第四章 海洋陸地水

第四章海洋與陸地水0第一節(jié)地球水的分布與水循環(huán)

水在地球上幾乎無所不在。它是礦物、巖石和一切生命的重要組分，在空氣中有水蒸氣與氮、氧及其它氣體混合，同時還在地球表面組成許多獨立的水體或者在地下貯藏。水的顯著特性是以三種物態(tài)存在并互相轉換。固態(tài)的水，實際上是一種結晶礦物，它的單個晶體呈現為各式冰粒雪片。冰雪的升華即直接蒸發(fā)為肉眼看不見的水蒸氣?？諝庵袑嵱兴魵鈹盗?，相對于該溫度的空氣所能保持的最大水蒸氣數量，稱空氣的相對濕度。當空氣冷卻，所含水蒸氣超過低溫空氣所能保持的最大水蒸氣數量時，就會有水蒸氣凝結成水滴。如果溫度低于冰點(0℃)，氣態(tài)水通過凝華直接變成固態(tài)(冰晶)，液態(tài)水則通過凍結變成固態(tài)。1重慶的霧南海的水雪北冰洋各種形態(tài)的水露2地球上除了存在于各種礦物中的化合水、結合水，以及為深部巖石所封存的水分以外，海洋、河流、湖泊、地下水、大氣水分和冰，共同構成地球的水圈。其中海洋是水圈的主體，它的面積約占全球面積的71％，地球上的水有97％以上在海洋中。陸地水雖然相對少得多，但在自然地理環(huán)境中仍然是重要的組成部分。

地球上的水量3全球水分循環(huán)示意圖水循環(huán)是各種水體之間水分的往返交換，周而復始的互補。水循環(huán)的實施途徑是水的三種物態(tài)的更替與流動。水循環(huán)的基本動力是太陽輻射能與地球引力，以及在水循環(huán)過程中的能量轉移。全球水分循環(huán)是地球各圈層之間的水分交換，是最基本的物質流、能量流及生物地球化學循環(huán)，并對天氣和氣候及地貌發(fā)育起著重要的作用。水循環(huán)4通過降水和蒸發(fā)，海洋和陸地表面水分不斷地進行交換陸地上水體的自然更新一次的時間長短不一，生物水只要幾小時，大氣水8-9天，河流約需10-20天，土壤水約需280天，淡水湖約需1-100年，鹽湖和內海約需10-1000年。海水更新需要2500年，而地下冰和極地冰蓋需上萬年。全球水分循環(huán)使水圈成為一個開放性動態(tài)系統，對人類生存、社會生產和自然過程均具有十分重要的意義。5第二節(jié)海洋水一、洋與海地球表面廣闊連續(xù)的水面稱為大洋。目前的世界大洋根據相對隔離的狀況分為四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。世界大洋概況6海：各大洋的邊緣部分接近或伸入陸地，并或多或少地與大洋主體有所隔離的水域則分稱為海。據國際水道測量局統計，四大洋的邊緣共有54個海。

71.內海，也稱“地中?！?。它四周被陸包裹，僅有一個或幾個海峽與大洋或與鄰海溝通，如歐洲與非洲之間的地中海，以及紅海、里海、波羅的海、渤海等。紅海巴拿馬看海海被分為四類。82.邊緣海。位于大陸邊緣，以半島或島弧與大洋或與鄰海相隔，但直接受到洋流、潮汐傳播的影響。邊緣海都連列在西北太平洋一側，如白令海、鄂霍茨克海、日本海、黃海、東海和南海等。黃海日本海南海93.外海。它雖位于大陸邊緣，但與大洋有廣闊的聯系，如阿拉伯海、巴倫支海等。4.島間海，指大洋中被一系列島嶼環(huán)繞的水域。如爪哇海、蘇拉威西海等。阿拉伯海、孟加拉灣爪哇海、蘇拉威西海10二、海水的運動按水體水質點的運動狀態(tài)，大體分為兩類。一類是水質點定向運動，如大范圍海洋水域的環(huán)流。另一類是水質點做短距離的圓周運動或往復運動，如波浪。1、大洋環(huán)流：部分海洋水體順一定方向的規(guī)則運動稱為洋流，由于主要的洋流在大范圍水域常構成圓環(huán)形，故又稱環(huán)流。世界洋流格局11洋流是海水的主要運動形式。風力是洋流的主要動力，地球偏轉力、海陸分布和海底起伏等等，也有不同程度的影響。按照成因，洋流可以分為摩擦流、重力-氣壓梯度流和潮流三類。

根據流動海水溫度的高低，還可以把洋流分為暖流和寒流。暖流比流經海區(qū)的溫度高，寒流比流經海區(qū)的溫度低。但有時因亞熱帶環(huán)流南移，東南信風微弱，導致赤道(逆)流南下，熱帶暖水掩覆秘魯寒流，抑制海水上涌，成為表層海溫異常。它不僅引起該海域大量生物死亡、腐化，而且釋放大量硫化氫進入大氣，并影響正常的沃克環(huán)流，直至世界許多地方出現異常天氣和災難。它被稱為厄爾尼諾(ElNino)事件。12正常環(huán)流厄爾尼諾(E1Nino)13海洋中的波浪是指海水在外力和慣性力的作用下，水面隨時間起伏（一般周期為數秒至數十秒）的現象。按波浪成因可分為：由風的作用而產生的“風浪”；因地震或風暴而產生的“海嘯”；由引潮力引起的“潮波”；由氣壓突變而產生的“氣壓波”；因船行作用而產生的“船行波”等。

2、波浪143潮汐與潮流由月球和太陽的引力引起的海面周期性升降現象，稱為潮汐。海面升高，海水涌上海岸，叫漲潮。海面下降，海水從岸上后退，叫落潮。漲潮時海水面最高處稱為高潮，落潮時海水面最低處稱為低潮。高潮與低潮的高差，即是潮差。潮差是以朔望月為周期變化的。潮差最大時，叫大潮，潮差最小時叫小潮。根據潮汐的周期變化，基本上可以分為半日潮、混合潮和全日潮三種類型。潮汐現象對一些河流和海港的航運具有重要意義。大型船舶可趁漲潮進出河流和港口。潮流也可用以發(fā)電。

15潮涌－－錢塘潮16第三節(jié)河流河流概指陸地表面依賴重力順槽形凹地向低處流的線性水流。17河流水來源于大氣降水的補給、冰雪融化的補給、湖泊沼澤等地表水體的補給以及地下水的補給。地下水的補給通常不是河流水的最重要的來源，卻是最穩(wěn)定的補給，構成河流的基本徑流。小溪之源18高原河源珠穆朗瑪峰的溪流19

地面徑流的匯聚，從許多小溝谷逐步匯向大河干流。這些小溝谷稱1級支流，匯入2級支流，再匯入……直到進入干流。20干流和它的各級支流共同組成水系。大大小小的支流與其干流的組合形式稱水系形式。A.樹枝狀水系B.格狀水系C.平行狀水系D.放射狀水系E.環(huán)狀水系F.向心水系G.網狀水系H.鉤狀水系

21某水系的匯水范圍稱為該水系的流域，或簡稱某河(或某支流河)流域，如長江流域，漢水流域等。流域之間均有分水嶺—水分脊—分水線相隔。以分水線為界測算流域面積。長江流域22三峽大壩Niagara瀑布黃河壺口瀑布23洪水洪水（flood），由暴雨、急驟融冰化雪、風暴潮等自然因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上漲的水流現象，會淹沒堤岸灘涂，甚至漫堤泛濫成災。描述洪水的要素包括洪峰流量（水位）、洪峰流量出現時間、洪水總量及洪水過程線。洪水泛濫對于沿岸的經濟開發(fā)和安全保障危害重大。在中國，每年洪災損失達幾百億元。2498年長江洪水25余姚2013洪水26枯水因汛期枯水，重慶朝天門碼頭長江河床灘涂裸露13年10月中國最大淡水湖鄱陽湖逼近極枯水位27河流的補給形式：降水補給融水補給地下水補給湖泊沼澤水補給人工補給28第四節(jié)湖泊與沼澤湖泊是陸地表面上的重要水體。中國有面積1km2以上的湖泊2300多個，總面積71787km2，總貯水量7088×108m3。面積最大的是青海湖(4200km2)29貯水量最多的是西藏納木錯(768×108m3)，30淡水湖的排位依次是鄱陽湖(高水位面積3960km2、貯水259×108m3)洪水期鄱陽湖枯水期鄱陽湖31洞庭湖(高水位面積2740km2、貯水178×108m3)、32太湖(2338km2、44.4×108m3)、太湖33洪澤湖(1851km2、24.4×108m3)洪澤湖高郵湖34南四湖(1225km2、19.3×108m3)、巢湖(753km2、18×108m3)等。巢湖35

湖泊的實質是于低洼地中蓄水。按湖盆洼地的成因，主要可分為：構造湖、火山(口)湖、冰蝕湖、風蝕湖、堰塞湖、喀斯特溶蝕湖、牛軛湖、熱融湖、瀉湖、人工湖等。36湖泊成因之構造湖－－岱海37湖泊成因之構造（裂谷）湖－－貝加爾湖，最深（1741m），是全球淡水蓄水量最大的湖38湖泊成因之構造湖－－滇池39湖泊成因之構造湖－－洱海40湖泊成因之構造湖－－巢湖（在郯廬斷裂帶中）41湖泊成因之冰蝕湖42湖泊成因之河跡湖（牛軛湖）-瘦西湖43湖泊成因之河跡湖（牛軛湖）-下荊江44湖泊成因之喀斯特湖－－七星巖湖45湖泊成因之喀斯特地下湖－－廣東凌霄巖46湖泊成因之火山熔巖堰塞湖－－五大連池47湖泊成因之崩塌堰塞湖－－日月潭48湖泊成因之堰塞湖－－九寨溝海子49湖泊成因之火山口湖－－長白山天池50湖泊成因之火山口湖－－俄勒岡火山口湖51古瀉湖－－西湖52人工湖－－千島湖53沙漠中的月牙湖火山熔巖堰塞湖鏡泊湖54沼澤在自然狀態(tài)下，這些低洼平原即為比較平坦或稍為低洼而過度潮濕的、盛長喜濕植物的沼澤。洱海北段沼澤化55

沼澤特指大片平坦或稍低洼而過度潮濕，盛長各種喜濕植物，并有有機質堆積形成泥炭的地域。甘南草地濕地56在沼澤地中，水占85-95%，過多的水引來并確保各種喜濕植物的繁盛生長，并使下墊層通氣狀況惡化，在嫌氣菌的作用下發(fā)育泥炭。云南稻城香格里拉57沼澤的分類按沼澤發(fā)育過程和階段分為低位沼澤和高位沼澤；按所處地貌部位分湖濱洼地沼澤、階地沼澤、閉流寬谷沼澤等亞類；長江源區(qū)沱沱河濕地58長白山2000（米）高山草地雅魯藏布江江濱濕地59第五節(jié)地下水一、地下水概述地下水泛指埋藏于地表以下和海底以下各種狀態(tài)的水。全球地下水總貯水量至今不十分清楚，據國際地圈—生物圈計劃（1986）粗略估計為1530×104km3，相當于地表水總量的4.2倍還多一點，但也可能還要翻倍。有人估計可用的地下水約占全球淡水的90%以上，而河流、湖泊、水庫、土壤濕度加起來僅占其余的不到10%（冰川貯存的淡水相當于地下水供應量的7倍）。

地下水的形成與循環(huán)60地下水狀態(tài)“地下各種狀態(tài)的水”包括固態(tài)水和氣態(tài)水。固態(tài)水僅在土石溫度低于冰點時存在。高緯地帶的永久性凍土與季節(jié)性凍土，其中就有凍結的地下水。氣態(tài)水充滯于土壤與巖石的空隙中，已成為土壤空氣的組成成分。地下水中最大量的仍是液態(tài)水。地下水的賦存有多種不同的類型，基本上分為上層滯水、潛水和承壓水。潛水處于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層之上，具有自由水面。61承壓水指兩個穩(wěn)定隔水層之間，具有壓力水頭的地下水?？梢杂卸鄬映袎核?。另外據含水層的空隙特征分出三種亞類，即孔隙水、裂隙水、巖溶水?？紫端疄橘x存于土壤或松散堆積等多孔介質中的地下水。裂隙水為賦存于基巖裂隙、斷層裂隙中的地下水。把上述地下水基本類型和亞類按賦存特征就可產生許多組合類型。62二、地下水的成分與物理化學性質（一）地下水的主要化學成分大氣降水滲入土層成為部分化學物質的溶劑和載體，所以地下水的化學成分比較復雜而且各地的差異也比較大。地下水主要化學成分63一般含鹽量較高的咸水、鹽水或鹵水，以氯離子占優(yōu)勢，硫酸根含量次之；而含鹽量較低的淡水，以重碳酸根為主要的陰離子成分。陽離子中的鈉離子有隨礦化度升高而增多的趨勢，而鈣離子是低礦化水的主要的陽離子。與鉀、鈉、鈣、鎂四種元素的克拉克值相比，地下水中的鉀與鎂的含量偏低，這與土壤和植物的吸收有關。地下水中氮與氧主要來源于大氣，可以以淺層地下水中氧、氮的含量作為衡量大氣降水補給的重要標志。地下水中的硫化氫是缺氧還原環(huán)境的產物，多為較深層地下水的氣體成分。溶解于水中的二氧化碳稱游離二氧化碳，從而使地下水對碳酸鹽類巖石具有較強的溶蝕能力。礦泉水是指具有醫(yī)療意義的地下水。由于水中含有一定數量的特殊化學成分(如鍶)，以及有機物和氣體，或者具有較高的溫度(超過20℃)，故能影響人體的生理作用，醫(yī)治某些疾病。64地下水的化學成分常用離子毫克數(PPM)表示，它為某離子的絕對含量達到百萬分之的多少。離子毫克當量數，可反映各種離子之間的數量關系，并顯示地下水的化學性質。離子毫克當量百分數，顯示地下水中各離子含量的百分比值。地下水據其PH值<5、5-6.5、6.5-8、8-10、>10，分別稱為強酸性、弱酸性、中性、弱堿性、強堿性。地下水的硬度由水中所含鈣鎂離子的數量來確定，水中鈣鎂離子的總量稱總硬度；當把水煮沸，因脫碳酸作用而使部分鈣鎂離子成碳酸鹽沉淀，所減少的這部分稱為暫時硬度，仍留在水中的部分稱永久硬度。地下水按總礦化度分為淡水（＜1g/L）、微咸水（1-3g/L），咸水（3-10g/L）、鹽水（10-50g/L）、鹵水（＞50g/L）。地下鹵水是重要的礦床資源。地下水化學類型是依據含量大于25%的主要離子成分來劃分和命名的，稱“陰離子(HCO3—、HCO3—+SO42—、HCO3—+SO42—+Cl—、HCO3—+Cl—、SO42—、SO42—+Cl—、Cl—)——陽離子(Ca2+、Ca2++Mg2+、Mg2+、Na++Ca2+、Na++Ca2++Mg2+、Na++Mg2+、Na+)”型水，如硫酸鹽—鈣、鎂型水。65地下水硬度分類表66（二）地下水的物理性質1、地下水溫度

地下水的溫度取決于地溫的變化，自地表向下大體可分為變溫帶、常溫帶與增溫帶。日變溫帶深及1-2m、年變溫帶深及15-20m，是太陽輻射影響所能達到的深度，但地下水的日變化幅度與年變化幅度比地溫更比當地氣溫小。年常溫帶埋深20-30m，太陽輻射熱影響十分微弱，地溫變幅已趨于零。年常溫帶地下水的溫度與當地年平均氣溫相近，而比地溫要低約1-2℃。增溫帶受地熱增溫的控制，至數十公里深度大體每增深30-33m提高1℃。據地下水溫度，可分為過冷水(<0℃)、冷水(0-20℃)、熱水(20-40℃)，低溫熱水（40-60℃），中溫熱水（60-100℃），高溫熱水、過熱水(>100℃)幾種類型。地下水的溫度對鹽類與氣體在水中的溶解度及其這種溶液的化學反應速度有重大的影響(表22-3)。實驗結果，當水溫增高10℃，水分子擴散速度增加20%，化學反應的速度可提高2-3倍。672、地下水色度潔凈的地下水是無色透明的。它含某些化合物或膠體物質之后所呈的水色稱為真色；若在現場觀察，因含懸浮雜質所具有的水色稱表色。通常含硫化氫的水呈翠綠色，含高價鐵的水呈黃褐色，含鈣鎂的水呈藍色，含錳化合物的水呈暗紅色，含腐殖質的水為暗黃色。室內的水色分析是定其真色，用氯鉑化鉀(K2PtCl2)與氯化鈷(CoCl)的混合溶液作標準，以每升水中含有相當于一毫克鉑所呈現的顏色為鉑鈷標準的一度。用潔靜的水樣與預先制備的標準色列(11支，分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50度)做對比，就可定出該水樣的色度。683、地下水透明度地下水的透明度主要取決于水中固體顆粒和膠體懸浮物的含量，它以能清晰辨認量筒中水底的白瓷盤(或標準鉛字或黑色十字架)時候的水柱高度(cm)進行分類。透明者量筒水柱高度>60cm，半透明(微濁)者為60-30cm，微透明(混濁)者為<30cm,含大量懸浮物及膠體呈乳狀者為不透明(極混)。4、地下水味道地下水還因溶有各種鹽類而有所謂的味道，當加溫到20-30℃時水的味道更明顯，含NaCl165mg/L以上具咸味，CaSO470mg/L以上具微甜，MgCl2135mg/L以上或者MgSO4250mg/L以上具微苦，FeO0.15mg/L以上具澀味。地下水的氣味與所含的氣體成分和有機質有關，氣味的強弱又與水溫有關。如含H2S的水具臭雞蛋味，含腐殖質的水有草塘泥氣味，含亞鐵離子的水則具鐵腥味。695、地下水比重純凈的地下水比重為1.0，含溶解鹽類越多比重也越大。1波美度相當于1升水含10克氯化鈉(NaCl,10g/L)，比重為1.0069；2波美度相當于1升水含20克氯化鈉，比重為1.0140；以此類推，5波美度者比重為1.0358，10波美度者比重為1.0744，15波美度者比重為1.1160,20波美度者比重為1.1609，30波美度者比重為1.2624。6、地下水的導電性地下水的導電性取決于所含電解質的性質和數量，一般是離子含量越多、離子價越高，地下水的導電性越強。因此，可根據地下水電學性能的差別，粗略判斷地下水的總礦化度。并可利用電測法探測地下水的分布與基本類型。一般地下淡水的導電率約為33×10-5—33×10-3(歐姆-1·厘米-1)。而咸水的導電率則比它要高得多。一般地下水的放射性極其微弱。地下水中含的氡(Rn)乃是放射性元素鐳(Ra)的蛻變產物。若地下的壓力或溫度發(fā)生變化，氡氣的擴散及之地下水的含氡量也發(fā)生變化，因此，可借助地下水含氡量變化的測定，預報某些地區(qū)的地震活動，或進行放射性礦床的探測等。70三、地下水運動大部分地下水賦存于地表以下巖土的顆粒之間的孔隙中或巖土裂隙中，沒有所謂開放性的空間使水流能像在地表那樣流動，即便是喀斯特地區(qū)的地下河，其水面也受到附加壓力的作用。71（一）巖土的水理特征巖土的顆粒大小、形狀及其排列組合方式—巖土的孔隙率、裂隙率—巖土的持水性持水度、給水性給水度—巖土的透水性、滲透系數之間有非常密切的關系，如粘土的顆粒細小，孔隙率高，持水度高，給水度低，透水性差。72（二）地下水運動分類地下水賦存狀態(tài)及其所處的環(huán)境決定了地下水的運動也比所見地表水的運動要復雜得多，大體可分為毛細運動、滲透運動、滲流運動與承壓滲流運動等。毛細運動是指受分子力與毛細力的作用毛細管水在毛細管中運動。從地下水面沿毛細管上升稱毛細管上升水，它的上升速度與孔隙的大小成正比，而上升的高度與毛細管