、海成湖以及溶蚀湖等。按成湖以及溶蚀湖等。按湖水盐分湖水盐分，分为淡水湖和咸水湖。按，分为淡水湖和咸水湖。按湖水营养物湖水营养物分分为贫营养湖、中营养湖和富营养湖。为贫营养湖、中营养湖和富营养湖。 湖水表层湖水表层1m1m深可吸收深可吸收80%80%左右的太阳辐射热量，且大部分被靠近水面左右的太阳辐射热量，且大部分被靠近水面20cm20cm的水层吸收，只有的水层吸收，只有1%1%的能量能到达的能量能到达10m10m深

23、度。深度。热带湖泊上层水温高，下层热带湖泊上层水温高，下层水温低；寒带湖泊，上层水温低，下层水温高；温带湖泊水温随季节而不水温低；寒带湖泊，上层水温低，下层水温高；温带湖泊水温随季节而不同，冬季上冷下暖，夏季上暖下冷。同，冬季上冷下暖，夏季上暖下冷。 第27页/共53页（三）沼泽 是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水，土壤水分几达饱和，生长有喜是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水，土壤水分几达饱和，生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。湿性和喜水性沼生植物的地段。沼泽是介于陆地和水体间的自然体，是良沼泽是介于陆地和水体间的自然体，是良好的蓄水体。通常含水量占好的蓄水体。通常含水量占89%89%9

24、4%94%，泥炭占，泥炭占5%5%10%10%。 沼泽的形成和发展，一般是在沼泽的形成和发展，一般是在温湿和冷湿气候、平坦或低洼的地形条件温湿和冷湿气候、平坦或低洼的地形条件下下发育的。可分为水体沼泽化和陆地沼泽化。发育的。可分为水体沼泽化和陆地沼泽化。 第28页/共53页（四）冰川1. 1. 雪线和终年积雪雪线和终年积雪高纬和高山地区，气候寒冷，年平均气温在高纬和高山地区，气候寒冷，年平均气温在00以以下，大气以固态降水为主，积雪不能再当年全部融下，大气以固态降水为主，积雪不能再当年全部融化，经长期积累，形成终年积雪区。化，经长期积累，形成终年积雪区。终年积雪区的终年积雪区的下限称为雪线下限

25、称为雪线，即雪线就是某一海拔高度上年降雪，即雪线就是某一海拔高度上年降雪量与消融量的平衡线。一般气温越高，雪线也越高。量与消融量的平衡线。一般气温越高，雪线也越高。雪线的高度与降水量成反比，降水量越大，雪线越雪线的高度与降水量成反比，降水量越大，雪线越低。低。2. 2. 冰川的形成与运动冰川的形成与运动 成冰过程大致经历两个阶段：成冰过程大致经历两个阶段：一是由新雪变成一是由新雪变成紧密的粒雪；紧密的粒雪；二是在压力和热力作用下使粒雪变成二是在压力和热力作用下使粒雪变成冰川冰。冰川冰。冰川冰形成以后，在冰体压力和重力作用冰川冰形成以后，在冰体压力和重力作用下，开始运动，形成冰川。下，开始运动，

26、形成冰川。 第29页/共53页三. 地下水1隔水层；2透水层；3饱水部分；4潜水位；5承压水测压水位；6泉（上升泉）；7水井，实线表示井壁不进水；图5.12 5.12 上层滞水、潜水及承压水上层滞水承压水潜水一地下水的蓄水构造与类型第30页/共53页 其作图方法和地表地其作图方法和地表地形等高线图作法相似，形等高线图作法相似，而且是在地形等高线而且是在地形等高线图的基础上作出来的。图的基础上作出来的。由于潜水面是随时间由于潜水面是随时间变化的，在编图时必变化的，在编图时必须在同一时间或较短须在同一时间或较短时间内对测区内潜水时间内对测区内潜水水位进行观测，水位进行观测，把每把每个观测点的地面位

27、置个观测点的地面位置准确地绘制在地形图准确地绘制在地形图上，并标注该点测得上，并标注该点测得的潜水埋藏深度及算的潜水埋藏深度及算得的该点潜水水位标得的该点潜水水位标高，高，根据各测点的水根据各测点的水位标高画出潜水等水位标高画出潜水等水位线图。位线图。 图5.11 潜水等水位线图第31页/共53页 地下水是生态环境的组成部分之一，能影响环境的稳定性。过地下水是生态环境的组成部分之一，能影响环境的稳定性。过量开采，往往造成地下水位下降，地面沉陷，海水倒灌，水质量开采，往往造成地下水位下降，地面沉陷，海水倒灌，水质恶化和地表生态退化等。近恶化和地表生态退化等。近3030年来，我国地下水开采量以每年

28、年来，我国地下水开采量以每年2.52.5109 m3109 m3的速度递增，北方和东部沿海地区地下水超采越的速度递增，北方和东部沿海地区地下水超采越来越严重。初步统计，全国已形成大型地下水降落漏斗来越严重。初步统计，全国已形成大型地下水降落漏斗100100多个，多个，面积达面积达1.51.5105km2105km2，超采区面积，超采区面积6.26.2105km2105km2，严重超采城市，严重超采城市近近6060个，造成众多泉水断流，部分水源地枯竭。个，造成众多泉水断流，部分水源地枯竭。第32页/共53页(二)含水岩石的水理性质松散岩石存在着孔隙，坚硬岩石中有裂隙，易溶岩松散岩石存在着孔隙，坚

29、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，石有孔洞。水以不同形式存在于这些空隙中，岩石岩石与水作用时，表现出不同的与水作用时，表现出不同的“容水性容水性”、“持水持水性性”、“给水性给水性”、“透水性透水性”等，这就是岩石的等，这就是岩石的水理性质。水理性质。1.1.容水性容水性 指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能，以容水度来衡量。能，以容水度来衡量。容水度（容水度（WnWn）为岩土容纳水）为岩土容纳水的最大体积的最大体积VnVn与岩土总体积与岩土总体积V V之比，即之比，即Wn=Vn/VWn=Vn/V100%100%。 2.2.

30、持水性持水性 饱水岩土在重力作用下排水后，依靠分子力饱水岩土在重力作用下排水后，依靠分子力和毛管力仍然保持一定水分的能力。和毛管力仍然保持一定水分的能力。用持水度表示。用持水度表示。持水度持水度WrWr为饱水岩土经重力排水后所保持水的体积为饱水岩土经重力排水后所保持水的体积VrVr和岩土总体积和岩土总体积V V之比。即之比。即Wr=Vr/VWr=Vr/V100%100%，其值大，其值大小取决于岩土颗粒表面对水分子的吸附能力。在松小取决于岩土颗粒表面对水分子的吸附能力。在松散沉积物中，颗粒愈细，空隙直径愈小，则同体积散沉积物中，颗粒愈细，空隙直径愈小，则同体积内的比表面积愈大，内的比表面积愈大，

31、WrWr，愈大。，愈大。 第33页/共53页3. 3. 给水性给水性 指饱水岩土在重力作用下能自由排出水的性指饱水岩土在重力作用下能自由排出水的性能，用给水度（能，用给水度（）来表示。）来表示。给水度为饱水岩土在给水度为饱水岩土在重力作用下，能自由排出水的体积重力作用下，能自由排出水的体积VgVg和岩土总体积和岩土总体积V V之比，即之比，即=Vg/V=Vg/V100%100%。 由上述由上述3 3个定义可知：岩土持水度和给水度之个定义可知：岩土持水度和给水度之和等于容水度（或孔隙度），即和等于容水度（或孔隙度），即Wn=Wr+Wn=Wr+或或n=Wr+n=Wr+。式中。式中n n为孔隙度。为

32、孔隙度。 4. 4. 透水性透水性 指在一定条件下，岩土允许水通过的性能。指在一定条件下，岩土允许水通过的性能。一般用渗透系数一般用渗透系数K K值来表示。值来表示。其值大小首先与岩土其值大小首先与岩土空隙的直径大小和连通性有关，其次才和空隙的多空隙的直径大小和连通性有关，其次才和空隙的多少有关。少有关。如粘土的孔隙度很大，但孔隙直径很小，如粘土的孔隙度很大，但孔隙直径很小，水在这些微孔中运动时，不仅由于水与孔壁的摩阻水在这些微孔中运动时，不仅由于水与孔壁的摩阻力大而难以通过，而且还由于粘土颗粒表面吸附形力大而难以通过，而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水膜，这种水膜几乎占满了整个孔隙，成

33、一层结合水膜，这种水膜几乎占满了整个孔隙，使水更难通过。使水更难通过。 第34页/共53页第二节 水循环与水平衡图 5. 13 水循环模式第35页/共53页天然水循环的机理天然水循环的机理第一，第一，水循环服从于质量守恒规律。水循环服从于质量守恒规律。水循环从实质上讲水循环从实质上讲是物质与能量的传输、储存和转化过程，并且整个是物质与能量的传输、储存和转化过程，并且整个过程具有连续性。过程具有连续性。第二，第二，水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用。在常。在常温常压条件下，水的三相变化是水循环的前提条件；温常压条件下，水的三相变化是水循环的前提条件；地理环境

34、、海陆分布等外部环境制约着水循环的路地理环境、海陆分布等外部环境制约着水循环的路线、规模与强度。线、规模与强度。第三，第三，水循环广及整个水圈，水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及并深入大气圈、岩石圈及生物圈，同时通过无数条路线实现循环和相变。生物圈，同时通过无数条路线实现循环和相变。第四，第四，从全球看，水循环是个闭合系统从全球看，水循环是个闭合系统，但从局部地区，但从局部地区看水循环却是开放系统。看水循环却是开放系统。第五，地球上的水在循环过程中，总携带着一些物质一第五，地球上的水在循环过程中，总携带着一些物质一起运动，不过这些物质并不像水那样构成完整的循起运动，不过这些物质并不像水

35、那样构成完整的循环系统，因此环系统，因此通常讲的水文循环，仅指水分的循环通常讲的水文循环，仅指水分的循环，简称水循环。简称水循环。第36页/共53页 “人类社会的水循环人类社会的水循环”是指人类在经济、社会活动中是指人类在经济、社会活动中不断地取水、用水和排水而产生的人为水循环过程。不断地取水、用水和排水而产生的人为水循环过程。它是依附于自然水循环的一个组成部分，或者是一个它是依附于自然水循环的一个组成部分，或者是一个环节、分支（如同降水、蒸发、下渗等环节），而不环节、分支（如同降水、蒸发、下渗等环节），而不是一个独立的水循环过程。随着人类活动的逐渐增强，是一个独立的水循环过程。随着人类活动的

36、逐渐增强，人类行为渗入了天然系统的各个角落，自然界客观存人类行为渗入了天然系统的各个角落，自然界客观存在的水变成了水资源，天然一元水循环模式受到人类在的水变成了水资源，天然一元水循环模式受到人类的改变，在原有天然水循环中产生了人工水循环，两的改变，在原有天然水循环中产生了人工水循环，两者相互作用，相互影响，形成了彼此消长的动态的者相互作用，相互影响，形成了彼此消长的动态的“天然天然- -人工二元人工二元”水循环模式水循环模式 第37页/共53页图 5.14 天然人工二元水循环系统模式第38页/共53页二 水量平衡 在给定任意尺度的时空内，全球水量保持收支平衡。在给定任意尺度的时空内，全球水量保

37、持收支平衡。水量平衡的研究区域水量平衡的研究区域可以是整个地球，也可以是某个流域、湖泊、海洋或某个特定区域。可以是整个地球，也可以是某个流域、湖泊、海洋或某个特定区域。水量水量平衡的时段可以是日、月、年，也可以是数十年或更长的时间，一般都以平衡的时段可以是日、月、年，也可以是数十年或更长的时间，一般都以一年为单位，称为水文年。一年为单位，称为水文年。我国以我国以1 1月月1 1日日1212月月3131日为一水文年。日为一水文年。 水量平衡是质量守恒原理在水分循环过程中的具体表现，也是水分循环的水量平衡是质量守恒原理在水分循环过程中的具体表现，也是水分循环的内在规律。通常用水量平衡方程表述：内在

38、规律。通常用水量平衡方程表述：12+=+quPERRERR表地表地第39页/共53页 一个地区的水量平衡特点反映了该地区的气候和地理特点。就全球而论，在一个地区的水量平衡特点反映了该地区的气候和地理特点。就全球而论，在1010S S1010N N地带的水平衡中，降水大于蒸发，表现出热带雨林气候特点；在地带的水平衡中，降水大于蒸发，表现出热带雨林气候特点；在1010N N3535N N和和1010S S4040S S地带的水量平衡中，蒸发大于降水，表现出炎热干旱的气候特征。地带的水量平衡中，蒸发大于降水，表现出炎热干旱的气候特征。 就地区而言，在干旱、半干旱地区的黄河流域水量平衡中，蒸发量占降水

39、量的80%，径流量只占降水量的20%；在温暖湿润的长江流域水量平衡中，蒸发量占降水量的48%，径流量占降水量的52%；在处于印度洋西南气流迎风坡的潮湿多雨的雅鲁藏布江流域水量平衡中，蒸发量只占降水量的32%，而径流量占降水量的68%。 第40页/共53页第三节 水环境与水生态水环境水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境。它不仅包括河流、海洋、湖泊、水库以及环境。它不仅包括河流、海洋、湖泊、水库以及浅层地下水等贮水体，还包括水中的悬浮物（如浅层地下水等贮水体，还包括水中的悬浮物（如泥沙）、溶质、水生生物和底泥，以及对水体产泥沙）、溶质、水生

40、生物和底泥，以及对水体产生影响的物理和化学作用。生影响的物理和化学作用。人类面临的水环境问题水的时空分布不均导致的水的时空分布不均导致的“水多水多”、“水水少少”问题问题 水环境的污染和破坏造成的水水环境的污染和破坏造成的水“水脏水脏”、“水浑水浑”问题问题第41页/共53页 水环境容量 对水环境容量的核算，包括自净容量和稀释容量两部分。自净容量自净容量是由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。稀释容量稀释容量是在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。第42页/共53页水生态水生态是指水的存在状态及与

41、水有关的动植物的生存状态。水生水生态是指水的存在状态及与水有关的动植物的生存状态。水生态系统是指水生态中相互作用、相互制约的各个部分组成的态系统是指水生态中相互作用、相互制约的各个部分组成的有机整体。有机整体。影响水生态系统的因素多种多样，但最根本、最直接的是水生态但最根本、最直接的是水生态系统中的水质与水量系统中的水质与水量。无论水生态系统发生什么样的变化，都可以从水质和水量方面找到原因，也就是说水生态系统中水质与水量的相互作用，才是水生态系统变化的内因，水生态系统的状态就是水量与水质的综合反映。 第43页/共53页水生态系统生态服务功能 服务功能服务功能类型类型调蓄调蓄洪洪水水河流输河流输沙沙净化环净化环境境碳固定碳固定生物多样性生物多样性维持维持河河 流流湖湖 泊泊沼沼 泽泽地下水地下水注：注：“”表示具备该类生态功能；表示具备该类生态功能；“”表示不具备该类生表示不具备该类生态功能。态功能。第44