第四章 水教材

第四章海洋和陸地水第一節(jié)地球水循環(huán)與水量平衡一、地球上水的分布海洋、河流、湖泊、地下水、大氣水分和冰，共同構(gòu)成地球的水圈，地球上的水有97％以上在海洋中二、水循環(huán)與水量平衡地球上的水并不是處于靜止狀態(tài)的。海洋、大氣和陸地的水，隨時隨地都通過相變和運動進行著連續(xù)的大規(guī)模的交換。這種交換過程，就是水分循環(huán)。水循環(huán)模式水量平衡降水、蒸發(fā)和徑流在整個水分循環(huán)中，是三個最重要的環(huán)節(jié)全球水量平衡海陸降水量之和等于海陸蒸發(fā)量之和海洋是大氣水分和陸地水的主要來源大陸氣團對陸地江水的作用遠不及海洋氣團作用海洋蒸發(fā)量大于降水量，陸地小于降水量全球降水與蒸發(fā)赤道地區(qū)，特別0°～10°N副熱帶高壓區(qū)，10°～40°SN，南半球更突出40°～90°SN，南半球更突出兩極降水與蒸發(fā)均較少第二節(jié)海洋起源與海水理化性質(zhì)一、海洋的形成幾種假說：1、洋殼是原生的，地球形成初期就存在2、泛大陸分離時海底擴張形成3、熔融巖漿侵入地殼并溢出地表冷凝海水來自地殼和上地幔世界大洋和海二、世界洋分為：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋三、海及其分類（1）內(nèi)海，或稱地中海：四周幾乎完全被陸地包圍，只有一個或多個海峽與洋或鄰海相通。它可以位于一個大陸內(nèi)部，也可以位于兩個大陸之間。地中海、紅海、黑海、波羅的海、渤海等，都是內(nèi)海。（2）邊緣海：位于大陸邊緣，以半島或島嶼與大洋或鄰海相分隔，但直接受由外海傳播來的洋流和潮汐的影響。白令海、鄂霍次克海、日本海、黃海、東海和南海等，均為邊緣海。（3）外海：雖位于大陸邊緣，但與洋有廣闊聯(lián)系的海，稱為外海。如阿拉伯海、巴倫支海等。（4）島間海：大洋中由一系列島嶼所環(huán)繞形成的水域，稱為島間海。如爪哇海、蘇拉威西海等。四、海水的組成海水是含有多種溶解固體和氣體的水溶液，其中水約占96.5％，其他物質(zhì)占3.5％。海水中還有少量有機和無機懸浮固體物質(zhì)氫和氧是海水中最主要的化學成分海水鹽度是指海水中全部溶解固體與海水重量之比海水的氯度是每千克海水中所含氯的克數(shù)五、海水的溫度、密度和透明度海水的溫度決定于海水的熱量收支狀況海水密度值是溫度、鹽度和壓力的函數(shù)。溫度升高時密度減小，鹽度增加時，密度增大海水的顏色決定于海水對太陽光線的吸收和反射狀況海水的透明度以直徑30厘米的白圓盤投入海水中的可見深度來表示海洋的物理結(jié)構(gòu)第三節(jié)海水的運動一、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(xiàn)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，反之叫小潮海水受月球和太陽的引力而發(fā)生潮位升降的同時，還發(fā)生周期性的流動，這就是潮流潮流類型也分為半日潮流、混合潮流和全日潮流三種。二、海洋中的波浪波浪是指海水在外力和慣性力的作用下，水面隨時間起伏的現(xiàn)象。即海水質(zhì)點以其原有平衡位置為中心，在垂直方向上作周期性圓周運動的現(xiàn)象。波浪包括波峰、波谷、波長、波高四個要素成因可分為：由風的作用而產(chǎn)生的“風浪”；因地震或風暴而產(chǎn)生的“海嘯”；由引潮力引起的“潮波”；由氣壓突變而產(chǎn)生的“氣壓波”；因船行作用而產(chǎn)生的“船行波”波長和水深的相對關(guān)系分為“深水波”（“短波”）和“淺水波”（長波）作用力的作用情況可分為“強制波”和“自由波”（“余波”）波浪的形成波峰線發(fā)生轉(zhuǎn)折而與海岸平行，這種現(xiàn)象就是海浪的折射三、洋面流和水團運動

洋流：海水沿著一定的方向有規(guī)律的水平流動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(zhuǎn)力、海陸分布和海底起伏等等，也有不同程度的影響洋流可以分為摩擦流、重力-氣壓梯度流和潮流三類

世界洋流（北半球冬季）第四節(jié)海平面變化海平面波動的原因1、盆地本身的體積或容量改變，主要由于大洋中脊系統(tǒng)的構(gòu)造活動，如海底的擴張、巖石的冷卻。這種由大洋中脊體積變化引起的海平面升降的最大幅度大約在500m，其變化時間很慢，通常在數(shù)千萬年時間尺度上出現(xiàn)。2、陸冰的增長與消融：隨冰期環(huán)境的發(fā)展，海平面大約以1m/ka的速度緩慢下降，在末次冰盛期海平面下降量達到最大，比現(xiàn)在海平面低120-150m.冰期終結(jié)較為迅速，海平面以5-10m/ka的速度上升，在10-20ka內(nèi)恢復到冰期的水平。3、地殼均衡作用：冰期時，負載冰的大陸下沉；洋盆負載減小而造成洋殼上升；間冰期卸荷導致陸地均衡的抬升和海底下沉。由于大陸負載和卸荷的面積遠比海洋的負載和卸荷的面積小不同，大陸升降的幅度比洋殼升降的幅度大，并且二者不同步。4、下地幔流動的滯后性：大陸和洋盆的升降導致地幔中物質(zhì)的運移。陸地的快速升降與下地幔的緩慢流動不同步，因些地幔形態(tài)的變化在冰體負載穩(wěn)定以后繼續(xù)出現(xiàn)在一定距離的范圍內(nèi)。5、水文均衡：海侵導致額外的水出現(xiàn)大陸架上，增加了陸殼的負載，引起大陸邊緣相對海平面的微小變化。歷史時期的海平面變化歷史與現(xiàn)代記錄表明，海平而正在穩(wěn)定而緩慢的上升，19世紀的上長升了約10-15cm,20世紀上升速度約1-3mm/a

目前海平而上升的確切原因尚不清楚，可能的原因是：末次冰期的冰消期發(fā)生的地幔重新回復仍在繼續(xù)；人類活動增加的CO2；造成全球變暖，全球變暖首先造成山地冰川后退，估計在上個世紀已使海平面上升2-7cm，本世紀可能高達30cm.實際上貯存在水庫中的水已阻止了上世紀海平面上升1-2cm.

全球變暖的另個結(jié)果可能使南極西部的冰川融化，估計會增高5米。在南極發(fā)現(xiàn)的古海岸線（100ka）高出現(xiàn)代海平面6米，是上次間冰期時的海岸線。第五節(jié)

海洋資源和海洋環(huán)境保護

海水化學資源：海水中含量最大的化學物質(zhì)是水，水本身就是一項重要而寶貴的資源海底礦產(chǎn)資源：石油和天然氣是最重要的海底資源，還有海濱砂礦和海底礦產(chǎn)等海洋動力資源：波浪和潮汐都具有巨大的能量海洋生物資源：海洋無脊椎動物、脊椎動物和海藻等

海洋對地理環(huán)境的影響：

海洋借助自己與大氣的物質(zhì)和能量交換過程間接影響氣候和受氣候影響的各種自然現(xiàn)象

主要包括海氣相互作用、海陸相互作用和洋流

海洋在地理環(huán)境中的重要地位和對人類生活的巨大影響要求我們保護海洋環(huán)境陸地地表水的組成海洋蒸發(fā)的水汽降水冰川湖泊沼澤河流陸地表面水的組成水量（萬億立米）占地表水總量％合計24064.199.217南極2160089.057格陵蘭23406.648冰島83.50.344各洲山地40.60.168合計176.40.727淡水湖910.375咸水湖85.40.35211.40.0472.120.00924254.02100水

體沼

澤河槽（蓄水）總

計冰川與永久積雪湖泊第六節(jié)

河流一、河流、水系和流域降水或由地下涌出地表的水，匯集在地面低洼處，在重力作用下經(jīng)常地或周期地沿流水本身造成的洼地流動，這就是河流

河流沿途接納很多支流，并形成復雜的干支流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這就是水系每一條河流和每一個水系都從一定的陸地面積上獲得補給，這部分陸地面積便是河流和水系的流域

CharacteristicsoftheWorld'sTenLargestRiversRiverDrainageAreaLength(Km)WaterDischargeSedimentDischarge

(103km2)(km)(m3/s)(km3/yr)(103t/yr)Amazon(亞馬遜)615062752000006300900000Zaire(Congo)(扎伊爾)3820467040000125043000Orinoco(奧里諾科)9902570348801100210000Ganges-Brahmaputra14802700307909711670000Yangtze(長江)1940499028540900478000Mississippi-Missouri3270626018390580210000Yenisei(葉尼塞河)258057101776056013000Lena(勒拿河)250046001630051412000Mekong(湄公河)790418014900470160000Parana-LaPlata(拉普拉塔)283039401490047092000流域

水系形式是一定的巖層構(gòu)造和沉積物性質(zhì)和新構(gòu)造應力場的反映樹枝狀長方形狀格狀輻射狀環(huán)狀平行狀混亂狀襲奪狀河流傳輸系統(tǒng)河道的基本形態(tài)特征河道形態(tài)河槽平面形態(tài)縱橫斷面形態(tài)1.河槽的平面形態(tài)（1）山區(qū)河流平面形態(tài)極為復雜，急彎比比皆是，兩岸和河心常有巨石突出，岸邊極不規(guī)則，寬度變化很大，急灘、深潭上下交錯。在落差較大的地方往往形成陡坡跌水或瀑布。（2）平原河流蜿蜒曲折的平面形態(tài)，有淺灘和深槽存在。2.河槽的縱橫斷面及比降（1）河流縱斷面河流河底高程沿河長的變化可以用于表示河流的縱坡及落差的沿程分布，是推算河流水能蘊藏量的主要依據(jù)。落差：河流兩端的河底高程差，河源與河口兩處的河底高程差稱為總落差比降：某河段底落差與該河長的比值。

垂直于主流方向的河底線與水面線所包圍的平面

靜水斷面：橫斷面中流速為零的部分

過水斷面：流速大于零的部分

大斷面：以歷年最高洪水位以上某一距離處作為上界（2）河流橫斷面河流的分段河口下游中游上游河源流域中干支流總長度和流域面積之比，稱為河網(wǎng)密度D（km/km2）

河網(wǎng)密度是地表徑流豐富與否的標志之一。流域氣候、植被、地貌特征、巖石和土壤的滲透性和抗蝕能力，是河網(wǎng)密度大小的決定性因素二、河流水情要素1.水位（1）概念水位：水體的自由水面高出某一基面以上的高程?；妫焊叱唐鹚愕墓潭泓c。絕對基面：以某處的特征海水面為準作為零點。測站基面：以某測站的最枯水位以下0.5-1.0米處作為參證基面的零點。1.水位（2）影響水位變化的因素補給、河道沖淤、風、潮汐、結(jié)冰、植物生長、干支流匯合以及人類活動等。1.水位（3）水位的日變化與年內(nèi)變化水位日變化以冰雪融雪補給為主的河流以雨水補給為主的河流二、河流水情要素1.水位（4）水位過程線是以時間為橫坐標，以水位為縱坐標繪成的曲線。二、河流水情要素1.水位（5）水位歷時曲線歷時:一年中等于和大于某一水位出現(xiàn)的次數(shù)之和。2.流速（1）定義河流中水質(zhì)點在單位時間內(nèi)移動的距離。2.流速（2）河流中垂線流速的分布2.流速（3）河流中斷面流速的分布－等流速線2.流速（3）天然河流中平均流速的計算－謝才公式式中：V為河道斷面的平均流速；R為水力半徑；i為水面縱比降；C為與糙率等因素有關(guān)的流速系數(shù)。3流量（1）定義單位時間內(nèi)流經(jīng)某一過水斷面的水量，單位m3/s3.流量（1）定義式中：Q單位時間內(nèi)流經(jīng)某一過水斷面的水量；V為過水斷面平均流速；F為過水斷面面積。3.流量（2）流量過程線以時間為橫坐標，流量為縱坐標，根據(jù)流量實測記錄繪成的曲線。3.流量（3）水位流量關(guān)系曲線降水蒸散發(fā)植物截留不透水面填洼及地面滯蓄土壤蓄水地下水蓄水深層地下水坡面流壤中流地下水流河流蓄水流域出流三、河川徑流徑流的形成徑流計量單位1.流量QQ=A×V式中：A為過水斷面面積（m2）；

V為過水斷面的平均流速（m/s）。2.徑流量W一定時期內(nèi)通過河流某一橫斷面的總水量。單位：m3。式中：Q（t）為t時刻流量（m3/s）；T為計算歷時（s）。3.徑流深R徑流量均勻地鋪在整個流域面積上所相當?shù)乃畬由疃?。單位：mm。R＝W/(1000A)式中：W徑流量（m3）；

A為流域面積（km2）。4.徑流模數(shù)M流域出口斷面流量與流域面積之比值。單位：m3/（s·km2）。M＝Q/A5.徑流系數(shù)

某一時期內(nèi)的徑流深與相應的流域平均降雨深的比值。取值范圍為0～1。河川正常年徑流量的基本概念無限長時期年徑流量的算術(shù)平均值。（1）有長期實測資料情況下正常年徑流量的計算指系列有足夠長（一般要求二、三十年以上）；包括有豐、中、枯水的典型年觀測資料；由它計算的多年平均值基本上趨于穩(wěn)定。（2）有短期實測資料情況下正常年徑流量的計算指僅有20年以下的實測資料，代表性較差。延展資料系列的方法－相關(guān)分析法徑流的變化徑流的季節(jié)分配

冬季枯水春季桃汛或平水、枯水夏季洪水秋季平水徑流的年際變化豐水年：年徑流量大于正常年徑流量?？菟辏耗陱搅髁啃∮谡Ｄ陱搅髁俊Ｒ阅陱搅髁康碾x差系數(shù)Cv表示年徑流的變化程度，與降雨量的變率分布一致特征徑流

洪水：大量的降水在短時間內(nèi)匯入河槽形成特大的徑流。

枯水：一年中沒有洪水時期的徑流。四、河流的補給1.雨水補給2.季節(jié)性積雪融水補給3.永久積雪或冰川融水補給4.湖泊沼澤水補給5.地下水補給五、流域的水量平衡

進入任意流域空間的水量，減去所消耗的水量，等于它原來水量的絕對增加量，這就是流域水量平衡的原理

六、河流的分類1）以河流的水源作為河流最重要的典型標志，按照氣候條件對河流進行分類；2）根據(jù)徑流的水源和最大徑流發(fā)生季節(jié)來劃分；3）根據(jù)徑流年內(nèi)分配的均勻程度來劃分；4）根據(jù)徑流的季節(jié)變化，按河流月平均流量過程線的動態(tài)來劃分；5）根據(jù)河槽的穩(wěn)定性來劃分；6）根據(jù)河流及流域的氣候、地貌、水源、水量、水情、河床變化等綜合因素來劃分

我國常以河流徑流的年內(nèi)動態(tài)差異為標志進行河流分類

七、河流與地理環(huán)境的相互影響河流是所在流域內(nèi)自然地理總背景下的產(chǎn)物。河流的地理分布受著氣候的嚴格控制。實際上，河流的水文特征，包括水源的補給形式及其比例，水位、流量及其季節(jié)變化，結(jié)冰與否及結(jié)冰期長短，等等，無一不受氣候條件制約。河流是地球水分循環(huán)的一個重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)，內(nèi)陸河流把水分從高山輸送到內(nèi)陸盆地底部或湖泊中，實現(xiàn)水分小循環(huán)；外流河把大量水分由陸地帶入海洋，彌補海水的蒸發(fā)損耗，實現(xiàn)水分大循環(huán)。同時，熱量和礦物質(zhì)也隨水分一起輸送。南北向河流把溫度較高的水送往高緯地區(qū)，或者相反，對流域氣溫都具有調(diào)節(jié)作用。沖積平原河流三角洲科羅拉多高原上的河流衛(wèi)星照片中的河流第七節(jié)

湖泊與沼澤湖泊概念：陸地上天然洼地之蓄水體系，是湖盆、湖水及水中物質(zhì)組合成的自然綜合體。全世界湖泊分布：總面積為250～270萬km2，占大陸面積的1.8％左右。中國湖泊分布：大于1km2的湖泊有2300多個，總面積7.17萬多km2，占全國總面積的0.78％。湖泊類型構(gòu)造湖，火口湖，堰塞湖，河成湖，風成湖，冰成湖，海成湖，溶蝕湖吞吐湖，閉口湖淡水湖，微咸水湖，咸水湖，鹽水湖貧營養(yǎng)湖，中營養(yǎng)湖，富營養(yǎng)湖湖盆成因湖水補排情況湖水礦化度湖水營養(yǎng)物質(zhì)湖泊的稱謂

湖：全國各地泊：全國各地區(qū)池：全國各地蕩：蘇浙地區(qū)淀：華北地區(qū)錯：西藏地區(qū)氿（音久）：江蘇地區(qū)海：云貴地區(qū)諾爾：內(nèi)蒙古淖（音鬧）：內(nèi)蒙古地區(qū)（諾爾的近音）潭：全國各地庫勒：新疆地區(qū)浣（音換）：江南地區(qū)湖水的性質(zhì)：1、顏色和透明度：顏色取決于含沙量多少、泥沙顆粒大小、浮游生物的種類和數(shù)量多少，明度與太陽光線、湖水含沙量、溫度及浮游生物都有關(guān)系2、溫度：太陽輻射熱量是湖水的主要熱量來源。3、化學性質(zhì)：化學成分大致是相同的，但含量由于降水、地表徑流和地下水帶入湖泊的化學元素種類和含量有差別湖水運動

1.湖水混合

概念：湖中的水團或水分子在水層之間現(xiàn)象。

湖水混合方式：

紊動混合（由風力和水力坡度力作用產(chǎn)生）

對流混合（由湖水密度差引起）

湖水穩(wěn)定度：湖水混合時混合速度所受阻力的大小

2.湖泊水量平衡一般方程：

VP+VRd1+VRg1=VE+VRd2+VRg2＋Vq

±V

式中：VP為湖面降水量；VRd1、VRd2分別為入、出湖地表徑流量；VRg1、VRg2分別為入、出湖地下徑流量；VE為湖面蒸發(fā)量；Vq為工農(nóng)業(yè)用水量；

V為計算時段始末湖水貯量的變量

對于閉合流域：

VP+VRd1=VE+VRd2＋Vq

±V對于內(nèi)陸湖泊：

VP+VRd1=VE＋Vq

±V

沼澤基本特征地表經(jīng)常過濕或有薄層積水其上生長濕生植物或沼生植物有泥炭積累或無泥炭積累，但有潛育層存在自然地理條件

地勢低平，排水不良，蒸發(fā)量小于降水量我國沼澤分布

主要分布在四川若爾蓋高原、三江平原等地。占全國陸地面積的1.15%。沼澤形成水體沼澤化湖泊沼澤化陸地沼澤化陸地沼澤化淺湖沼澤化深湖沼澤化草甸沼澤化森林沼澤化

沼澤的水文特征1.沼澤水的存在形式重力水、毛管水、薄膜水等形式存在于泥炭和草根層中。2.沼澤水的運動除部分沼澤個別時段有表面流外，大都是孔隙介質(zhì)中側(cè)向滲透的沼澤表層流，表層流在潛水位變動帶內(nèi)，呈層流狀態(tài)。3.沼澤水量平衡蒸發(fā)量大，徑流量小。在多年變化中，前者變化相對較小，后者變化相對較大。4.沼澤的溫度、凍結(jié)和解凍5.沼澤水水質(zhì)特征富含有機質(zhì)和懸浮物，生物化學作用強烈。沼澤的類型低位沼澤－富營養(yǎng)型沼澤

沼澤表面呈淺碟形，泥炭層不太厚。地表水和地下水補給豐富，泥炭的灰分含量一般超過18％。中位沼澤－中營養(yǎng)型沼澤由于泥炭層的日益增厚，沼澤表層變得平坦，沼澤植物以中營養(yǎng)植物為主。高位沼澤－貧營養(yǎng)型沼澤泥炭層較厚，沼澤表面中部凸起，沼澤植物以泥炭蘚為主，水文狀況發(fā)生了顯著的變化。上部只承受大氣降水補給，植物所需養(yǎng)分已很貧乏，泥炭灰分含量不足4％。第八節(jié)地下水地下水的物理性質(zhì)和化學成分物理參數(shù)：溫度、顏色、透明度、比重、導電性、放射性、嗅感和味感化學成分：氣體（CO2、O2、N2、CH4、H2S）、氫離子、離子成分和膠體物質(zhì)（氯離子、硫酸根離子、重碳酸根離子和碳酸根離子、鈣、鎂、鉀和鈉等）總礦化度：是指水中離子、分子和各種化合物的總含量，通常是以水烘干后所得的殘渣來確定，單位為g/l

硬度：水中鈣、鎂離子的總量1.巖石的容水性：在自然充水條件下，巖石所具有的容納外來液態(tài)水分的性能

表示方式－容水度（Wn）2.巖石的持水性：飽水巖土在重力作用下，依靠分子力何毛管力仍然保持一定水分的能力

表示方式－持水度（Wr）3.巖石的給水性：飽水巖土在重力作用下能自由排出水的