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1第2章地球中水的分布与循环本章学习内容：1.了解地球上的水与量的分布；2.从自然界的水循环特征，掌握水文循环与地质循环的概念；3.理解与水文循环有关的气象、水文因素；4.简介我国的水资源、地下水概况及中国地下水分区及煤矿水害分区。本章重难点：水文循环与地质循环的区别与意义；水文循环的内外因条件2.1地球中水的分布水的来源？星外说（太空）、星内说（空气密度增大：气态水-液体水）地球是一个富水的行星。水是一种具有超乎寻常特征的分子（地球演化积极因子），可以在冰、液体、蒸汽和超临界流体之间变化，使之在各种地质作用中扮演十分重要的角色。地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。即：浅部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中；深部层圈水，如地幔的水和地核水。1）浅部层圈水分布有大气水、地表水、地下水、生物体中的水矿物中的水，这些水均以自由态H2O分子或结合水（石膏）形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。我们从表1-1中，可以建立地球浅部层圈水的分布状况与数量概念。表1-1地球浅部层圈水的分布2据联合国教科文组织资料，转引自中国大百科全书《大气科学·海洋科学·水文科学》卷。未包括生物圈及岩石圈矿物结合水。浅部层圈中水的总体积约为13.86×108（约14亿Km3）。若将这些水均匀平铺在地球体表面，水深约为2718m。但其中咸水约占97.47％，淡水只占2.53％。2）浅部层圈水的淡水淡水Exp：含盐量小于0.5g/L的水。浅部层圈中水的总体积约为13.86×108。其中海水等咸水约占97.47%，淡水只占2.53%。各淡水体的比例：约68.8%为冰川与积雪（分布在难以利用的高山和南、北极地区），0.3%为河湖，30%为地下水，其他淡水占0.9%。淡水资源分布极不均衡，现状：人少水多、人多水少。3）深部层圈水（了解）地球深层圈水分布于岩石圈以下直到下地幔这一范围内。在地壳下部深约15～35km处，地温达400℃以上（高温水-岩作用分界线），压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而以H+、OH-、O2-或被压密的气水溶液（超临界流体）形式存在。关于地幔的含水量，有关学者通过不同方式得到的结论基本一致。认为未经去气作用的地幔物质约含5％—7％的水。假定地幔总重量为4×1027g，其中熔融物质占25％，则地幔软流层中所含的水分总量约相当于现代海洋水总量的35～50倍。据推测，在极高的温压下，这里的水电离为及，甚至近一步电离为及。当软流层的岩浆沿通道上升，温压降低时，氢、氧离子将结合为自由态的水（）而析出。2.2自然界的水循环（自看三分钟）水循环概念：地球上各层圈的水是相互联系、相互转化的，这一过程称为水循环。3地球上各层圈的水也是称水系统。自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度和涉及的圈层范围分为：水文循环、地质循环。地质循环的概念：地球深部层圈水与浅部层圈水之间的转化过程称为地质循环。水文循环的概念：地球浅部层圈的水，即大气水、地表水和地壳岩石空隙的地下水之间的相互作用与转化。水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环。水文循环通常发生于地球浅部层圈中，是H2O分子态水的转换，通常更替较快。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。2.2.1水文循环：水文循环的过程：P10水文循环思考：水文循环的驱动力：太阳辐射（蒸发、蒸腾）、重力作用水文循环的组成环节：蒸发、水汽输送、降水和径流，通过四个环节水文循环周而复始的进行。水文循环的特点：与地质循环比较水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。水文循环的分类（时空尺度）：1）全球水文循环，流域（区域）水文循环和水-土-生系统水文循环。2）大循环：海陆之间的水分交换。小循环：海陆内部的水分交换。水文循环的作用：水通过不断转化水质得以净化（自净能力：岩土、植物相当于滤纸，其过滤作用），水通过不断循环水量得以更新再生。水文循环的意义：1）水作为资源不断更新再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用。2）调节气候（小循环作用更加显著）2.2.2地质循环1）板块运动的驱动力导致地质循环：地幔热对流上地幔的高温熔融的塑性物质（软流圈）的大规模对流，驱动着板块的不断运动。在软流圈上升流区，上地幔熔融物质进入地壳或喷出地表形成岩浆，地幔中的水分也随之分异（H+、OH-、O2-随环境变成H2O），转化为地球浅部层圈的水，这种水成为初生水。在软流圈平流时，位于板块和板块的碰撞前缘时，地壳4浅层的低温水会俯冲进入地壳深部，作为深部水分的组成来源（H2O随环境变成H+、OH-、O2-）。2）成岩、变质等作用在温度、压力作用下，已固结或弱固结的岩石由物理化学条件变化，可以将水分子分解或生成。Exp：（1）区域变质作用下，粘土矿物与碳酸盐岩重结晶，分解出H+、OH-（2）在形成新的铝硅酸盐岩石的同时，H+和OH-合称为H2O2.2.3水文循环与地质循环的区别转换更新速度循环途径影响程度物化反应水文循环快短大H2O分子（物理）地质循环慢长小H2O分子分解与合成（化学）2.3与水文循环有关的气象、水文因素（了解）自然界中水文循环的重要环节——蒸发、降水，与大气的物理状态密切相关；气象和水文因素对水资源的形成与分布具有重要影响。2.3.1主要气象因素主要包括气温、气压、湿度、蒸发和降水（1）气温的影响：由于地球是大气的第二热源，因此地表的热力状况随时间和空间的变化必然导致气温的相应变化。气温在一个地区变化分为昼夜变化、季节变化和多年变化。气温随空间的变化包括水平方向和垂直方向的变化。（2）气压的影响：由于大气的质量随高度增加而降低，因此压力也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异，则造成气压在水平方向的变化。地表覆盖状况不同，热力状态有很大差异。例如，由于水和岩石的热容量差别较大，因此，冬季大陆气温较海洋低，气压则高于海洋地区，夏季则正好相反。这就造成了海陆之间的气压差，而形成了周期性的季风。气压差引起气流，气流运动使大气中的水分与热量重新分配，从而引起各种复杂的天气现象。（3）湿度的影响：大气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重量，所以也有压力。空气中水汽含量的多少，可以用重量或压力表示。湿度分为绝对湿度和相对湿度两种。5绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量绝对湿度只能说明某一时刻空气中水汽含量的多少，而不能表明此时空气中水汽含量的饱和程度。饱和水汽含量：某一温度下，空气中可容纳的最大水汽数量。相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。当绝对湿度与饱和水汽含量相等，相对湿度等于100％。由于饱和水汽含量随温度降低而减小，因此当绝对湿度不变时，随气温下降，相对湿度随之增高。空气中水汽达到饱和时的气温称为露点。当气温降到露点以下，空气中过剩的水汽即凝结而形成不同形式的液态或固态降水。（4）蒸发的影响：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程称为蒸发。空气中的水汽主要来自地表水、地下水、土壤和植物的蒸发。有了蒸发作用，水循环才得以不断进行。（5）降水的影响：降水是水循环的主要环节之一，一个地区降水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度，对地下水资源的形成具有重要影响。蒸发与降水对水文循环特别是地下水资源的形成与分布影响重大。.2.3.2水文因素（径流）径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素。定义：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。分类：径流可分为地表径流和地下径流，两者具有密切联系，并经常相互转化。降落到地表的水通过下渗环节，对降水进行地表与地下径流的分配。地表径流的表示方法：在水文学中常用流量（Q）、径流总量（W）、径流深度（Y）、径流模数（M）和径流系数（α）等特征值说明地表径流.水文地质学中有时也采用相应的特征值来表征地下径流。流量（Q）：指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位m3/s.流量Q等于过水断面面积F与通过该断面的平均流速V的乘积，即：Q=V*F；径流总量（W）：指某一时间T内，通过河流某一断面的总水量，单位m3.即W=Q*T；径流深度（Y）：值单位时间内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面6积上所到的平均水层厚度，单位为mm，即Y=W/F*10-3;径流模数（M）：指单位流域面积F（Km2）上平均产生的流量，以L/s*km2为单位，M=Q/F*103;径流系数（α）：为同一时间内流域面积上的径流深度Y（mm）与降水量（mm）的比值。2.4中国水资源及地下水概况（了解）2.4.1中国水资源特点：1）降水偏少，年总降水量比全球平均将数量少22%。2）人均水资源量偏低3）空间分布不均匀，东部丰富，西部贫乏4）季节及年际变化大，旱涝灾害频繁5）水质污染较严重2.4.2地下水供水意义：1）分布广泛2）变化稳定3）具有天然调节性4）水质良好5）易于开发2.4.3中国地下水分区（了解P13）2.4.4中国煤矿水害分区（主要考虑地下水，部分为地表水）1.华北石炭二叠纪煤田的岩溶——裂隙水水害区；2.华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区；3.东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；4.西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；5.西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区；6.台湾第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区7