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水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology 第一章 地球上的水及其循环 1.1 地球上的水 1.2 自然界的水循环 1.3 与水文循环有关的气象、水文因素 1.4 我国水文循环概况 * * 地球上水的起源：组成地球水圈的水（包括地表水与地下水）是在原始地壳形成以后，在整个地质时期内从地球内部不断逸出而起源的。 地球各层圈（地核、地幔、地壳、水圈、生物圈、大气圈）都有水，但不同层圈中水的含量、分布、物化状态差别甚大。 区分为两大部分：浅部层圈水、深部层圈水。 浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部。 特征：地壳上部（深度15km)[大气水、地表水、地下水及生物体中的水]不受高温、高压影响，以自由态H2O分子的形式存在（以液态为主、固态与气态并存），含量很大， 约为14亿km3，占地球水的99.98%。 矿物结合水：矿物结晶内部及其间的水。如沸石水、结晶水、结构水等。其在一定温度下从矿物中释出成为自由态的水（H2O ），与其它水体相互转换。 1.1 地球上的水 地球浅部层圈水 1.1 地球上的水 Company Logo 深部层圈水：分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。 地壳下部（深约15~35km):地温高、压力大，水不能以普通液态水或气态水形式存在------- 被压密的气水溶液。 地幔软流层中所含水分总量约为现代海洋水总量的35-50倍。 上地幔: H2O ---------------- OH- + H+ 下地幔、地核 :　OH- ------ H+ + O2- 地球深层圈中特殊高压高温下的离解状态的水、地壳矿物内部的结合水，均以非自由态水的形式存在，传统观点未将这些水纳入地球水圈之内，这是值得商榷的。我们认为，广义的水圈应当包括地球各层圈中以各种不同状态存在且相互转化的所有水。 1.1 地球上的水 Company Logo 自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统，该系统内的水相互联系、相互转化的过程。 按其循环途径长短、循环速度快慢及涉及层圈范围，分为水文循环与地质循环。 自然界的水循环── 各部位水的联系与转化关系 本章重点讨论水文循环 1.2 自然界的水循环 自然界水循环 转下页 Company Logo 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） 水文循环 Hydrologic-cycle （1）定义：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环（范围、四个环节）。 水文循环示意图——环节或要素 （2）特点：速度较快、途径较短、转换交替比较迅速。 （3）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 （4）水文循环的作用 水通过不断转化，水质得以净化 水通过不断循环水量得以更新再生 1.2 自然界的水循环 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 地质循环 （1）定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 （2）过程：初生水的形成；在地幔下降流区，含有大量水的地壳岩块沉入地幔，使地幔得到浅层圈水的补充；此外，地质循环还发生在成岩、变质、风化等作用过程中。 水文循环与地质循环的区别 1 水文循环发生于地球浅层圈，是H2O分子态水的转换 2 水文循环速度快、更替较快 3 水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等有极大的影响，是水文学与水文地质学的研究重点。 4 地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成。 5 地质循环速度缓慢。 1.2 自然界的水循环 1 气象因素 （1）大气圈结构 a.空气组成：氮78%；氧21%；水汽及其它1% b.水汽分布不均匀：赤道2.6%（v/v）;北纬70度0.2%；90度0.9%；垂向分布，3.5km以内 70%，5km以内 90%。 c.分5层：对流层、平流层、中间层、热层、外层 （2）大气热源 a.太阳辐射：8.16 J /(cm2 Min) 反射或散射回太空42%；大气吸收15%；地面接收43% b.地表是大气的二次热源，直接影响大气物理状态变化。 1.3 与水文循环有关的气象、水文因素 1 气象因素 （3）主要气象要素 a.气温:随时间的变化，昼夜变化、季节变化、多年变化；随空间的变化，水平