1、水文地质学水文地质学第二章第二章第二章第二章 地球中水的分地球中水的分布与循环布与循环水文地质学水文地质学第二章第二章2.1 地球中水的分布2 2.1.1.1.1 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。地球每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。个圈层的成分、密度、温度等各不相同。大气圈大气圈莫霍面莫霍面谷登堡面谷登堡面大气圈大气圈岩石圈岩石圈软流软流圈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的结构示意图地球的结构示意图2.1 地球中水的分
2、布地球结构的特点：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 地球中水的分布2 2.1.2.1.2 地球上水的来源地球上
3、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；*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 地球中水的分布2 2.1.3.1.3 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
4、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，地球上的水可根据地球各层圈水的分布及其存在状态，地球上的水可分为分为浅部层圈水、深部层圈水浅部层圈水、深部层圈水两大类。两大类。从大气圈到地壳上半部的水属于从大气圈到地壳上半部的水属于浅部层圈水浅部层圈水，其中分布，其中分布有有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以，这些水以自自由态形式存在由态形式存在，液态为主，气态、固态也存在。，液态为主，气态、固态也存在。地球浅部层圈中水的体积约为地球浅部层圈中水的体积约为13.8613.8610108 8kmkm3 3。2.1
5、 地球中水的分布地球浅部层圈水的分布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%0.316%，其中有，其中有6868为地下水。为地下水。2.1 地球中水的分布 深部层圈水深部层圈水分布于地壳下半部直到下地分布于地壳下半部直到下地幔这一范围。在地壳下部深约幔这一范围。在地壳下部深约15-35km15-35km处，处，地温高达地温高达400400以
6、上，压力也非常大，这里以上，压力也非常大，这里的的水不可能以普通液态水或气态水形式存在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，而以非自由态的形式存在，为被压密的，为被压密的气气水溶液水溶液。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，即互转化的整体，即水圈水圈或或水系统水系统。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自然界的水循环根据循环途径长
7、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 2.2.1.2.1 水文循环水文循环 水文循环是发生于大气水、地表水和地壳水文循环是发生于大气水、地表水和地壳浅部浅部地下水之间的地下水之间的水水分交换分交换。2 2.2.2.2.2 地质循环地质循环 水的地质循环即水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换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示意图水文循环的分类水文循环的分类 水文循环分为水文循环分为小循环小循环海上内循环海上内循环内陆循环内陆循环大循环大循环海陆间循环海陆间循环海陆间循环的特点
8、是海陆间循环的特点是海洋海洋蒸发蒸发水汽输送水汽输送凝结凝结降水降水下下 渗渗地表径流地表径流地下径流地下径流江河汇聚江河汇聚海洋海洋蒸发蒸发水汽输送水汽输送凝结凝结降水降水海上内循环的特点是海上内循环的特点是陆地水陆地水蒸发蒸发水汽输送水汽输送凝结凝结降水降水内陆循环的特点是内陆循环的特点是2.2.1 水文循环水文循环中水体更新周期水文循环中水体更新周期2.2.1 水文循环2.2.1 水文循环水文循环的作用及意义水文循环的作用及意义 地球各种水体通过蒸发地球各种水体通过蒸发(或蒸腾或蒸腾)、水汽输送、降水、下、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、岩石圈和渗、径流等一
9、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。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，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以保证在其再生速度水平上的永续利用也是可持续发展也是可持续发展保证。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；对地表吸收的太水的携带
10、、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。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，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而内地
11、干旱少雨，在全球形成两大多雨带(热带多雨带、温带热带多雨带、温带多雨带多雨带)和两大少雨带和两大少雨带(副热带少雨带，极地少雨带副热带少雨带，极地少雨带)。小结小结 水文循环的特点水文循环的特点速度快、途径短、转化迅速。速度快、途径短、转化迅速。水文循环的内因水文循环的内因固、液、气三相可相互转化。固、液、气三相可相互转化。水文循环动力条件水文循环动力条件太阳辐射和重力的共同作用太阳辐射和重力的共同作用。水文循环的形式水文循环的形式蒸发、径流、降水。蒸发、径流、降水。2.2.1 水文循环与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素（1 1）气象因素）气象因素 自然界中水文循环的
12、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状态密蒸发、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。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%；北北纬纬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纬度带大气中水蒸汽的含量为
13、纬度带大气中水蒸汽的含量为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：大气圈最下部大气圈最下部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范围内含其全范围内含其全部水量的部水量的90%90%。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。（2）大气圈的结构大气圈的结构与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素大气层的
14、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。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（3 3）大气的热源）大气的热源 太阳的热辐射是地表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
15、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。直接引起大气物理状态的变化。（4 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
16、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。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（5 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
17、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。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 径流径流：是指降雨及冰雪融水在重力作用下：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，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。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2.2.2 地质循环2.2.2 地质循环地质循环 水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。2.2.3 小结2.4 中国地下水概况2.4 中国地下水概况
