水的性质与分布课件

水文部分探讨地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系

第一章

地球上水的性质与分布地球上的水是指地球上水圈内所有形式的水，如海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、冰川水、地下水、土壤水、生物水、大汽水等。在地理环境要素中，水是最活跃的因子，在其循环运动过程中，与大气圈、岩石圈、生物圈之间，处于相互联系、相互作用之中。使其水量与水质不断地发生变化。水又是宝贵的自然资源，是保证人类生活和发展工农业生产的重要物质条件之一。第一节

地球上水的物理性质一、水的形态及其转化（一）水分子存在形式由于水分子具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O，而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水分子（H2O）双水分子（H2O）2三水分子（H2O）3（二）水的三态及其转化

随着水温的变化，三态水分子的聚合体也在不断的变化。1）随着水温的升高，水分子聚合体不断地减少，而单水分子不断地增多。2）随着温度的降低，水分子聚合体不断增多，单水分子不断减少。3）水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，所以此时水的密度最大，比重为1。

不同水温水分子聚合体的分布（%）分子式冰水0℃0℃4℃38℃98℃H2O019202936（H2O）24158595051（H2O）35923212113二、水的热学性质水变成水汽或冰融成水都要吸收热量。相反，水汽凝结和水结成冰都要放出热量，而且吸收或放出的热量是相等的。这种吸收或放出的热量称为水的潜热。水在0℃直接蒸发，其潜热为2500J/g；在100℃时，汽化潜热为2257J/g；冰在0℃时，融解潜热为1401J/g；冰直接升华，潜热为1401+2500=3901J/g。水的热容量与潜热特性，对整个地球上的热量变化具有重要的调节作用，使冬季不致过冷，夏季不致过热。

三、水温（一）海水温度1.海水热量的收支海水的热量收支收入支出1、太阳和天空的短波辐射1、海面辐射2、大气长波辐射2、海水蒸发3、地壳内热3、洋流输送4、凝结释热4、海水垂直交换5、洋流热量输送6、海水垂直交换7、化学、生物、放射性物质放出的热量

8、海水运动产生的热量

2.海水温度的分布1）海水温度的水平分布三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中太平洋最高，达19.1℃；印度洋17.0℃；大西洋16.9℃。三大洋表面年平均水温的分布特点是：水温从低纬向高纬递减,在南北回归线之间热带海区水温最高；大洋东西两侧，水温分布有明显差异；在寒暖流交汇处等温线特别密集，水温水平梯度很大；夏季大洋表面水温普遍高于冬季，而水温的水平梯度则冬季大于夏季。北半球高于南半球：在南北纬0°—30°之间以印度洋水温最高。在南北纬50°—60°之间大西洋水温相差悬殊。2）水温的垂直分布——从海面向海底呈不均匀递减。在南北纬40°之间，海水垂直结构可分两层：表层暖水对流层：（一般深度达600—1000米）表层暖水对流层的最上一层（约0—100米）受气候影响明显，紊动混合强烈，对流旺盛，水温垂直分布均匀，垂直梯度极小，故称为表层扰动层。在此层下部与冷水之间形成一个温跃层，水温垂直梯度递减率达最大值。深层冷水平流层。海水温度年较差海区海水年较差（℃）北半球南半球赤道和热带不超过1-21-2，热带东部3-5热带西部7-124-6东部4.5-6温带西部14-174-5东部5-8寒带（亚极地）海洋4-52-2.53.海水温度的时间变化1）水温的日变：水温的日变很小，日较差不超过0.4℃，随纬度的增加而减小2）水温的年变：从赤道和热带海区向中纬增大，然后向高纬减小，大洋西侧较东侧变幅大，北半球较南半球大。4.海冰

含有盐分的海水，其冰点和最大密度温度都随盐度的增加而降低；

当海水的盐度大于24.695×10-3时，冰点温度高于最大密度温度；而盐度小于24.695×10-3时，冰点温度低于最大密度温度；只有盐度在24.695×10-3时，海水的冰点温度与最大密度温度相同。（二）河水温度影响因素：太阳辐射、气温、补给源等。河流水温在空间分布上大体与气温一致。略高于当地的年平均气温，但差值不大，但在封冻期长、冬季气温低的地区，差值增大；河流水温年变化主要受季节影响，春季河水热量收入比支出大，因而河水温度升高，最高水温多出现在盛夏；秋冬河水热量收入比支出小，温度降低，最低水温多出现在冬季气温最低的时候。一般在清晨，表面水温低，愈向河底水温愈高，成逆温现象。在14时左右，表面水温高，愈向河底水温愈低，成正温现象，河水温度的日变幅较小。（三）湖泊、水库水温1.水温的分布正温层：上层水温高，下层水温低，但不低于4℃，逆温层：出现上层水温低，下层水温高，但不高于4℃。2.湖水温度的变化日变化：表层最明显，随温度的增加日变幅逐渐减小，最高水温一般出现在每天的14—18时，最低水温出现在5—8时，水温日变幅在阴天和晴天之间的差别也较大。年变化：与当地气温年变相似，但最高、最低水温出现的时间要迟半个月到一个月左右。水温月平均最高值多出现在7、8月，月平均最低值多出现在1、2月。

湖温年较差比气温年较差小，大湖较小湖小。我国湖面水温年变幅最大是太湖，最大值可达38℃。高山、高原区湖泊水温年变幅最小。（四）地下水的水温在日常温层以上，水温有明显的昼夜变化；在年常温层以上，水温具有季节性变化。在年常温层中，地下水温度变化很少，一般不超过0.1℃。而在年常温层以下，地下水温则随深度的增加而逐渐升高，其变化规律决定于一个地区的地热增温级。地热增温级是指在常温层以下，温度每升高1℃所需增加的深度，单位为m/℃。各处地热增温级不同，一般为33m/℃。在不同地区，地下水温度差异很大。如在新火山地区，地下水温可达100℃以上；而在寒带、极地及高山、高原地区，地下水的温度很低，有的可低至-5℃。地下水的温度差异可分为如下几类（表1-4）。地下水温度分类（℃）类别非常冷水极冷水冷水温水热水极热水沸腾水温度<00-44-2020-3737-4242-100>100

地下水在一定地质条件下，因受地球内部热能的影响而形成地下热水。它通过一定的通道，例如，沿断裂破碎带、钻孔等上涌，致使地热增温级大大提高，这种地区叫地热异常区。具有良好的地质构造及水文地质条件的地热异常区，有可能形成大量地下热水或天然蒸汽的地热田。地下热水温度分类相热水类型热水名称温度界限（℃）主要用途液相热水低温热水20-40灌溉、浴疗、洗涤中温热水40-60生活、取暖、锅炉用水、调节灌溉水源高温热水60-100取暖、工业热供水、锅炉用水、发电液气相过热水低温过热水>100发电、动力高温过热水>374发电、动力四、水的密度（一）纯水的密度纯水密度与温度的关系水温（℃）-20-10（冰）0（水）03.9810（水）100密度（g/cm3)0.94030.91860.91670.99991.0000.99970.9584（二）海水密度

海水密度是指单位体积内所含海水的质量，其单位为g/cm3。

习惯上使用的密度是指海水的比重，即指在一个大气压力条件下，海水的密度与水温3.98℃时蒸馏水密度之比。因此在数值上密度和比重是相等的。海水的密度状况，是决定海流运动的最重要因子之一。海水的密度与温度、盐度和压力的关系比较复杂，凡是影响海水温度和盐度变化的地理因素，都影响密度变化。密度分布规律：大洋表面密度随纬度的增高而增大，等密度线大致与纬线平行。赤道地区由于温度很高，盐度较低，因而表面海水的密度很小。亚热带海区盐度虽然很高，但那里的温度也很高，所以密度仍然不大,极地海区由于温度很低，所以密度最大。在垂直方向上，海水的结构总是稳定的，密度向下递增。

五、水色与透明度（一）水色影响因素：水体的光学性质、水中悬浮物质及浮游生物的颜色、天空状况、水体底质的颜色。如海水水色多呈蔚蓝色、绿色；水色常用水色计测定（二）透明度透明度是表示各种水体能见程度的一个量度。影响因素：水体的清浊程度、水面波动、天气状况、太阳光照等。透明度的测定：通常是把透明度板（白色圆盘直径为30厘米）放到水中，从水面上方垂直用肉眼向下注视圆盘，测出直到看不见圆盘时为止的深度，单位以米表示。

水色和透明度，都反映了水体的光学特性。水面上光线越强，透入越深，透明度就越大；反之则小。水色越高透明度越大，水色越低透明度越小。大洋水色与透明度对照水色号1-22-55-99-1011-13水色蓝青蓝青绿绿黄透明度（m）26.723.216.215.55.0世界上透明度最大的海洋——马尾藻海马尾藻海（SargassoSea），是大西洋北部的一个海，因海面漂浮大量马尾藻而得名。马尾藻海是世界上唯一一个没有海岸线的海，严格来说，它只是被几条主要洋流围出的一个特定的区域。墨西哥湾暖流在其西，北大西洋暖流在其北，加那利寒流在其东，北赤道暖流在其南，约长3200公里，宽1100公里。地理位置约在西经40度至70度，北纬25度至35度。百慕大群岛位于该海的西部。

第二节地球上水的化学性质一、天然水的化学成分目前各种水体里已发现80多种元素。天然水中各种物质按性质通常分为三大类：悬浮物质：胶体物质：溶解物质：

矿化度是天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量二、天然水的矿化过程(各种溶解质在天然水中的累积和转化)溶滤作用:

土壤和岩石中某些成分进入水中的过程称溶滤作用。吸附性阳离子交替作用:

天然水中离子从溶液中转移到胶体上,同时胶体上原来吸附的离子转移到溶液中的阳离子交换过程。氧化作用:

天然水中的氧化作用，包括使围岩的矿物氧化和使水中有机物氧化。还原作用:

在还原环境里，天然水若与含有机物的围岩（油泥、石油等）接触，或受到过量的有机物污染，碳氢化合物可以使水中的硫酸盐还原。蒸发浓缩作用:

蒸发浓缩作用主要出现在干旱地区。混合作用:

雨水渗入补给地下水，地下水补给河水，河水注入湖泊或大海，河口段的潮水上溯，滨海含水层的海水入侵等，都是天然水的混合，混合后矿化度和化学组成发生变化。

三、天然水的分类

按矿化度分类:天然水按矿化度分类（g/l）类型低矿化

（淡水）弱矿化

（微咸水）中度矿化

（咸水）强矿化

（盐水）高矿化

（卤水）矿化度<11-2424-3535-50>50按水的硬度分类:

水的硬度是指水中钙、镁离子的含量。含量越高，硬度越大。硬度单位通常采用“德国度”，“德国度”一度相当于一升水中含氧化钙10毫克或氧化镁7.2毫克。水的硬度表

钙、镁离子毫克当量数极软水<1.5软水1.5-3.0弱硬水3.0-6.0硬水6.0-9.0极硬水>9.0

四、水体的化学性质（一）大气水的化学组成及特性大气降水含有多种离子及微生物和灰尘。1、降水中的物质来源：海面上汽包崩解和浪花卷起的泡沫飞溅弥散在空中，水滴蒸发成极细的干盐粒。风从地面吹起的扬尘；火山爆发喷入大气的易溶物质及尘埃；人类活动向大气排放的废气和烟尘。2、大气水的化学成分和性质有以下特点：溶解气体的含量近于饱和降水普遍显酸性（二）海水的化学组成及特点1.海水的化学组成大量元素：氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟等12种，其含量约占全部海水化学元素含量的99.8—99.9%。微量元素：其它元素在海洋中含量极少，都在1毫克/升以下。海水化学元素最大特点之一是上述12种主要离子浓度之间的比例几乎不变，因此称为海水组成的恒定性。

2.海水的盐度海水盐度是指单位质量海水中所含溶解物质的质量。

海水中盐类的来源对海水中盐类的来源说法不一。一种说法是，海水中的盐类是由河流带来的。另一种说法是，由于海底火山活动使海洋中的氯化物和硫酸盐增多。（三）河水化学成分的特点河水的矿化度普遍低,一般小于1克/升，平均只有0.15—0.35克/升。河水中各种离子的含量差异很大。河水化学组成的空间分布有差异性。河水化学组成的时间变化明显。（四）湖水化学成分的特点1.湖水的矿化度有差异。按照矿化度，通常将湖泊分为淡水湖、微咸水湖、、咸水湖、盐湖几种类型。2.湖中生物作用强烈。营养元素（N、P）在湖水、生物体、底质中循环，各地的淡水湖泊都有不同程度的富营养化的趋势。3.湖水交替缓慢，深水湖有分层性，随着水深的增加，溶解氧的含量降低，CO2的含量增加。（五）地下水的化学特征1.土壤和岩石圈各种元素及化合物都可能存在于地下水中。2.矿化度变化范围大。3.地下水的化学成分的时间变化极为缓慢，常需以地质年代衡量。4.地下水与大气接触有很大的局限性，仅限于距地表最近的含水层，此层可溶入氧气成为地下水氧化作用带。CO2的含量比较多。第三节地球上水的分布与水资源

水是地球上分布最广泛的物质之一。它以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为大气水、海水、陆地水，以及存在于所有动、植物有机体内的生物水，组成了一个统一的相互联系的水圈。水的类型分布面积（104km2）水量（104km3）水深(m）世界水储量中的（%）占总储量占淡水储量海洋水36130133800370096.5

地下水1348023401741.7

其中地下淡水134801053780.7630.1土壤水82001.650.20.0010.05冰川和永久雪盖1622.752406.4114631.7468.7永冻土底冰2.130.0140.2220.86淡水湖泊123.649.173.60.0070.26咸水湖泊82.238.54103.80.006

沼泽水268.261.1474.280.00080.03河床水14.880.2120.0140.00020.006生物水510000.1120.0020.00010.003大气水510001.1290.0250.0010.04总量51000138598.4612718100

淡水储量1480035029.21235(?)2.53100一、地球上水的分布二、水资源涵义与特性（一）水资源的涵义广义水资源:世界上一切水体。狭义水资源：指在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体，主要指河流、湖泊、地下水和土壤水等淡水，个别地方还包括微咸水。（二）水资源的特性水资源的循环再生性与其有限性：时空分布的不均匀性。利用的广泛性和不可代替性。利与害的两重性三、世界水资源包括南极冰川在内，世界各大洲陆地年径流总量为4.68万，1971年全世界人口为36.4亿，人均年径流量为12900立方米；1982年世界人口增到45亿，则人均占有径流量减为10400立方米；1990年世界人均水资源占有径流量下降为7800立方米，我国人均为2338立方米。大陆

径流量占总径流量的（%）(mm)(km3)欧洲30632107亚洲3321441031非洲151457010北美洲339820017南美洲6611176025澳洲4533481大洋洲161020404南极洲15623105总陆面31446800100表1-21主要国家人均径流水量（1985）国家巴西加拿大美国印度尼西亚中国印度平均年径流量（亿m3）519123122029702281132711517800人口（万人）119092409229801475010310069389人均水量（m3/人）43700129600129201900026322450目前世界上60％的地区面临淡水不足的困境，40多个国家的水资源严重匮缺。根据联合国的统计数据，每天大约有11亿人口得不到干净的水，每天大约有6000名儿童死于不卫生的水和不合格的卫生条件所引起的疾病。随着水污染造成的危害