《水文地质学》全册配套完整教学课件.pptx

1、水文地质学全册配套水文地质学全册配套完整教学课件完整教学课件为什么要学习为什么要学习水文地质学水文地质学？ 地质调查地质调查( (Geological survey) )泛指一切以地质现象泛指一切以地质现象( (地形地形地貌、地层岩性、地质构造、地质矿产、水文地质等地貌、地层岩性、地质构造、地质矿产、水文地质等) )为对象为对象，以地质学及其相关科学为指导，以观察研究为基础的调查，以地质学及其相关科学为指导，以观察研究为基础的调查工作。工作。 根据调查对象的不同，可分为根据调查对象的不同，可分为区域地质调查区域地质调查、水文地质水文地质调查调查、环境地质调查环境地质调查等等。地质调查一般以不同

2、比例尺等等。地质调查一般以不同比例尺的填图为主要手段。国家对不同比例尺的填图精度有明确的的填图为主要手段。国家对不同比例尺的填图精度有明确的要求，因此不同比例尺的填图精度代表了该项地质调查的详要求，因此不同比例尺的填图精度代表了该项地质调查的详细程度。细程度。 地质调查的基本任务是采用各种现代化手段和综合性方地质调查的基本任务是采用各种现代化手段和综合性方法查明陆地和海域各种重要的区域地质现象，研究这些现象法查明陆地和海域各种重要的区域地质现象，研究这些现象的发生、发展及其规律，并在此基础上编制一系列基础地质的发生、发展及其规律，并在此基础上编制一系列基础地质图件、资料，为国民经济建设和社会发

3、展提供服务。图件、资料，为国民经济建设和社会发展提供服务。 地质调查工作成果，是制定国家和地区地质工作计地质调查工作成果，是制定国家和地区地质工作计划，满足如矿产预测、矿产普查、划，满足如矿产预测、矿产普查、水文地质、工程地质水文地质、工程地质、环境地质、环境地质、地质勘查等社会需求，以及为国土开发、地质勘查等社会需求，以及为国土开发、整治、规划和综合开发利用海洋资源等提供重要依据。整治、规划和综合开发利用海洋资源等提供重要依据。 地质调查范畴包括：采用不同方法、包含不同内地质调查范畴包括：采用不同方法、包含不同内容的各种比例尺的地质填图工作；区域地球物理调查容的各种比例尺的地质填图工作；区域

4、地球物理调查工作；区域地球化学调查工作；遥感地质工作；工作；区域地球化学调查工作；遥感地质工作；战略性矿产勘查；战略性矿产勘查；区域水文、工程、环境地质调查工区域水文、工程、环境地质调查工作作；海洋地质调查工作等。；海洋地质调查工作等。课程简介课程简介(48(48学时学时) )： 本课程主要学习：本课程主要学习： 绪论绪论， 地下水的形成，地下水的形成， 地下水的赋存，地下水的赋存， 地下水的循环，地下水的循环， 地下水的物理性质和化学组分及其演变规律，地下水的物理性质和化学组分及其演变规律， 地下水的动态与均衡，地下水的动态与均衡， 不同介质中的地下水，不同介质中的地下水， 水文地质勘查与评

5、价。水文地质勘查与评价。教学目的与任务：教学目的与任务： 本课程是地质学本课程是地质学( (地质调查地质调查) )专业的专业选修专业的专业选修课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水文地质学的基本概念、基本原理。通过该课程的文地质学的基本概念、基本原理。通过该课程的学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决水文、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决水文地质问题的分析方法与思路。地质问题的分析方法与思路。 使用教材：使用教材： 张人权、梁张人权、梁 杏，等编著杏，等编著.

6、.水文地质学基础水文地质学基础( (第六版第六版) )，北京：地，北京：地质出版社，质出版社，2011.2011. 梁梁 杏，郭会荣，编杏，郭会荣，编. .水文地质学基础实验实习教程水文地质学基础实验实习教程，北京：地，北京：地质出版社，质出版社，2009.2009. 参考书目：参考书目： 任天培，主编任天培，主编. . 水文地质学，北京：地质出版社，水文地质学，北京：地质出版社，19861986年年. . Jacob Bear. Dynamics of Fluids in Porous Media. Published in 1972 by American Elsevier Publish

7、ing Company, Inc.学习方式：学习方式： 讲课讲课3434学时学时 实习实习0606学时学时 实验实验0808学时学时考查方式：考查方式： 闭卷考试闭卷考试成绩评定：成绩评定： 平时成绩占总评成绩的平时成绩占总评成绩的20-30%20-30%！第一讲第一讲 绪绪 论论第一章第一章 绪绪 论论第一章绪第一章绪 论论0.10.1 水文地质学的任务及其与其它学科的关系水文地质学的任务及其与其它学科的关系0.2 0.2 水文地质学在国民经济建设中的作用水文地质学在国民经济建设中的作用0.30.3 水文地质学发展概况水文地质学发展概况0.4 0.4 本章小结本章小结1.1.11.1.1 研

8、究任务研究任务水文地质学水文地质学是研究是研究地下水地下水的科学。的科学。 它的任务是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活它的任务是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空分布特征和迁移转化规律，动相互作用下地下水水量和水质的时空分布特征和迁移转化规律，并研究如何运用这些特征和规律去兴利除害，为人类服务。并研究如何运用这些特征和规律去兴利除害，为人类服务。1.1 1.1 水文地质学的任务及其与其它学科的关系水文地质学的任务及其与其它学科的关系1.1.2 1.1.2 与其它学科的关系与其它学科的关系()()是地质学的一门分支学科；是地质学的一门分支学

9、科；()()必需具备气象学、水文学、水力学的基础知识；必需具备气象学、水文学、水力学的基础知识；()()地球化学是水文地质学的基础学科；地球化学是水文地质学的基础学科；()()需要物理学、数学、信息科学等相关知识。需要物理学、数学、信息科学等相关知识。第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 水文地质学的任务及其与其它学科的关系水文地质学的任务及其与其它学科的关系1.21.2 水文地质学在国民经济建设中的作用水文地质学在国民经济建设中的作用1.31.3 水文地质学发展概况水文地质学发展概况1.4 1.4 本章小结本章小结1.2.11.2.1 宝贵的资源宝贵的资源 理想的供水水源理想的供水水源 重要

10、的矿水资源重要的矿水资源1.2.21.2.2 敏感的环境因子敏感的环境因子地下水的变化往往会打破原有地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化。的环境平衡状态，使环境发生变化。 人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果( (图图14-114-1) )：1.2 1.2 水文地质学在国民经济建设中的作用水文地质学在国民经济建设中的作用 水文地质学在国民经济发展中的作用是与地下水及其赋存介质水文地质学在国民经济发展中的作用是与地下水及其赋存介质的功能有关。的功能有关。 地下水的主要功能有：地下水的主要功能有：宝贵的资源

11、宝贵的资源、敏感的环境因子敏感的环境因子、活跃的活跃的地质营力地质营力、重要的信息载体重要的信息载体。 过量开发与排除地下水过量开发与排除地下水地下水位下降地下水位下降地表径流衰减地表径流衰减、沼泽湿地消失沼泽湿地消失、土地沙化土地沙化、海海( (咸咸) )水入侵水入侵等；等； 过量补充地下水过量补充地下水地下水位升高地下水位升高土地的土地的次生盐渍化次生盐渍化、次次生沼泽化生沼泽化； 地下水位下降导致的粘土地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子压密释水释放有害离子、化肥农、化肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放药的不适当使用、废弃物的无序排放地下水恶化、污染地下水恶化、污染； 地下水位的

12、变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应衡，而产生某种效应地面沉降与地裂缝地面沉降与地裂缝、岩溶塌陷岩溶塌陷、地下地下洞室垮塌或突水洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形渗透变形。 这些地质灾害与地质环境问题严重地危及了人这些地质灾害与地质环境问题严重地危及了人民的生命财产安全，大大降低了我们的生活质量，民的生命财产安全，大大降低了我们的生活质量，极大地增加了社会经济发展的成本。极大地增加了社会经济发展的成本。可见，地下水可见，地下水与其周围的环境，是相互依存的、有着内在联系的与其周围的环境

13、，是相互依存的、有着内在联系的统一体，打破一个环节就会引起或正或负的反馈统一体，打破一个环节就会引起或正或负的反馈( (报复报复) )。因此，与地下水有关的地质灾害与地质环因此，与地下水有关的地质灾害与地质环境问题都需要水文地质学知识来解决！境问题都需要水文地质学知识来解决！1.2.31.2.3 活跃的地质营力活跃的地质营力 水是一种最常见的溶剂与载体。因而，分布于地表以下各层水是一种最常见的溶剂与载体。因而，分布于地表以下各层圈中的地下水在其活动过程中广泛地与周围物质进行各种物理和圈中的地下水在其活动过程中广泛地与周围物质进行各种物理和化学作用，从而不断地改造着周围的地质环境，同时也改造着地

14、化学作用，从而不断地改造着周围的地质环境，同时也改造着地下水本身，这种水与环境介质相互作用的过程及结果即是地下水下水本身，这种水与环境介质相互作用的过程及结果即是地下水的地质作用。的地质作用。 地下水的主要作用是地下水的主要作用是传递应力传递应力、传输热量传输热量和和化学组分化学组分、潜蚀、潜蚀( (化学溶蚀和机械侵蚀化学溶蚀和机械侵蚀) )等。等。1.2.41.2.4 重要的信息载体重要的信息载体 由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的位，水量，水温，水化学等的变化或异常

15、可以提供埋藏在地下的许多信息，如许多信息，如找矿找矿、地震预报地震预报、地质演变地质演变。第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 水文地质学的任务及其与其它科学的关系水文地质学的任务及其与其它科学的关系1.21.2 水文地质学在国民经济建设中的作用水文地质学在国民经济建设中的作用1.3 1.3 水文地质学发展概况水文地质学发展概况( (自学自学) )1.4 1.4 本章小结本章小结1.4.1 1.4.1 学习要求学习要求 掌握水文地质学的研究任务；掌握水文地质学的研究任务； 理解水文地质学在国民经济发展中的作用；理解水文地质学在国民经济发展中的作用； 了解水文地质学发展概况。了解水文地质学发展概

16、况。1.4.2 1.4.2 思考题思考题 (1)(1)水文地质学的研究任务是什么水文地质学的研究任务是什么? ? (2)(2)地下水的主要功能包括哪些地下水的主要功能包括哪些? ? (3)(3)哪些地质环境问题或地质灾害是由地下水引起的？哪些地质环境问题或地质灾害是由地下水引起的？1.4 1.4 本章小结本章小结水水 文文 地地 质质 学学授授 课课 人：马传明人：马传明( () )专专 业：地质学业：地质学( (地质调查地质调查) )班班 级：级：012101-2012101-2时时 间：间：20122012年年1010月月20122012年年1111月月上课地点：上课地点：9-109-10

17、、12-1712-17周：星期二，周：星期二，7-87-8节，教一楼节，教一楼303303 星期三，星期三，5-65-6节，教一楼节，教一楼507507 9-16 9-16周：星期五，周：星期五，3-43-4节，教一楼节，教一楼408408实验地点：水工楼实验地点：水工楼-105-105http:/ 地下水的形成地下水的形成第二章第二章 地球中水的分布与循环地球中水的分布与循环第二章第二章 地球中水的分布与循环地球中水的分布与循环2.1 2.1 地球上的水地球上的水2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.4 2

18、.4 我国的水文循环概况我国的水文循环概况2.5 2.5 本章小结本章小结2.1 2.1 地球中的水地球中的水图图1-1-附附1 1 地球的结构示意图地球的结构示意图层次层次厚度厚度(km)(km)大气大气0 02000-30002000-3000地壳地壳0 03333地幔地幔上地幔上地幔33336060过渡层过渡层606040040040040041041041041010001000下地幔下地幔1000100029002900地核地核外地核外地核2900290049804980过渡层过渡层4980498051205120内地核内地核5120512063706370大气圈大气圈莫霍面莫霍面谷

19、登堡面谷登堡面2.1.1 2.1.1 地球的结构地球的结构 整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构( (图图1-1-附附1)1)。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。 大气圈大气圈岩石圈岩石圈软流圈软流圈地幔圈地幔圈外核液体圈外核液体圈内核固体圈内核固体圈水水 圈圈生物圈生物圈地球外圈地球外圈地球内圈地球内圈 地球结构的特点：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。球内部与表面之上的

20、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在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的叠的( (大气圈、水圈和生物圈这三个圈层之间没有明显大气圈、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，相互影响的界线，它们彼此渗透，相互影响) )，其中生物圈表现，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。最为显著，其次是水圈。2.1.2 2.1.2 地球上水的来源地球上水的来源 地球上的水源来自太空和地球内部：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：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；一是来自落在地球上的陨石； *

21、*二二是来自太阳的质子形成的水分子；是来自太阳的质子形成的水分子； * *三是来自太空三是来自太空频繁光顾地球频繁光顾地球携带有水的彗星和小行星。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。从地球内部不断逸出而起源的。2.1.3 2.1.3 地球上水的分布地球上水的分布 地球是个富水行星，赋存于各个层圈。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，地球上的水可分为上的水可分为浅部层圈水浅部层圈水、深部层圈水深部层圈水两大类

22、。两大类。2.1 2.1 地球上的水地球上的水2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.4 2.4 我国的水文循环概况我国的水文循环概况2.5 2.5 本章小结本章小结第二章第二章 地球中水的分布与循环地球中水的分布与循环2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环 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，即互转化的整

23、体，即水圈水圈或或水系统水系统。 在这个整体内的水相互联系、相互转化的过程即是自然界的水在这个整体内的水相互联系、相互转化的过程即是自然界的水循环循环( (图图1-11-1) )。 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，分为层圈的范围，分为水文循环水文循环、地质循环地质循环两类两类: :2.2.12.2.1 水文循环水文循环 水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的循环。之间的循环。2.2.22.2.2 地质循环地质循环 水的地质循环即地球

24、浅部与深部层圈之间水的相互转化过程。水的地质循环即地球浅部与深部层圈之间水的相互转化过程。2.2.3 2.2.3 小结小结 水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环： 水文循环通常发生于地球浅层圈中，是水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H H2 2O O分子态水分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、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。联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。

25、 水的地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间，常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。乃至地球演化过程中的作用，具有重要意义。2.1 2.1 地球上的水地球上的水2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.4 2.4 我国的水文循环概况我国的水文循环概况2.5 2.5 本章小结本章小

26、结第二章第二章 地球中水的分布与循环地球中水的分布与循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.3.1 2.3.1 气象因素气象因素 自然界中水文循环的重要环节自然界中水文循环的重要环节蒸发、降水都与大气的物理蒸发、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。影响。2.3.1.1 2.3.1.1 大气圈中水汽的分布大气圈中水汽的分布 大气的主要成分：氮大气的主要成分：氮(78%)(78%)、氧、氧(21%)(21%)。 水汽在大气圈中的分布：水汽在大气圈中的分

27、布： 横向上随纬度变化：横向上随纬度变化：赤道带附近大气中水蒸汽的含量为赤道带附近大气中水蒸汽的含量为2.6%2.6%；北纬北纬7070处大气中水蒸汽的含量处大气中水蒸汽的含量0.2%0.2%；9090纬度带大气中水纬度带大气中水蒸汽的含量为蒸汽的含量为0.9%0.9%。 垂向上大气圈下部到上部，水汽含量逐渐变小：垂向上大气圈下部到上部，水汽含量逐渐变小：大气圈最下大气圈最下部部3.5km3.5km范围内集中了其全部水量的范围内集中了其全部水量的70%70%；大气圈下部大气圈下部5.0km5.0km范围范围内含其全部水量的内含其全部水量的90%90%。2.3.1.2 2.3.1.2 大气圈的结

28、构大气圈的结构 根据大气的热力学根据大气的热力学性质，自地表而上可将性质，自地表而上可将大气圈分为大气圈分为5 5层：对流层层：对流层、平流层、中层、热层、平流层、中层、热层和外层。和外层。大气分层大气分层高度高度(km)(km)气温的垂直变化气温的垂直变化其他特点其他特点与人类关系与人类关系外外 层层500500空气稀薄引力小空气稀薄引力小 热热 层层85-50085-500随高度增加而递增随高度增加而递增高度电离高度电离无线电通讯无线电通讯中间层中间层50-8550-85随高度增加而递减随高度增加而递减垂直对流运动强烈垂直对流运动强烈 平流层平流层8(18)-50(55)8(18)-50(

29、55)随高度增加而递增随高度增加而递增水平运动、天气晴朗水平运动、天气晴朗有利于高空飞行有利于高空飞行对流层对流层地面地面-8(18) -8(18) 随高度增加而递减随高度增加而递减对流运动，天气复杂多变对流运动，天气复杂多变云、雨、雾云、雨、雾大气层的结构及特点大气层的结构及特点 对流层对流层最接近地表，水汽也主要分布在对流层的下部。因此最接近地表，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，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。最重要的因素。2.3.1.3 2.3.1.3 大气的热源大气的热源 太阳的热辐射是地表

30、和大气的最主要热源：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，仅大气直接吸收的太阳辐射能，仅15%15%； 地表是大气的二次热源：地表是大气的二次热源：43%43%的太阳辐射能达到地球表面，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；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，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。直接引起大

31、气物理状态的变化。2.3.1.4 2.3.1.4 主要气象要素主要气象要素 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。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。 主要气象要素有主要气象要素有气温气温、气压气压、湿度湿度、蒸发蒸发、降水降水、风、辐射、风、辐射、日照以及各种天气现象等。、日照以及各种天气现象等。2.3.1.5 2.3.1.5 小结小结 气象要素的变化决定了大气物理状态。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。所决定的大气物理状态称为天气。 某一区域

32、天气的平均状态某一区域天气的平均状态( (气象要素的多年平均值气象要素的多年平均值) )，称之为该地区的气候。，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。布都具有重要影响。2.3.2 2.3.2 径流径流 径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素，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。的水流。 径流可分为

33、地表径流和地下径流，两者具有密切的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。联系，并经常相互转化。 地表径流有按系统分布的特点。地表径流有按系统分布的特点。 描述地表径流系统的术语：描述地表径流系统的术语：水系、流域、分水岭水系、流域、分水岭。 描述地表径流特征的术语：描述地表径流特征的术语：流量、径流总量、径流流量、径流总量、径流模数、径流深度、径流系数模数、径流深度、径流系数。2.1 2.1 地球上的水地球上的水2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.4 2.4 我国的水文循环概况我

34、国的水文循环概况( (自学自学) )2.5 2.5 本章小结本章小结第二章第二章 地球中水的分布与循环地球中水的分布与循环2.1 2.1 地球上的水地球上的水2.2 2.2 自然界的水循环自然界的水循环2.3 2.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素2.4 2.4 我国的水文循环概况我国的水文循环概况2.5 2.5 本章小结本章小结第二章第二章 地球中水的分布于与循环地球中水的分布于与循环2.5 2.5 本章小结本章小结2.5.1 2.5.1 学习要求学习要求 了解地球上水的分布；了解地球上水的分布； 掌握自然界的水循环；掌握自然界的水循环； 理解与水文循环有关的气

35、象水文因素；理解与水文循环有关的气象水文因素； 了解我国水循环概况。了解我国水循环概况。2.5.2 2.5.2 练习题练习题 (1) (1)从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水、从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以 形式存在，形式存在， 为主，为主， 、 也存在。也存在。 (2) (2)深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。在地壳下部深约深约15-35km15-35km处，地温高达处，地温高达400400以上，压力也非常大

36、，这里的水不以上，压力也非常大，这里的水不可能以普通可能以普通 水或水或 水形式存在，均是以水形式存在，均是以 存在的水，为存在的水，为被压密的气水溶液。被压密的气水溶液。 (3) (3)地球上水的循环按其循环途径长短、循环速度的快慢地球上水的循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为以及涉及层圈的范围，可分为 和和 。水循。水循环的大气过程属于环的大气过程属于 。 (4) (4)名词解释：水文循环、地质循环。名词解释：水文循环、地质循环。 (5) (5)水文循环是在水文循环是在 和和 作用下，以作用下，以 、 、和和 等方式周而复始。水文循环分为等方式周而复始。水文循环分

37、为 和和 。2.2.1 2.2.1 矿物结合水矿物结合水 2.2.1.1 2.2.1.1 定义定义 存在于矿物结晶内部或其间的水，称为矿物存在于矿物结晶内部或其间的水，称为矿物结合水结合水。 2.1.2.2 2.1.2.2 分类分类 以以H H+ +和和OHOH- -离子的形式存在于矿物结晶格架的某一位置上的水，称为离子的形式存在于矿物结晶格架的某一位置上的水，称为结构水结构水。 以水分子以水分子H H2 2O O的形式存在于矿物结晶格架的一定位置上的水，称为的形式存在于矿物结晶格架的一定位置上的水，称为结结晶水晶水，如，如CaSOCaSO4 42H2H2 2O O。 以水分子以水分子H H2

38、 2O O的形式存在于矿物晶包和晶包之间的水，称为沸石水。的形式存在于矿物晶包和晶包之间的水，称为沸石水。 2.1.2.3 2.1.2.3 特点特点 一定矿物其所含的结构水或结晶水在数量上是一定的，而沸石水则一定矿物其所含的结构水或结晶水在数量上是一定的，而沸石水则没有固定的数量，如方沸石没有固定的数量，如方沸石(Na(Na2 2AlAl2 2SiSi4 4O O1212nHnH2 2O)O)即含有不定的沸石水。即含有不定的沸石水。 结构水或结晶水在高温下可从矿物中分离出来；沸石水在常温条件结构水或结晶水在高温下可从矿物中分离出来；沸石水在常温条件下也可逸出，逸出的数量取决于温度。下也可逸出，

39、逸出的数量取决于温度。 2.2.2 2.2.2 气态水气态水 以水蒸气状态存在于未饱和岩石空隙中的水，称以水蒸气状态存在于未饱和岩石空隙中的水，称为气态水。为气态水。 它可以是来自地表的大气中的水汽，也可由岩石它可以是来自地表的大气中的水汽，也可由岩石中其它形式的水蒸发形成。中其它形式的水蒸发形成。 气态水可以随空气流动而流动。即使空气不流动气态水可以随空气流动而流动。即使空气不流动，它也能从水汽压力大的地方向水汽压力小的地方迁，它也能从水汽压力大的地方向水汽压力小的地方迁移。气态水在一定温度、压力条件下，与液态水相互移。气态水在一定温度、压力条件下，与液态水相互转化，两者之间保持动态平衡。转

40、化，两者之间保持动态平衡。2.2.3 2.2.3 固态水固态水 以固态形式存在于岩石空隙中的水称为固态水。以固态形式存在于岩石空隙中的水称为固态水。 岩石的温度低于岩石的温度低于00时，空隙中的液态水转为固态水。时，空隙中的液态水转为固态水。 在多年冻结区和季节性冻结区可见到这种类型的水。在多年冻结区和季节性冻结区可见到这种类型的水。2.2.4 2.2.4 结合水结合水( (absorbed water, bound water2.2.4.1 2.2.4.1 定义定义 赋存和运移在岩石空隙中的水，一经与岩石颗赋存和运移在岩石空隙中的水，一经与岩石颗粒表面或岩石壁表面接触，岩石表面就会把一些水粒

41、表面或岩石壁表面接触，岩石表面就会把一些水分子牢牢地吸住，形成一层表面水膜，这种被吸附分子牢牢地吸住，形成一层表面水膜，这种被吸附的水称为表面结合水。的水称为表面结合水。2.2.4.2 2.2.4.2 形成形成 表面结合水的表面结合水的形成，主要是因为形成，主要是因为岩石颗粒表面或岩岩石颗粒表面或岩石壁表面具有游离石壁表面具有游离的原子或离子，并的原子或离子，并带有正带有正( (或负或负) )电荷电荷，因而在其周围形，因而在其周围形成静电引力场；而成静电引力场；而水分子本身是偶极水分子本身是偶极分子，一端带负电分子，一端带负电另一端带正电。另一端带正电。 当水分子与岩石表面接触时，在静电当水分

42、子与岩石表面接触时，在静电引引力的作用下，水分便失去自由活动的能力，力的作用下，水分便失去自由活动的能力，而被整齐的、紧密地被吸附在岩石表面，形而被整齐的、紧密地被吸附在岩石表面，形成一层水膜成一层水膜( (图图2-6)2-6)。 由于固相表面对水分子的吸引力自内向由于固相表面对水分子的吸引力自内向外外逐渐减弱，结合水的性质也随之改变。因逐渐减弱，结合水的性质也随之改变。因此此，按吸附力的强弱，将结合水分为，按吸附力的强弱，将结合水分为强结合强结合水水和和弱结合水弱结合水：2.2.4.3 2.2.4.3 特点特点 根据库仑定律，根据库仑定律，电场强度与距离的电场强度与距离的平方呈反比。因此平方

43、呈反比。因此，距离固相表面愈，距离固相表面愈近的水分子，所受近的水分子，所受引力愈大，排列愈引力愈大，排列愈紧密；距离固相表紧密；距离固相表面愈远的水分子，面愈远的水分子，所受引力愈小，受所受引力愈小，受自身重力的影响愈自身重力的影响愈大，活动性愈大。大，活动性愈大。强结合水：强结合水：是最靠是最靠近岩石表面的一层近岩石表面的一层结合水，厚度相当结合水，厚度相当于几个、几十个或于几个、几十个或几百个水分子的直几百个水分子的直径，所受引力非常径，所受引力非常大大(1000(10002000MPa)2000MPa)，水分子排列非常，水分子排列非常紧密，其密度平均紧密，其密度平均达达2.0g/cm2

44、.0g/cm3 3，溶解，溶解能力很差，温度达能力很差，温度达- -7878时才有可能冻时才有可能冻结。结。 从力学的角度看，它更接近固体，即从力学的角度看，它更接近固体，即具具有一定的弹性和抗剪强度，不受重力支有一定的弹性和抗剪强度，不受重力支配配，不能流动，但在吸收了足够的热能，不能流动，但在吸收了足够的热能( ( 150150) )后可转化为水汽而转移。后可转化为水汽而转移。弱结合水：弱结合水：位于强位于强结合水层以外，是结合水层以外，是吸着水膜的主要部吸着水膜的主要部分，它的厚度为几分，它的厚度为几十、几百或几千个十、几百或几千个水分子厚度。水分水分子厚度。水分子排列不如强结合子排列不

45、如强结合水规则和紧密。它水规则和紧密。它的密度约为的密度约为1.31.31.4g/cm1.4g/cm3 3，距离强，距离强结合水越远，引力结合水越远，引力越小，密度越接近越小，密度越接近 1.31.31.4g/cm1.4g/cm3 3。 它具有较大的粘滞性和弹它具有较大的粘滞性和弹性及其较低的冰点、低的溶解性及其较低的冰点、低的溶解能力。弱结合水的外层可以被能力。弱结合水的外层可以被植物吸收。弱结合水在自身植物吸收。弱结合水在自身重重力作用下不运动：在非饱水情力作用下不运动：在非饱水情况下，由于引力不平衡，弱结况下，由于引力不平衡，弱结合水可以从水膜厚的地方向水合水可以从水膜厚的地方向水膜薄的

46、地方运动；在饱水情况膜薄的地方运动；在饱水情况下，较大的静水压力作用时，下，较大的静水压力作用时，弱结合水可以作缓慢的运动。弱结合水可以作缓慢的运动。 结合水含量的多少与岩石的表面积有关：结合水含量的多少与岩石的表面积有关： 岩石颗粒愈小，比表面积愈大，结合水含量就岩石颗粒愈小，比表面积愈大，结合水含量就愈大。例如，粘性土结合水含量可达愈大。例如，粘性土结合水含量可达181845%45%；而砂；而砂的结合水含量不足的结合水含量不足0.50.52%2%。 只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小其量很小( (结合水膜很薄结合水膜很薄) )，当孔隙直

47、径小于，当孔隙直径小于2 2倍结合倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水( (又称无效空间又称无效空间) )。2.2.5 2.2.5 毛细水毛细水( (capillary water) )2.2.5.1 2.2.5.1 毛细现象毛细现象 将玻璃毛细管插入水中，毛细管内将玻璃毛细管插入水中，毛细管内的水面上升即会上升到至一定高度，这的水面上升即会上升到至一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛便是发生在固、液、气三相界面上的毛细现象。细现象。 松散岩石中细小的孔隙通道构成毛松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细管，存在于毛细管中的液态水受毛

48、细细管，存在于毛细管中的液态水受毛细力的作用而运动，这种水即为毛细水。力的作用而运动，这种水即为毛细水。毛细现象毛细现象2.2.5.2 2.2.5.2 毛细现象的产生机制毛细现象的产生机制 毛细现象的产生与液体表面产生的张力有关。毛细现象的产生与液体表面产生的张力有关。 由物理学可知，由于液体表面层分子间相互引力的不平衡，由物理学可知，由于液体表面层分子间相互引力的不平衡，表现出液体具有表面张力的特性。这种表面张力使液体都有力图表现出液体具有表面张力的特性。这种表面张力使液体都有力图缩小其表面的趋势，从而影响液体的运动状况。一个液滴总是力缩小其表面的趋势，从而影响液体的运动状况。一个液滴总是力

49、求成为球状，因为球状是同一容积的液体表面最小的形状。液体求成为球状，因为球状是同一容积的液体表面最小的形状。液体表面犹如蒙盖着一层拉紧的弹性薄膜，表层分子彼此拉的很紧。表面犹如蒙盖着一层拉紧的弹性薄膜，表层分子彼此拉的很紧。 由于表面张力作用，弯曲的液面将对液面以内的液体产生附由于表面张力作用，弯曲的液面将对液面以内的液体产生附加表面压强，它的作用方向始终指向弯曲液面的曲率中心方向：加表面压强，它的作用方向始终指向弯曲液面的曲率中心方向： * *凹形弯液面凹形弯液面-对内侧的液体附加一个负的表面压强对内侧的液体附加一个负的表面压强-如同如同真空吸力真空吸力( (图图5-2)5-2)； * *凸

50、形弯液面凸形弯液面对内侧的液体附加一个正的表面压强。对内侧的液体附加一个正的表面压强。图图5-2 5-2 半圆球状凹形弯液面产生负的附加表面压强半圆球状凹形弯液面产生负的附加表面压强式中：式中：a a液体表面张力系数，液体表面张力系数，1010-5-5N/cmN/cm； R R1 1、R R2 2液体表面的两个主要曲率半径。液体表面的两个主要曲率半径。 当毛细管足够细的时，弯液面接近于凹进的半圆球形面，根当毛细管足够细的时，弯液面接近于凹进的半圆球形面，根据据 ，此处，此处R R1 1=R=R2 2=r=r，所以，所以 任何形状的弯液面所产生的附加表面压强任何形状的弯液面所产生的附加表面压强P