水資源計(jì)算-第一章

第一章地球上水的性質(zhì)與分布第一節(jié)地球上水的物理性質(zhì)一、水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化每個(gè)水分子都是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成，形成一個(gè)等腰三角形。由于氧原子對(duì)電子的吸引力比氫原子大得多，所以在水分子內(nèi)部，電子就比較靠近氧原子。電子在氧原子周?chē)鄬?duì)集中，掩蓋了原子核的正電荷，所以在氧原子一段顯示出較強(qiáng)的負(fù)電荷作用，形成負(fù)極；在氫原子周?chē)?，電子云相?duì)稀薄，于是顯示出原子和的正電荷作用，形成正極，使水分子具有極性結(jié)構(gòu)。水分子具有極性結(jié)構(gòu)

由于水分子具有極性結(jié)構(gòu)，在自然界，水不完全是單水分子，而更多情況時(shí)水分子聚合體。水分子聚合體包括：?jiǎn)嗡肿樱℉2O）、雙水分子（H2O)2和三水分子（H2O)3（二）、水的三態(tài)及其轉(zhuǎn)化

不同水溫水分子聚合體的分布（%）分子形式冰水0℃0℃4℃38℃98℃單水分子019202936雙水分子4158595051三水分子59232121131）隨著水溫的升高，水分子聚合體不斷地減少，而單水分子不斷地增多。當(dāng)溫度高于100℃呈氣態(tài)時(shí)，水主要由單水分子組成。2）隨著溫度的降低，水分子聚合體不斷增多，單水分子不斷減少。水溫達(dá)到0℃結(jié)冰時(shí)，單水分子為零，而強(qiáng)力締合結(jié)構(gòu)的三水分子增多，因三水分子結(jié)構(gòu)特性，使液態(tài)水變成固態(tài)冰時(shí)，體積膨脹10％，若冰變成液態(tài)水時(shí)，體積減小10％。3）水溫在3.98℃時(shí)，結(jié)合緊密的二水分子最多，所以此時(shí)水的密度最大，比重為1。2.固態(tài)水（冰）的結(jié)構(gòu)氣體水分子能凝聚成液態(tài)水和固態(tài)水（冰），主要是氫鍵起著強(qiáng)烈的締合作用。在冰晶中，氧原子和氫原子的排列是很有規(guī)則的，其結(jié)構(gòu)是每個(gè)氧原子通過(guò)氫鍵，按四面體取向，與另外四個(gè)氧原子連結(jié)，呈現(xiàn)六方晶系的冰。正是由于冰晶內(nèi)每個(gè)氧原子通過(guò)氫鍵以等鍵距與另外四個(gè)氧原子相連結(jié)，在冰晶中的水分子則具有比較完整的正四面體結(jié)構(gòu)形態(tài)。從水蒸氣到凝聚態(tài)的冰，氫鍵為凝聚力的主要方面，為了盡可能生成較強(qiáng)和較多的氫鍵，原來(lái)水分子中的O——H鍵必須拉伸。由此帶來(lái)的結(jié)果是，水分子必須按空間利用率頗低的四面體形態(tài)堆積，故冰的晶體是一個(gè)十分敞開(kāi)的結(jié)構(gòu)，其密度較低。3.液態(tài)水結(jié)構(gòu)的主要理論模型從冰轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，體現(xiàn)了物質(zhì)內(nèi)在矛盾相互依存的形式隨著條件的改變而變化，即同一性的轉(zhuǎn)化。當(dāng)溫度升高至0℃以上時(shí)，條件改變了，原來(lái)與吸引因素共居于冰晶統(tǒng)一體中的微不足道的排斥因素，即氫原子振動(dòng)和水分子的熱運(yùn)動(dòng)，便從劣勢(shì)轉(zhuǎn)為優(yōu)勢(shì)，運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使氫鍵部分?jǐn)嗔?。于是，冰晶的有?guī)則的固體結(jié)構(gòu)崩潰，并熔化為液態(tài)水。水分子的半徑在冰熔解時(shí)，也有微小的變化。二、水的熱學(xué)性質(zhì)水是所有固體和液體中熱容量最大的物質(zhì)之一，能吸收相當(dāng)多的熱量而不損害其穩(wěn)定性。水變成水汽或冰融成水都要吸收熱量。相反，水汽凝結(jié)和水結(jié)成冰都要放出熱量，而且吸收或放出的熱量是相等的。這種吸收或放出的熱量稱(chēng)為水的潛熱。水的熱容量與潛熱特性，對(duì)整個(gè)地球上的熱量變化具有重要的調(diào)節(jié)作用，使冬季不致過(guò)冷，夏季不致過(guò)熱。顯熱:sensibleheat亦稱(chēng)顯熱，物體在加熱或冷卻過(guò)程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量，稱(chēng)為“顯熱”。它能使人們有明顯的冷熱變化感覺(jué)，通常可用溫度計(jì)測(cè)量出來(lái)。（如將水從20℃的升高到80℃所吸收到的熱量，就叫顯熱。）三、水溫水的溫度是一個(gè)很重要的物理特性，它影響到水中生物，水體自?xún)艉腿祟?lèi)對(duì)水的利用。天然水的溫度因所得到的熱量來(lái)源不同而異。太陽(yáng)輻射是地球上各種水體的主要熱源之一。（一）海水溫度熱量的收入以太陽(yáng)短波輻射和大氣長(zhǎng)波輻射最為重要。洋流帶來(lái)的熱量只對(duì)局部海區(qū)有較大影響，其它方式所提供熱量較少；熱量的支出以海面輻射和蒸發(fā)更為重要，在局部海區(qū)由洋流帶走的熱量對(duì)水溫變化也有較大影響，由于海水的垂直紊動(dòng)混合，可把熱量傳到深處。2.海水溫度的分布1）海水溫度的水平分布2）水溫的垂直分布3.海水溫度的時(shí)間變化1）水溫的日變影響水溫日變的因素有：太陽(yáng)輻射、季節(jié)變化、天氣狀況（風(fēng)、云）、潮汐和地理位置等。2）水溫的年變影響水溫年變的因素有：太陽(yáng)輻射、洋流性質(zhì)、季風(fēng)和海陸位置。4.海冰淡水結(jié)冰時(shí)的水溫是0℃，最大密度溫度是3.98℃；而含有鹽分的海水，其冰點(diǎn)和最大密度溫度都隨鹽度的增加而降低，但降低的數(shù)值不同.當(dāng)海水的鹽度大于24.695×10-3時(shí)，冰點(diǎn)溫度低于最大密度溫度；而鹽度小于24.695×10-3時(shí)，冰點(diǎn)溫度高于最大密度溫度；只有鹽度在24.695×10-3時(shí)，海水的冰點(diǎn)溫度與最大密度溫度相同，為-1.332℃。（二）河水溫度河水的熱狀況是河流的水文物理特征之一，它對(duì)農(nóng)田灌溉、水生生物的養(yǎng)殖以及某些水工建筑物等，都有重要意義。河水熱狀況的綜合標(biāo)志是河水溫度。影響因素：當(dāng)水溫達(dá)到零下的過(guò)冷卻狀態(tài)時(shí)，河流中有可能出現(xiàn)冰晶。這時(shí)，如氣溫繼續(xù)保持在零下，河流就會(huì)出現(xiàn)冰情。河流水溫還受補(bǔ)給來(lái)源的影響：高山冰雪融水補(bǔ)給的河流水溫低；雨水補(bǔ)給的河流水溫較高；地下水補(bǔ)給的河流水溫變幅小。

河流水溫在空間上、時(shí)間上都有變化。一般河流水溫的地區(qū)分布形勢(shì)，大體與氣溫一致。河流年平均水溫都略高于當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁?，但差值不大，一般只?—2℃，但在封凍期很長(zhǎng)、冬季氣溫很低的地區(qū)，差值就增大了。我國(guó)河流水溫的年變幅一般都較大，這也是我國(guó)氣候大陸性較強(qiáng)，各地氣溫年變幅一般很大的反映。水溫的垂直分布：河流中的水流是紊流，一般情況下水溫比較均勻，但特別大而平靜的河流，河水很難徹底混合，垂線(xiàn)上水溫的分布具有成層特性。一般在清晨，表面水溫低，愈向河底水溫愈高，成逆溫現(xiàn)象。在14時(shí)左右，表面水溫高，愈向河底水溫愈低，成正溫現(xiàn)象，河水溫度的日變幅較小。

（三）湖泊、水庫(kù)水溫1.水溫的分布當(dāng)湖水溫度隨水深的增加而降低時(shí)，即水溫梯度成負(fù)值時(shí)，將出現(xiàn)上層水溫高，下層水溫低，但不低于4℃，這種水溫的垂直分布，稱(chēng)為正溫層；當(dāng)湖溫隨水深的增加而升高時(shí)，即水溫垂直梯度成正值時(shí)，將出現(xiàn)上層水溫低，下層水溫高，但不高于4℃。這種水溫的垂直分布，稱(chēng)為逆溫層，當(dāng)湖溫上下層一致，即水溫垂直梯度等于零時(shí)，將出現(xiàn)上下層水溫完全相同，這種水溫的垂直分布，成同溫狀態(tài)。當(dāng)湖泊出現(xiàn)正溫層時(shí)，在湖面以下一定深度常常形成溫躍層，即上下層水溫有急劇變化的一段。出現(xiàn)溫躍層的深度各湖不一，它決定于表層增溫程度、風(fēng)力大小、湖盆形態(tài)等。2.湖水溫度的變化水溫的日變以表層最明顯，隨溫度的增加日變幅逐漸減小湖面水溫的年變，除結(jié)冰期外，水溫變化與當(dāng)?shù)貧鉁啬曜兿嗨疲罡?、最低水溫出現(xiàn)的時(shí)間要遲半個(gè)月到一個(gè)月左右。湖溫年較差比氣溫年較差小，大湖較小湖小。我國(guó)湖面水溫年變幅最大是太湖，最大值可達(dá)38℃。高山、高原區(qū)湖泊水溫年變幅最小。（四）地下水的水溫地下水的埋藏深度不同，溫度變化規(guī)律也不同。近地表的地下水的水溫受氣溫的影響，具有周期性變化在不同地區(qū)，地下水溫度差異很大。如在新火山地區(qū)，地下水溫可達(dá)100℃以上；而在寒帶、極地及高山、高原地區(qū)，地下水的溫度很低，有的可低至-5℃。地下水在一定地質(zhì)條件下，因受地球內(nèi)部熱能的影響而形成地下熱水。它通過(guò)一定的通道，例如，沿?cái)嗔哑扑閹?、鉆孔等上涌，致使地?zé)嵩鰷丶?jí)大大提高，這種地區(qū)叫地?zé)岙惓^(qū)。具有良好的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件的地?zé)岙惓^(qū)，有可能形成大量地下熱水或天然蒸汽的地?zé)崽?。四、水的密度（一）純水的密度（二）海水密度海水密度是指單位體積內(nèi)所含海水的質(zhì)量，其單位為g/cm3。但是習(xí)慣上使用的密度是指海水的比重，即指在一個(gè)大氣壓力條件下，海水的密度與水溫3.98℃時(shí)蒸餾水密度之比。因此在數(shù)值上密度和比重是相等的。海水的密度狀況，是決定海流運(yùn)動(dòng)的最重要因子之一。在垂直方向上，海水的結(jié)構(gòu)總是穩(wěn)定的，密度向下遞增。在南北緯20°之間100米左右水層內(nèi)，密度最小，并且在50米以?xún)?nèi)垂直梯度極小，幾乎沒(méi)有變化；50—100米深度上密度垂直梯度最大，出現(xiàn)密度的突變層（躍層），它對(duì)聲波有折射作用，潛艇在其下面航行或停留在其上均不易被發(fā)現(xiàn)，故有液體海底之稱(chēng)。約從1500米開(kāi)始，密度垂直梯度很小，在深層，密度幾乎不隨深度而變化。五、水色與透明度（一）水色純水是無(wú)色的。但自然界水體的水色，是由水體的光學(xué)性質(zhì)以及水中懸浮物質(zhì)、浮游生物的顏色所決定的。水色是水體對(duì)光的選擇吸收和散射作用的結(jié)果，因?yàn)樗w對(duì)太陽(yáng)光譜中的紅、橙、黃光容易吸收，而對(duì)藍(lán)、綠、青光散射最強(qiáng)，所以海水水色多呈蔚藍(lán)色、綠色；而水體的顏色與天空狀況、水體底質(zhì)的顏色也有關(guān)。水色常用水色計(jì)測(cè)定。水色計(jì)由21種顏色組成，由深藍(lán)到黃綠直到褐色，并以號(hào)碼1-21代表水色。號(hào)碼越小，水色越高，號(hào)碼越大，水色越低。（二）透明度水色和透明度，都反映了水體的光學(xué)特性。水面上光線(xiàn)越強(qiáng)，透入越深，透明度就越大；反之則小。水色越高透明度越大，水色越低透明度越小，透明度盤(pán)又稱(chēng)薩氏盤(pán)（黑白間隔的盤(pán)），直徑20cm，將其下沉到恰恰看不到的深度，通過(guò)測(cè)定水深來(lái)間接表示光透入水面的深淺程度。第二節(jié)

地球上水的化學(xué)性質(zhì)一、天然水的化學(xué)成分天然水經(jīng)常與大氣、土壤，巖石及生物體接觸，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，把大氣、土壤、巖石中的許多物質(zhì)溶解或挾持，使其共同參與了水分循環(huán)，成為一個(gè)極其復(fù)雜的體系。目前各種水體里已發(fā)現(xiàn)80多種元素。天然水中各種物質(zhì)按性質(zhì)通常分為三大類(lèi)。懸浮物質(zhì)膠體物質(zhì)溶解物質(zhì)二、天然水的礦化過(guò)程天然水中各種元素的離子、分子與化合物的總量稱(chēng)為礦化度。各種溶解質(zhì)在天然水中的累積和轉(zhuǎn)化，是天然水的礦化過(guò)程。這個(gè)過(guò)程受到兩方面因素的制約：一是元素和化合物的物理化學(xué)性質(zhì)；二是各種環(huán)境因素，如天然水的酸堿性質(zhì)、氧化還原狀況、有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與組成，以及各種自然環(huán)境條件等。1）溶濾作用2）吸附性陽(yáng)離子交替作用其特征有：①離子交換是可逆反應(yīng)，處于動(dòng)態(tài)平衡；②離子交換以當(dāng)量關(guān)系進(jìn)行；③離子交換遵守質(zhì)量作用定律。3）氧化作用4）還原作用5）蒸發(fā)濃縮作用6）混合作用。古代對(duì)鹽湖資源的開(kāi)采早在公元前2世紀(jì)，今山西省運(yùn)城地區(qū)解池湖水（鹵水）就被用于曬鹽。它是我國(guó)開(kāi)發(fā)最早的鹽湖。此外，開(kāi)發(fā)歷史較為久遠(yuǎn)的鹽湖還有吉蘭泰池，同湖池昭化池、雅布賴(lài)池和茶卡鹽池，其中以吉蘭泰池最為著名。因該湖鹽質(zhì)極佳，獲利大，故唐宣宗大中四年（850年）將其由“度支”收管。除開(kāi)采石鹽外，內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)的鹽湖是我國(guó)著名的天然堿產(chǎn)地。西藏班戈湖中的硼砂，早在公元6世紀(jì)時(shí)就已開(kāi)采，比歐洲整整早了1000年。三、天然水的分類(lèi)1）按水化學(xué)成分分類(lèi)。按照水中各種主要離子成分的相對(duì)含量等指標(biāo)，以公式的形式來(lái)表示水的基本化學(xué)性質(zhì)。2）按礦化度分類(lèi)。天然水按礦化度分類(lèi)表（g/L）

類(lèi)型低礦化度水（淡水)弱礦化（微咸水)中度礦化（咸水)強(qiáng)礦化（鹽水)高礦化（鹵水)礦化度＜11-2424-3535-50＞503）按主要離子成分比例分類(lèi)

礦泉水——是極其珍貴的礦產(chǎn)資源，之所以珍貴是因?yàn)樗窃谝粋€(gè)特定的水文地質(zhì)構(gòu)造條件下，經(jīng)百余年地下深層水的徑流和循環(huán)而生成，同時(shí)它賦存于地下深層，無(wú)任何污染，水質(zhì)四季穩(wěn)定，富含多種有益于人體健康的礦物質(zhì)及其微量元素，而且離子比例適中，易于人體吸收，是最安全、衛(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)的高品位、高質(zhì)量飲品。

飲用天然礦泉水是目前各種水種中唯一純天然的高級(jí)飲品，一開(kāi)采就可直接飲用，飲用礦泉水的開(kāi)發(fā)需要巨大的投資和復(fù)雜的評(píng)價(jià)審批流程，從水質(zhì)等業(yè)務(wù)評(píng)估、專(zhuān)家鑒定及各項(xiàng)審批到取得采礦許可資格，一般歷時(shí)二年以上，每口深井需投資逾百萬(wàn)元以上，所以只有規(guī)模較大的品牌企業(yè)才有能力獲得其開(kāi)發(fā)權(quán)。生產(chǎn)礦泉水產(chǎn)品技術(shù)含量高，小型企業(yè)難以控制產(chǎn)品質(zhì)量，所以很少?gòu)S家生產(chǎn)礦泉水。

純凈水——幾乎百分之百生產(chǎn)純凈水的企業(yè)，均采用自來(lái)水作為水源，經(jīng)過(guò)RO膜過(guò)濾工藝獲得。這種工藝可以去除掉自來(lái)水中的任何物質(zhì)，包括有害物質(zhì)和有益物質(zhì)。所以純凈水優(yōu)點(diǎn)為純凈、缺點(diǎn)為無(wú)任何營(yíng)養(yǎng)。長(zhǎng)期飲用純凈水會(huì)導(dǎo)致身體營(yíng)養(yǎng)失衡。

蒸餾水——同純凈水一樣，蒸餾水是采用自來(lái)水作為水源，經(jīng)低壓蒸餾后所得。該工藝能除掉比水沸點(diǎn)高的任何離子，包括有害重金屬離子，但最大的缺點(diǎn)是它無(wú)法去除比水沸點(diǎn)低的物質(zhì)（如有機(jī)物、化工產(chǎn)品、人工合成物、氯化物、藻類(lèi)等有害物質(zhì)）。所以一般用蒸餾法得到的水，酸度相對(duì)純凈水要偏高，并且無(wú)營(yíng)養(yǎng),國(guó)際上有些國(guó)家不允許蒸餾水作為飲用水銷(xiāo)售。

天然水——一般為地表水，或未能達(dá)到礦泉水標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家對(duì)礦泉水有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)）的地下水。地表水分為山泉水、水庫(kù)水、江河水等。天然水水種受環(huán)境和氣候的影響較大、污染嚴(yán)重，如工業(yè)污染，樹(shù)葉、動(dòng)物有機(jī)物腐爛，酸雨等，當(dāng)今世界各國(guó)一般不用該水種作為瓶裝飲用水。

礦物質(zhì)水——礦化水，是自來(lái)水經(jīng)反滲透處理后，再人工加入一定比例的礦物質(zhì)而制成的，是一種人工成份較大的飲用水，目前礦物質(zhì)水暫無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。天然礦泉水VS礦物質(zhì)水

天然礦泉水，是指從地下深處自然涌出的或經(jīng)人工發(fā)掘的、未受污染的地下礦水，它含有一定量的礦物質(zhì)、微量元素。在通常狀況下，其化學(xué)成分、流量、水溫等動(dòng)態(tài)在天然波動(dòng)范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，水質(zhì)的界限指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期飲用礦泉水，對(duì)人體確有較明顯的營(yíng)養(yǎng)保健作用。天然礦泉水好喝，水質(zhì)晶瑩、剔透、爽口、清涼，用它煮飯熬粥香甜可口，用它泡茶清涼味醇，現(xiàn)已受到廣大消費(fèi)者的青睞。礦物質(zhì)水是在純凈水的基礎(chǔ)上，加人人工合成礦化液而成，成品水有的具有一些少量沉淀物、顏色，濁度一般大于天然礦泉水，也有人稱(chēng)它為仿礦泉水。

勿將礦物質(zhì)水當(dāng)?shù)V泉水飲用1、由于沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)生產(chǎn)的礦物質(zhì)水的礦物質(zhì)種類(lèi)和含量都不同。有的甚至直接在水中加化學(xué)試劑，也有的使用來(lái)路不明的礦物質(zhì)濃縮液，這些添加物質(zhì)的安全性和有效性都沒(méi)有進(jìn)行過(guò)論證，含量的多少無(wú)科學(xué)依據(jù)。2、天然礦泉水的礦物質(zhì)、微量元素等成分的含量穩(wěn)定，一般以離子狀態(tài)存在，容易被人體所吸收，而人工合成的礦物質(zhì)水中的微量元素含量卻不穩(wěn)定，受人為因素的影響較大。3、一些微量元素有害與有益濃度之間的界限指標(biāo)靠人為加入是十分難把握的。例如：硒含量為0．01—0．05毫克／升可防癌、抗癌，增強(qiáng)人體免疫功能，但含量大于0．05毫克／升時(shí)則會(huì)造成硒中毒。碘化物含量為0．2～0．5毫克／升對(duì)人體有益，但含量大0．5毫克／升時(shí)則會(huì)引發(fā)碘中毒，不利于人體健康。四、水體的化學(xué)性質(zhì)（一）大氣水的化學(xué)組成及特性特性：1.溶解氣體的含量近于飽和。水汽蒸發(fā)上升及雨滴在凝結(jié)降落過(guò)程中與空氣充分接觸，在一定溫度、壓力條件下，O2、N2、CO2

在降水中都近于飽和。2.降水普遍顯酸性?？諝庵蠧O2的含量為0.03％，當(dāng)雨雪中飽和的CO2達(dá)到電離平衡時(shí)，其pH值為5.6，故顯酸性。大氣降水的pH值小于5.6即為酸雨。酸雨中含有多種無(wú)機(jī)酸，絕大部分是硫酸和硝酸，它是人為排放的SO2和NO、NO2轉(zhuǎn)化而成的。大量燃燒礦物燃料、金屬冶煉和化工生產(chǎn)，在無(wú)凈化的情況排放廢氣，都可能釀成酸雨危害?？傊邓V化度最低。呈弱酸性，對(duì)于各種可溶性鹽類(lèi)遠(yuǎn)未飽和。故降水落到地面便具有能使各種元素進(jìn)入水中的能力。（二）海水的化學(xué)組成及特點(diǎn)海洋是地球水圈的主體，是全球水分循環(huán)的主要起點(diǎn)和歸宿，也是各大陸外流區(qū)的巖石風(fēng)化產(chǎn)物最終的聚集場(chǎng)所。海水的歷史可追溯到地殼形成的初期，在漫長(zhǎng)的歲月里，由于地殼的變動(dòng)和廣泛的生物活動(dòng)，改變著海水的某些化學(xué)成分1.海水的化學(xué)組成主要化學(xué)元素是氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、硅、氟等12種，其含量約占全部海水化學(xué)元素含量的99.8—99.9％，因此被稱(chēng)為海水的大量元素。海水化學(xué)元素最大特點(diǎn)之一是上述12種主要離子濃度之間的比例幾乎不變，因此稱(chēng)為海水組成的恒定性。（三）河水化學(xué)成分的特點(diǎn)1.河水的礦化度普遍低2.河水中各種離子的含量差異很大3.河水化學(xué)組成的空間分布有差異性。

大的江河，流域范圍廣，流程長(zhǎng)，流經(jīng)的區(qū)域條件復(fù)雜，并有不同區(qū)域的支流匯入，各河段水化學(xué)特征的不均一性就很明顯。離河源越遠(yuǎn)，河水的礦化度越大，同時(shí)鈉和氯的比重也增大，重碳酸鹽所占比重減小。4.河水化學(xué)組成的時(shí)間變化明顯。河水補(bǔ)給來(lái)源隨季節(jié)變化明顯，因而水化學(xué)組成也隨季節(jié)變化。（四）湖水化學(xué)成分的特點(diǎn)1.湖水的礦化度有差異。

按照礦化度，通常將湖泊分為淡水湖（＜1克/升）、微咸水湖（1—24.7克/升）、咸水湖（24.7—35克/升）、鹽湖（＞35克/升）幾種類(lèi)型。不同類(lèi)型的湖泊，其地理分布具有地帶性規(guī)律。2.湖中生物作用強(qiáng)烈。

營(yíng)養(yǎng)元素（N、P）在湖水、生物體、底質(zhì)中循環(huán)，各地的淡水湖泊都有不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。3.湖水交替緩慢，深水湖有分層性（五）地下水的化學(xué)特征1.礦化條件復(fù)雜2.礦化度變化范圍大，從淡水直到鹽水。

3.地下水的化學(xué)成分的時(shí)間變化極為緩慢，常需以地質(zhì)年代衡量。4.地下水與大氣接觸有很大的局限性第三節(jié)

地球上水的分布與水資源一、地球上水的分布地球總面積為5.1億平方公里，其中海洋面積為3.613億平方公里（表1-19），約占地球總面積的70.8％。除海洋外，還有湖泊、河流、沼澤、冰川等。地表約四分之三被水所覆蓋。地表之上的大氣中的水汽來(lái)自地球表面各種水體水面的蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)及植物散發(fā)，并借助空氣的垂直交換向上輸送。地球上的水，水平分布面積很廣，垂直分布存在于大氣圈、生物圈、巖石圈之中，其水量非常豐富，約為13.86億立方公里，所以地球有“水的行星”之稱(chēng)。

地質(zhì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，2萬(wàn)年來(lái)，世界海洋的水位漲高了大約100米。于是，地球表面水量不斷增多就成難解之迷。直到最近，美國(guó)衣阿華大學(xué)研究小組的科學(xué)家，從人造衛(wèi)星發(fā)回的數(shù)千張地球大氣紫外輻射圖像中，發(fā)現(xiàn)在圓盤(pán)形狀的地球圖像上總有一些小黑斑。每個(gè)小黑斑大約存在2—3分鐘，面積約有2000平方公里。經(jīng)過(guò)分析，這些斑點(diǎn)是由一些看不見(jiàn)的冰塊組成的小彗星沖入地球大氣層，破裂和融化成水蒸汽造成的?？茖W(xué)家估計(jì)，每分鐘大約有20顆平均直徑為10米的冰狀小彗星進(jìn)入地球大氣層，每顆釋放約100噸水。二、水資源涵義與特性水是寶貴的自然資源，也是自然生態(tài)環(huán)境中最積極、最活躍的因素。同時(shí)，水又是人類(lèi)生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基本條件，其應(yīng)用價(jià)值表現(xiàn)為水量、水質(zhì)及水能三個(gè)方面。（一）水資源的涵義1.廣義水資源世界上一切水體，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、土壤水、地下水及大氣中的水分，都是人類(lèi)寶貴的財(cái)富，即水資源。按照這樣理解，自然界的水體既是地理環(huán)境要素，又是水資源。2.狹義水資源狹義的水資源不同于自然界的水體，它僅僅指在一定時(shí)期內(nèi)，能被人類(lèi)直接或間接開(kāi)發(fā)利用的那一部分動(dòng)態(tài)水體。這種開(kāi)發(fā)利用，不僅目前在技術(shù)上可能，而且經(jīng)濟(jì)上合理，且對(duì)生態(tài)環(huán)境可能造成的影響也是可接受的。這種水資源主要指河流、湖泊、地下水和土壤水等淡水，個(gè)別地方還包括微咸水。（二）水資源的特性1.水資源的循環(huán)再生性與其有限性2.時(shí)空分布的不均勻性3.利用的廣泛性和不可代替性4.利與害的兩重性1.水資源的循環(huán)再生性與其有限性水資源與其它資源不同，在水文循環(huán)過(guò)程中使水不斷的恢復(fù)和更新，屬可再生資源。水循環(huán)過(guò)程具有無(wú)限性的特點(diǎn)，但在其循環(huán)過(guò)程中，又受太陽(yáng)輻射、地表下墊面、人類(lèi)活動(dòng)等條件的制約，每年更新的水量又是有限的，而且自然界中各種水體的循環(huán)周期不同。2.時(shí)空分布的不均勻性作為水資源主要補(bǔ)給來(lái)源的大氣降水、地表徑流和地下徑流等都具有隨機(jī)性和周期性，其年內(nèi)與年際變化都很大；它們?cè)诘貐^(qū)分布上也很不均衡，有些地方干旱水量很少，但有些地方水量又很多而形成災(zāi)害，這給水資源的合理開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)很大的困難。3.利用的廣泛性和不可代替性水資源是生活資料又是生產(chǎn)資料，在國(guó)計(jì)民生中用途廣泛，各行各業(yè)都離不開(kāi)它。從水資源利用方式看，可分為耗用水量和借用水體兩種。生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)用水等，都屬于消耗性用水，其中一部分回歸到水體中，但量已減少，而且水質(zhì)也發(fā)生了變化；另一種使用形式為非消耗性的，例如，養(yǎng)魚(yú)、航運(yùn)、水力發(fā)電等。水資源這種綜合效益是其它任何自然資源無(wú)法替代的。此外，水還有很大的非經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)值，自然界中各種水體是環(huán)境的重要組成部分，有著巨大的生態(tài)環(huán)境效益，水是一切生物的命脈。不考慮這一點(diǎn)，就不能真正認(rèn)識(shí)水資源的重要性。。4.利與害的兩重性由于降水和徑流的地區(qū)分布不平衡和時(shí)程分配的不均勻，往往會(huì)出現(xiàn)洪澇、旱堿等自然災(zāi)害。開(kāi)發(fā)利用水資源目的是興利除害，造福人民。如果開(kāi)發(fā)利用不當(dāng)，也會(huì)引起人為災(zāi)害，例如，垮壩事故、水土流失、次生鹽漬化、水質(zhì)污染、地下水枯竭、地面沉降、誘發(fā)地震等，也是時(shí)有發(fā)生的。水的可供開(kāi)發(fā)利用和可能引起的災(zāi)害，說(shuō)明水資源具有利與害的兩重性。因此，開(kāi)發(fā)利用水資源必須重視其兩重性這一特點(diǎn)，嚴(yán)格按自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)律辦事，達(dá)到興利除害的雙重目的。水資源不只是自然之物，而且有商品屬性。一些國(guó)家都建立了有償使用制度，在開(kāi)發(fā)利用中受經(jīng)濟(jì)規(guī)律制約，體現(xiàn)了水資源的社會(huì)性與經(jīng)濟(jì)性。幾種淡水獲取方式的成本比較單位：元/立方米遠(yuǎn)程調(diào)水引灤入津：2.3元/立方米(直接成本)南水北調(diào):5-20元/立方米(到北京平均水價(jià))海水淡化海水：4--7元/立方米(綜合成本)苦咸水：2--4元/立方米(綜合成本)在我國(guó)，由于受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有良性的水價(jià)形成機(jī)制，自來(lái)水的價(jià)格與價(jià)值嚴(yán)重背離，政府負(fù)擔(dān)著巨額補(bǔ)貼，自來(lái)水的價(jià)格普遍偏低，目前自來(lái)水的價(jià)格一般為1.5-2元/立方米，隨著淡化技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效益的顯現(xiàn)，海水（苦咸水）淡化的成本將會(huì)越來(lái)越低。隨著淡水資源的日趨缺乏，各個(gè)城市節(jié)水措施已經(jīng)出臺(tái)，實(shí)行自來(lái)水限量使用，超標(biāo)加價(jià)。三、世界水資源水資源是指全球水量中可為人類(lèi)生存、發(fā)展所利用的水量，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量。最能反映水資源數(shù)量和特征的是年降水量和河流的年徑流量。年徑流量不僅包含降水時(shí)產(chǎn)生的地表水，而且還包括地下水的補(bǔ)給。所以，世界各國(guó)通常采用多年平均徑流量來(lái)表示水資源量。

水資源在不同地區(qū)、不同年份和不同季節(jié)的分配是極不均衡的。由于工、農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，人口的急劇增加和生活水平的提高，不合理的利用水和浪費(fèi)水的現(xiàn)象則較為嚴(yán)重。目前世界上60％的地區(qū)面臨淡水不足的困境，40多個(gè)國(guó)家的水資源嚴(yán)重匱缺。有的國(guó)家大量排放污水造成的水資源污染，不僅更加加劇了水源不足的矛盾，而且使世界生態(tài)環(huán)境受到破壞，直接威脅著人類(lèi)自身的健康和生存條件。四、我國(guó)水資源（一）水資源總量全國(guó)多年平均地表水資源量為27115億立方米，多年平均地下水資源量為8288億立方米，扣除兩者之間的重復(fù)計(jì)算水量7279億立方米后，全國(guó)多年平均水資源總量為28124億立方米。（二）水資源時(shí)空變化1.地區(qū)分布因受海陸位置、水汽來(lái)源、地形條件等因素影響，我國(guó)水資源的地區(qū)分布很不均勻，總趨勢(shì)是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。全國(guó)大致可劃分為水資源條件不同的5個(gè)地帶：1）多雨-豐水帶2）濕潤(rùn)-多水帶3）半濕潤(rùn)-過(guò)渡帶4）半干旱-少水帶5）干旱-干涸帶1）多雨-豐水帶年降水量大于1600毫米，年徑流深超過(guò)800毫米，年徑流系數(shù)在0.5以上。包括浙江、福建、臺(tái)灣、廣東等省的大部分地區(qū)，廣西東部、云南西南部、西藏東南隅，以及江西、湖南、四川西部的山地。其中臺(tái)灣東北部和西藏東南的局部地區(qū)，年徑流深高達(dá)5000毫米，是我國(guó)水資源最豐富地區(qū)。2）濕潤(rùn)-多水帶

年降水量800—1600毫米，年徑流深200—800毫米，年徑流系數(shù)為0.25—0.5。主要包括沂沭河下游和淮河兩岸地區(qū)，秦嶺以南漢水流域，長(zhǎng)江中下游地區(qū)，云南、貴州、四川、廣西等省區(qū)的大部分及東北的長(zhǎng)白山區(qū)。沂河是淮河流域泗沂沭水系中的較大河流。位于山東省南部與江蘇省北部，為古淮河支流泗水的支流。源出山東省沂源縣田莊水庫(kù)上源東支牛角山北麓（另傳統(tǒng)稱(chēng)源出魯山），北流過(guò)沂源縣城后折向南，經(jīng)沂水、沂南、臨沂、蒙陰、平邑、郯城等縣、市，至江蘇省邳縣吳樓村入新沂河，抵燕尾港入黃海，全長(zhǎng)500余公里，流域面積1.16萬(wàn)平方公里。在臨沂以上主要為山丘區(qū)，水土流失嚴(yán)重。支流多由西側(cè)匯入，呈不對(duì)稱(chēng)樹(shù)枝狀，屬山水性河道，水流急，洪峰高，暴漲暴落。臨沂以下，進(jìn)入平原，河道寬淺，主要靠筑堤排洪。沭河位于中國(guó)山東省南部及江蘇省北部。源出山東省沂蒙山區(qū)的沂水縣沂山南麓。同沂水平行南流，過(guò)郯城縣入江蘇省。原在今宿遷市匯入泗水再入淮河。1128～1855年黃河南徙奪徐州市以下泗水河道和淮陰市以下淮河干流入海。后因河床淤高，黃河在1855年又北徙，留下廢黃河故道，沭河失去了入淮的水道。3）半濕潤(rùn)-過(guò)渡帶年降水量400—800毫米，年徑流深50—200毫米，年徑流系數(shù)0.1—0.25。包括黃淮海平原，東北三省、山西、陜西的大部分，甘肅和青海的東南部，新疆北部和西部山地，四川西北部和西藏東部。4）半干旱-少水帶

年降水量200—400毫米，年徑流深10—50毫米，年徑流系數(shù)在0.1以下。包括東北地區(qū)西部，內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅的大部分地區(qū)，青海、新疆的西北部和西藏部分地區(qū)。5）干旱-干涸帶

年降水量小于200毫米，年徑流深不足10毫米，有的地區(qū)為無(wú)流區(qū)。包括內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅的荒漠和沙漠，青海的柴達(dá)木盆地，新疆的塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地，西藏北部羌塘地區(qū)。5）干旱-干涸帶

年降水量小于200毫米，年徑流深不足10毫米，有的地區(qū)為無(wú)流區(qū)。包括內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅的荒漠和沙漠，青海的柴達(dá)木盆地，新疆的塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地，西藏北部羌塘地區(qū)。2.多年變化水資源通常以豐枯變化規(guī)律反映多年變化過(guò)程，以極值比表示年際變差幅度。1）豐枯變化規(guī)律根據(jù)全國(guó)53個(gè)有長(zhǎng)系列年降水和年徑流資料的測(cè)站的模比系數(shù)差積曲線(xiàn)分析，全國(guó)水資源豐枯變化規(guī)律大致可歸納為三種類(lèi)型：①有比較明顯的60—80年長(zhǎng)周期②有比較明顯的30—40年短周期③沒(méi)有明顯的周期性變化規(guī)律模比系數(shù)

一系列的數(shù)據(jù)求得均值之后再拿每個(gè)數(shù)據(jù)分別除以均值,所得到的各個(gè)數(shù)據(jù)都是模比系數(shù)。2）極值比系列中最大值與最小值的倍比值，稱(chēng)為極值比（Km），可以作為反映降水、徑流年際變幅的指標(biāo)。3.季節(jié)變化河川年徑流量的季節(jié)變化取決于河流的補(bǔ)給條件。按照河流補(bǔ)給情況，全國(guó)大致可分為三區(qū)：①秦嶺以南主要為雨水補(bǔ)給區(qū)②東北地區(qū)、華北部分地區(qū)、黃河上游和西北一些河流，為雨水和冰雪融水補(bǔ)給區(qū)③西北內(nèi)陸地區(qū)的祁連山、天山、阿爾泰山、昆侖山以及青藏高原部分河流，主要由高山冰雪融水補(bǔ)給3.季節(jié)變化河川年徑流量的季節(jié)變化取決于河流的補(bǔ)給條件。按照河流補(bǔ)給情況，全國(guó)大致可分為三區(qū)：①秦嶺以南主要為雨水補(bǔ)給區(qū)②東北地區(qū)、華北部分地區(qū)、黃河上游和西北一些河流，為雨水和冰雪融水補(bǔ)給區(qū)③西北內(nèi)陸地區(qū)的祁連山、天山、阿爾泰山、昆侖山以及青藏高原部分河流，主要由高山冰雪融水補(bǔ)給（三）水資源條件和問(wèn)題1.水資源總量不少，但人均、畝均水量較少，合理利用和保護(hù)水資源應(yīng)作為我國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持的國(guó)策。2.水資源的地區(qū)分布很不均勻，與人口、耕地的分布不相適應(yīng)，進(jìn)行水量的地區(qū)調(diào)配是水資源開(kāi)發(fā)利用的重要課題3.水量的年內(nèi)、年際變化大，水旱災(zāi)害頻繁，抗旱防洪澇始終是一項(xiàng)艱巨任務(wù)4.水土流失和泥沙淤積嚴(yán)重，破壞了生態(tài)平衡，增加了江河防洪困難，降低了水利工程效益。5.地下水是我國(guó)重要水資源，要合理開(kāi)發(fā)利用，防止過(guò)量開(kāi)采。6.天然水質(zhì)相當(dāng)良好，但人為污染日趨嚴(yán)重，防止水質(zhì)惡化，保護(hù)水源已是當(dāng)務(wù)之急。1.水資源總量不少，但人均、畝均水量較少，合理利用和保護(hù)水資源應(yīng)作為我國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持的國(guó)策。我國(guó)水資源總量為28124億立方米，其中河川徑流量為27115億立方米，少于巴西、加拿大、俄羅斯、美國(guó)和印度尼西亞，居世界第六位。從水資源總量來(lái)說(shuō)不算少，但我國(guó)人口眾多，90年人均地表水量只有2338米3，約為世界人均水量的四分之一；耕地面積也不少，畝均水量1759立方米，約為世界畝均水量的四分之三，可見(jiàn)我國(guó)水資源并不富裕。水是重要的資源，關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，必須十分珍惜，合理開(kāi)發(fā)利用，充分發(fā)揮有限資源的作用。2.水資源的地區(qū)分布很不均勻，與人口、耕地的分布不相適應(yīng)，進(jìn)行水量的地區(qū)調(diào)配是水資源開(kāi)發(fā)利用的重要課題從全國(guó)來(lái)說(shuō)，南方水多、地少、人多，北方水少、地多，造成了南方水量有余，北方水量短缺的局面。南方四區(qū)水資源總量占全國(guó)的81％，人口占全國(guó)的54.7％，耕地只占全國(guó)的35.9％；而北方四區(qū)（不含內(nèi)陸區(qū)）水資源總量只占全國(guó)的14.4％，耕地卻占全國(guó)的58.3％，人口占全國(guó)的43.2％。北方四區(qū)人均水量為938立方米，其中海灤河流域只有430立方米；而南方四區(qū)人均水量為4170立方米，其中西南諸河高達(dá)38431立方米。北方四區(qū)畝均水量454立方米，其中海灤河流域只有251立方米；南方四區(qū)畝均水量4134立方米，其中西南諸河高達(dá)21783立方米。南方與北方比，人均水量為4.4倍，畝均水量為9.1倍；西南諸河與海灤河相比，人均水量為89倍，畝均水量為87倍。內(nèi)陸諸河人均、畝均水量雖然不少，但有人居住地區(qū)水量有限，水量亦感不足。3.水量的年內(nèi)、年際變化大，水旱災(zāi)害頻繁，抗旱防洪澇始終是一項(xiàng)艱巨任務(wù)全國(guó)有5個(gè)主要旱災(zāi)區(qū)，自北而南為松遼平原、黃淮海平原、黃土高原、四川盆地東部和北部、云貴高原至廣東湛江一帶。全國(guó)約有70％以上的受旱面積在這些地區(qū)，以黃淮海平原受旱最嚴(yán)重，受旱面積占全國(guó)受旱面積一半以上。洪澇災(zāi)害主要發(fā)生在黃河、海河、長(zhǎng)江、珠江、松花江、遼河等7大河的中下游平原地區(qū)，其中以華北平