水文基础第一章

第1章地球上水的来源、分布与循环waterorigin,distributioninearthandHydrologic-cycleFundamentalsofHydrogeoloy水文地质学基础影响水文循环的因素（自学）地球上水的来源关于水的起源的认识仍存在很大的分歧,目前在约有32种关于水的形成的学说。这里简述几种主要学说。一种学说认为在地球形成之前的初始物质中存在一种H2O分子的原始星云，类似于现在平均含水0.5%的陨石，地球形成后降到地球上，从而使地球上有了水。另一种学说认为在地球形成后才有形成水的原始元素（氢和氧）。氢与氧在适宜的条件下化合。生成羟基（OH）。羟基再经过复杂的变化，形成水（H2O）。荷兰的天文学家奥特认为，地球上的主要来源是我们这颗行星的内部的岩石圈的上地幔。岩石圈的物质一半是由硅组成，其中硅酸盐和水分。这些岩石在一定的温度和适宜的条件下（如火山爆发）脱水，从而形成了地球的水。美国学者肯尼迪等认为岩石在熔化中完全混合时，含有硅酸盐75%，含水25%。在地球形成初期，火山爆发频繁，从而加快了地球水的形成。由于地球内部的高温，地球的水还在增加。在研究中，有资料表明，大洋面近1000年内上升了1.3m。不过近几十年海洋水面快速升高可能主要由于全球气候变暖造成。地球上水的来源维诺格拉多夫（1950提出，地幔带是地球表面水和深部水的唯一原域地球上水的来源，。不少学者认为，其与地球起源具有相同的形成过程。对星际尘埃的现代研究表明，星尘中含有H2O组成的聚合体。根据列文（1966）的研究，陨石中的Ⅰ型碳质球粒陨石的成分与原始星云凝聚的固态物质成分十分相似；有根据佛多维金（1967）的计算，Ⅰ型碳质球粒陨石中水的含量大20%，据此推算，假定在地球形成的完成阶段其成分相当于Ⅰ型碳质球粒陨石的成分，若其质量只是现今地球的千分之几，则其含水量约为1.2×1024g，这个数量已接近现代海水的质量。由此可知，对地球而言，星际物质赋予的水量是多么惊人！地壳浅部地下水的来源渗入氺：大气降水和地表水等通过地表岩土空隙渗入地下形成的，渗入氺是地下水最普遍、最主要的来源凝结水：在降水稀少，地表径流缺乏，而昼夜温差较大地区，由于气温差异使空气中水汽进入岩土凝结而成埋藏水：和沉积物同时形成的地下水，或海水深入到原始沉积物而被封存的地下水初生氺：在地下深处熔融的岩浆上升过程中分异出的水蒸气，遇冷凝结而成的地下水脱出水：有些矿物含有结晶水，结构水和沸石水，在一定的物理化学条件下从矿物中脱出形成，又称矿物脱出水。自然界水的分布表部圈层水：根据水的状态特点，我们把从大气圈到地球上半部分称为地球的的表部圈层，这里分布着大气水、地表水、和传统水文地质学所指的地下水。这些水不受高温高压影响，其化学状态以H2O分子形式存在，物理状态有气态、液态和固态，以液态水为主。这些水数量上尚无精确计算，据推测，整个地球表部圈层的水总量约为14.08×108km3，其中大气圈中的水仅占0.001%，地下浅部地下水约占0.60%，而地表水圈中的水却占99.40%，其中绝大部分分布于海洋中。自然界水的分布深部圈层水：地壳的下部到地幔与地核之间的深部圈层所分布的水。其数量要比表部圈层多的多，但因温压高，物理化学状态发生很大变化。一般认为在地壳15km范围内，地下水以聚合水分子液态存在，而在15～35km范围内，地温达到400～425C°，压力也很大，地下水为一种压密的气水溶液。在地壳以下的地幔带，由于温度压力都极高，推测水分子将被离解成离子状态。据推测，未经去气作用的地幔熔融物质约含5～7%的水，若假定地幔总重量为4×1027g，其熔融物质占25%，则地幔软流圈所含水分总量相当于现代海水总量的35～50倍。地球上各部位、各层圈都存在着水各部位的水是相互联系、相互转化的整体也称为水圈──水系统自然界的水循环──各部位水的联系与转化关系水循环分为：地质循环，水文循环地质循环——地球深部圈层与表部圈层水年之间的转化过程，上地幔对流运动是地质循环的主导动力水文循环——地球表部圈层各部分水（大气水、地表水、地壳浅部地下水）相互之间的交替转换。三水转换或四水转换本章重点讨论水文循环1.3水循环自然界水循环转下页自然界的水循环地质循环与水文循环关系示意图（据阿勃拉莫夫）（1）定义--（范围、四个环节）水文循环示意图——环节或要素（2）水文循环的划分循环路径不同：大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆）时空尺度不同：全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文循环（3）水文循环的运动规律海洋的蒸发量大于降水量陆地的降水量大于蒸发量大陆输入水汽量与输出水量基本平衡1.4水文循环Hydrologic-cycle水文循环-环节转下页水文循环示意图水文循环尺度——全球、流域（区域）、水-土-生思考：水文循环发生的动力条件是什么？降水蒸发径流水汽输送入渗蒸发降水水汽输送通用水量平衡方程（1）水文学（水文地质学）研究的基本原理物质不灭（质量）、能量守恒定律为基本原理（2）通用水量平衡方程：区域—段—要素I=O+(W1--W2)=O+△W其中，I：时段内输入区域的各种水量之和O：时段内输出区域的各种水量之和△W=W1-W2：区域内时段始末的储水量不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式我国水量平衡河流流域面积（%）降水量（mm）径流量（mm）蒸发量（mm）太平洋56.72918391527印度洋6.51739518.6220.4北冰洋0.53357215.9141.1外流河域总计63.76896403.4492.6内流河域36.2416433.8130.2全国合计100629269.5359.5中国水系思考并总结我国水量平衡特点我国水量平衡（续）太平洋流域内流区域印度洋流域北冰洋流域中国水系全球水量平衡分区水量平衡要素年水量（km3）年水深（mm）降水量110000924径流量47000395外流区蒸发量63000529降水量9000300内流河域蒸发量9000300降水量4580001270径流量47000130世界海洋蒸发量5050001400降水量5770001130全球蒸发量5770001130思考并总结全球水量平衡特点水文循环的作用水文循环的作用：通过循环—水的质量得以净化、水的数量得以再生水资源不断更新与再生，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影响水文循环的因素—自学（1）气象因素（2）自然地理条件（3）人类活动等无论哪种因素如果其影响的结果是：有利于蒸发，不利于径流，就会促进内陆水文循环。思考题（1）水文循环的内、外因是什么？（2）为什么称水资源为可再生资源，可再生的水资源是取之不尽的吗？（3）举例说明人类活动对“水文循环”产生的影响。（4）研究一个地区水量平衡有何意义？第一章结束