水文地质学第二章第二章 地球中水的分 布与循环水文地质学第二章2.1 2.1 地球中水的分布地球中水的分布2.2 2.2 地球中水的循环地球中水的循环2.3 2.3 中国水资源概况（自学）中国水资源概况（自学）2.4 2.4 中国地下水概况中国地下水概况2.1 地球中水的分布2.1.1 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 个圈层的成分、密度、温度等各不相同。 大气圈莫霍面谷登堡面层次厚度(km)大气02000-3000地壳033地幔上地幔3360过渡层604004004104101000下地幔10002900地核外地核29004980过渡层49805120内地核51206370大气圈岩石圈软流圈地幔圈外核液体圈内核固体圈水 圈生物圈 地球外圈地球内圈地球的结构示意图2.1 地球中水的分布地球结构的特点：地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地 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 叠的(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)，其中生物圈表现最为 显著，其次是水圈。2.1 地球中水的分布2.1.2 地球上水的来源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：*一是来自落在地球上的陨石；*二是来自太阳的质子形成的水分子；*三是来自太空频繁光顾地球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 从地球内部不断逸出而起源的。2.1 地球中水的分布2.1.3 地球上水的分布地球是个富水行星，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 分为浅部层圈水、深部层圈水两大类。从大气圈到地壳上半部的水属于浅部层圈水，其中分布 有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以自 由态形式存在，液态为主，气态、固态也存在。地球浅部层圈中水的体积约为13.86108km3。2.1 地球中水的分布水 体总水量(km3)咸水量(km3)淡水量(km3)大气水12900012900 地 表 水海洋水133800000013380000000冰川和永久积雪242540902406410 08540002416869024064100湖泊水1764008540091000沼泽水11470011470河流水212002120地 下 水包气带水23716500165001287000001084650016500饱水带水2340000 01287000 010530000永久冻土带固态水3000000300000 生物水112001120 矿物结合水/ / /合 计1385984610135095540035029210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%，其中有68为地下水。2.1 地球中水的分布深部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15-35km处，地 温高达400以上，压力也非常大，这里的水 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，为被压密的气水溶 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 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，即水圈或水系统。 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 层圈的范围，分为水文循环、地质循环两类:2.2.1 水文循环水文循环是发生于大气水、地表水和地壳浅部地下水之间的水 分交换。2.2.2 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。2.2.1 水文循环水文循环示意图水文循环的分类 水文循环分为小循环海上内循环内陆循环大循环海陆间循环海陆间循环的特点是海洋蒸发水汽输送凝结降水下 渗地表径流地下径流江河汇聚海洋蒸发水汽输送凝结降水海上内循环的特点是陆地水蒸发水汽输送凝结降水内陆循环的特点是2.2.1 水文循环水文循环中水体更新周期水体类型更新周期 极地冰川约10000年世界大洋约2500年高山冰川约1600年 湖 泊约17年 沼 泽约5年 河 水约5天 大 气 水约8天 地 下 水几天-若千万年不等2.2.1 水文循环2.2.1 水文循环水文循环的作用及意义地球各种水体通过蒸发(或蒸腾)、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 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 ，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也是可持续发展 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 水的携带、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 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 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， 而内地干旱少雨，在全球形成两大多雨带(热带多雨带、温带 多雨带)和两大少雨带(副热带少雨带，极地少雨带)。小结水文循环的特点速度快、途径短、转化迅速。水文循环的内因固、液、气三相可相互转化。水文循环动力条件太阳辐射和重力的共同作用。水文循环的形式蒸发、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（1）气象因素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的主要成分：氮(78%)、氧(21%)。水汽在大气圈中的分布：横向上随纬度变化：赤道带附近大气中水蒸汽的含量为2.6%；北 纬70处大气中水蒸汽的含量0.2%；90纬度带大气中水蒸汽的含量为 0.9%。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 3.5km范围内集中了其全部水量的70%；大气圈下部5.0km范围内含其全 部水量的90%。根据大气的热力学 性质，自地表而上可将 大气圈分为5层：对流层 、平流层、中层、热层 和外层。（2） 大气圈的结构与水文循环有关的气象、水文因素大气分层高度(km)气温的垂直变化其他特点与人类关系外 层500空气稀薄引力小 热 层85-500随高度增加而递 增高度电离无线电通讯中间层50-85随高度增加而递 减垂直对流运动强烈 平流层8(18)- 50(55)随高度增加而递 增水平运动、天气晴朗有利于高空飞行对流层地面-8(18) 随高度增加而递 减对流运动，天气复杂多 变云、雨、雾大气层的结构及特点对流层最接近地表，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最 重要的因素。与水文循环有关的气象、水文因素（3）大气的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15%；地表是大气的二次热源：43%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；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， 直接引起大气物理状态的变化。（4） 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。主要气象要素有气温、气压、湿度、蒸发、降水、风、辐射 、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（5）小结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 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(气象要素的多年平均值) ，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 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。与水文循环有关的气象、水文因素径流：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 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 的水流。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。地表径流有按系统分布的特点。描述地表径流系统的术语：水系、流域、分水岭。描述地表径流特征的术语：流量、径流总量、径流 模数、径流深度、径流系数。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 水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。n水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：n水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转 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联系；水 文循环是水文学与水文地质学研究的重点。n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。2.2.3 小结2.4 中国地下水概况2.4.1 2.4.1 地下水供水的意义：地下水供水的意义：（1 1）分布广泛；）分布广泛；（2 2）变化稳定；）变化稳定；（3 3）具有天然调节性；）具有天然调节性；（4 4）水质良好；）水质良好；（5 5）易于开发利用）易于开发利用2.4 中国地下水概况2.4.2 2.4.2 中国地下水分区：中国地下水分区：（1 1）东部湿润半湿润平原丘陵区；）东部湿润半湿润平原丘陵区；（2 2）中部气候复杂高原山地盆地区；）中部气候复杂高原山地盆地区；（3 3）西北干旱山地盆地荒漠区；）西北干旱山地盆地荒漠区；（4 4）青藏半干旱冻土高原区）青藏半干旱冻土高原区