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2地球上水的性质与分布
第2章 地球上水的性质与分布? 地球上水的物理性质 ? 地球上水的化学性质 ? 地球上水的分布与水资源 ? 我国及世界的水资源§2.1 地球上水的物理性质? ? ? ? ? 水的形态及其物理性质 水的热力学性质 水温 水的密度 水色与透明度一、水的形态及其转化地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在， 地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在，在常温下三相 可以相互转化。 可以相互转化。1.水分子的结构 1.水分子的结构由一个氧原子和两个氢原子组成。键角∠HOH=104031’,O-H键 由一个氧原子和两个氢原子组成。键角∠ 键 长为0.9568埃。因此，水具有极性结构，以单分子、双分子、三分 埃 因此，水具有极性结构，以单分子、双分子、 长为 子聚合体形式存在。 子聚合体形式存在。
2.水的三态及其转化 水的三态及其转化 水的三态及其转随着水温升高，聚合水分子减少，而单分子增多；水温降低， 随着水温升高，聚合水分子减少，而单分子增多；水温降低， 聚合水分子增多，单水分子减少；水温3.98℃时 双分子最多， 聚合水分子增多，单水分子减少；水温3.98℃时，双分子最多，密 3.98℃ 度最大，比重为1 度最大，比重为1。 固态水结构水分子有完整正四面体结构形态，键角增为109028’ 固态水结构水分子有完整正四面体结构形态，键角增为109 键距增至1.01埃 冰晶内在矛盾主要是氢键的凝聚力和氢核的振动、 键距增至1.01埃。冰晶内在矛盾主要是氢键的凝聚力和氢核的振动、 1.01 水分子的热运动，前者为吸引因素，后二者为排斥因素。 水分子的热运动，前者为吸引因素，后二者为排斥因素。 液态水结构理论模型大体分连体理论和混合理论， 液态水结构理论模型大体分连体理论和混合理论，但其忽略液 态任意性特点，因此，提出“闪动簇团”模型。 态任意性特点，因此，提出“闪动簇团”模型。
二、水的热学性质水是所有固体和流体中热容量最大的物质之一， 水是所有固体和流体中热容量最大的物质之一，能吸收相当多 的热量而不损害其稳定性。0℃水直接蒸发潜热为2500J/g，100℃ 的热量而不损害其稳定性。0℃水直接蒸发潜热为2500J/g， 水直接蒸发潜热为2500J/g 汽化潜热为2257J/g, 0℃冰融解潜热为1404J/g,冰直接升华潜热为 冰融解潜热为1404J/g, 汽化潜热为2257J/g, 0℃冰融解潜热为1404J/g,冰直接升华潜热为 ＝3901J/g。 ＝3901J/g。三、水温水的温度是一很重要的物理特性，影响水中生物、 水的温度是一很重要的物理特性，影响水中生物、水体净化 和人类对水的利用。太阳辐射是主要热源之一。 和人类对水的利用。太阳辐射是主要热源之一。 1、海水的温度 热量收支、水平和垂直分布、时间变化（ ）、海 热量收支、水平和垂直分布、时间变化（日、月、年）、海 1.332℃）。 冰（24.695*10-3、-1.332℃）。 2、河水温度 农田灌溉、水生养殖、 水工建筑物等有重要意义。 农田灌溉 、 水生养殖 、 水工建筑物等有重要意义 。 受太阳辐 气温等地带性因素控制，因而体现地带性规律。 射 、 气温等地带性因素控制 ， 因而体现地带性规律 。 还受补给源 影响，有时空上变化。 影响 ， 有时空上变化 。 我国河流水温受大陆性气候影响年变幅大 日变幅小。 日变幅小。
3、湖泊、水库水温 、湖泊、受水气界面上增温与冷却和湖泊内部紊动、对流混合作用影响， 受水气界面上增温与冷却和湖泊内部紊动、对流混合作用影响，使水温分布存 在差异。有日、 在差异。有日、月、年的变化。月平均最高值出现在7、8月，最低值出现在 、2月。 年的变化。月平均最高值出现在 、 月 最低值出现在1、 月 我国水温年变幅最大是太湖， 我国水温年变幅最大是太湖，达38℃。高山、高原年变幅最小。 ℃ 高山、高原年变幅最小。4、 4、地下水的水温地下水的埋藏深度不同，温度变化规律不同。近地表受气温影响； 地下水的埋藏深度不同，温度变化规律不同。近地表受气温影响；年常温层变化 小，＜0.1℃；常温层下随着深度增加升高。地下水在一定地质条件下，受内部热能影 ，＜ ℃ 常温层下随着深度增加升高。地下水在一定地质条件下， 响而形成地下热水。地热异常区为地热田。 响而形成地下热水。地热异常区为地热田。 地下水温度分类(℃) 表1－4地下水温度分类 ℃) － 地下水温度分类 类型 温度 非常冷水 ＜0 极冷水 0-4 冷水 4-20 温水 20-37 热水 37-42 极热水 42-100 沸腾水 ＞100
四、水的密度1、纯水的密度 、水分子有三种结构形式： 四面体结构； 类石英晶体结构； 水分子有三种结构形式：①四面体结构；②类石英晶体结构； ③最紧密的堆积结构。分子数相同时，第一种结构体积最大，第 最紧密的堆积结构。分子数相同时，第一种结构体积最大， 三种结构体积最小。温度一旦增减，三种形式分布就要发生变化。 三种结构体积最小。温度一旦增减，三种形式分布就要发生变化。 温度变化直接影响水的密度变化，见表1 温度变化直接影响水的密度变化，见表1-6.表1－6 水的密度随温度变化 －水温℃ 水温℃ 密度(g/cm3) 密度-20 0.9403-10 0.91860(冰 0(冰) 0.91670(水 0(水) 0.99993.98 1.000010 0.9997100(水 100(水) 0.95842、海水的密度 、指单位体积内所含海水的质量，其单位为 指单位体积内所含海水的质量，其单位为g/cm3。海水的比 。 重即指在一个大气压力条件下，海水的密度与水温3.98℃时蒸馏 重即指在一个大气压力条件下，海水的密度与水温 ℃ 水密度之比。因此在数值上密度和比重是相等的。 水密度之比。因此在数值上密度和比重是相等的。海水的密度状 是决定海流运动的最重要因子之一。 况，是决定海流运动的最重要因子之一。 海水密度是实用盐度（ ）、温度（ ）和压力（ ）的函数。 ）、温度 海水密度是实用盐度（s）、温度（t）和压力（p）的函数。 因此， 海水状态方程表示： 因此，海水密度可用 海水状态方程表示： ρ(s,t,p)=ρ(s,t,0)/[1-10ρ/k(s,t,p)] (1－3) － 式中， 为海水密度 为海水密度； 为海水正割体积弹性模量 为海水正割体积弹性模量。 式中，ρ为海水密度；k为海水正割体积弹性模量。 k(s,t,p)=k(s,t,0) + Ap + Bp2 (1－4) － 式中， 、 为系数 为系数。 式中，A、B为系数。 在一个标准大气压（ 在一个标准大气压（p=0）下的海水密度，称条件密度，在 ）下的海水密度，称条件密度， 现场温度、盐度和压力条件下所测定的海水密度， 现场温度、盐度和压力条件下所测定的海水密度，称为现场密度 或当场密度。 或当场密度。五、水色与透明度1、水色水体对光的选择吸收和散射作用的结果，以水色计测量。 水体对光的选择吸收和散射作用的结果，以水色计测量。水色 常用水色计测定。水色计由21种颜色组成，由深蓝到黄绿直到褐色， 21种颜色组成 常用水色计测定。水色计由21种颜色组成，由深蓝到黄绿直到褐色， 并以号码1 21代表水色 号码越小，水色越高；号码越大， 代表水色。 并以号码1-21代表水色。号码越小，水色越高；号码越大，水色越 低。2、透明度透明度是表示各种水体能见程度的一个量度，以透明度板测量。 透明度是表示各种水体能见程度的一个量度，以透明度板测量。 水色和透明度，都反映了水体的光学特性。水面上光线越强， 水色和透明度，都反映了水体的光学特性。水面上光线越强，透入 越深，透明度就越大；反之则小。水色越高透明度越大， 越深，透明度就越大；反之则小。水色越高透明度越大，水色越低 透明度越小，见表1 大西洋的马尾藻海透明度达66.5 66.5米 透明度越小，见表1-7。大西洋的马尾藻海透明度达66.5米。§2.2 地球上水的化学性质? 天然水的化学成分 ? 天然水的矿化过程 ? 天然水的分类 ? 水体的化学性质一、天然水的化学成分目前各种水体里已发现80多种元素。 目前各种水体里已发现80多种元素。天然水中各种物质按性质 80多种元素 通常分为三大类：悬浮物质＞100nm的物质颗粒 的物质颗粒; 通常分为三大类：悬浮物质＞100nm的物质颗粒;胶体物质粒径为 100-1nm的多分子聚合体 溶解物质粒径小于1nm的物质。 的多分子聚合体; 1nm的物质 100-1nm的多分子聚合体;溶解物质粒径小于1nm的物质。 K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-为天然水中的八 大离子。还有Fe Mn、Cu、 Fe、 Ni、 等重金属、稀有金属、 大离子。还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤 素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O 素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、N2，特殊 条件下也有H 总之，无论哪种天然水， 条件下也有H2S、CH4等。总之，无论哪种天然水，八种主要离子的 含量都占溶解质总量的95 99％以上。天然水中各种元素的离子、 95含量都占溶解质总量的95-99％以上。天然水中各种元素的离子、 分子与化合物的总量称为矿化度。 分子与化合物的总量称为矿化度。各种溶解质在天然水中的累积和 转化，是天然水的矿化过程。 转化，是天然水的矿化过程。二、天然水的矿化过程1、溶滤作用：土壤和岩石中某些成分进入水中的过程。 溶滤作用：土壤和岩石中某些成分进入水中的过程。 吸附性阳离子交替作用： 2、吸附性阳离子交替作用：天然水中离子从溶液中在转移到 胶体上是吸附过程。 胶体上是吸附过程。 H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+3、氧化作用：围岩的矿物氧化和使水中有机物氧化。 氧化作用：围岩的矿物氧化和使水中有机物氧化。 2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3?3H2O 3H 游离的硫酸进而侵入围岩中的CaCO 游离的硫酸进而侵入围岩中的CaCO3。 CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2↑+2H2O 还原作用：天然水若与含有机物的围岩（油泥、石油等） 4、还原作用：天然水若与含有机物的围岩（油泥、石油等） 接触，或受到过量的有机物污染， 接触，或受到过量的有机物污染，碳氢化合物可以使水中的硫 酸盐还原。 酸盐还原。 CH4+CaSO4=CaS+CO2↑+2H2O CaS+CO2+H2O=CaCO3↓+H2S 蒸发浓缩作用：在干旱地区， 5、蒸发浓缩作用：在干旱地区，内陆湖和地下水正在经历 盐化作用。蒸发浓缩沉积顺序是Al Fe、Mn的氢氧化物 Ca、 Al、 的氢氧化物， 盐化作用。蒸发浓缩沉积顺序是Al、Fe、Mn的氢氧化物，Ca、 Mg的碳酸盐 硫酸盐和磷酸盐，Na的硫酸盐 Na、 的氯化物， 的碳酸盐、 的硫酸盐， Mg的碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐，Na的硫酸盐，Na、K的氯化物， Ca、Mg的氯化物 最后为硝酸盐。 的氯化物， Ca、Mg的氯化物，最后为硝酸盐。 6、混合作用：雨水渗入补给地下水，地下水补给河水，河 混合作用：雨水渗入补给地下水，地下水补给河水， 水注入湖泊或大海，河口段的潮水上溯， 水注入湖泊或大海，河口段的潮水上溯，滨海含水层的海水入 侵等，都是天然水的混合。 侵等，都是天然水的混合。三、天然水的分类1、按水化学成分分类2、按矿化度分类3、按主要离子成分比例分类（1）地表水分类（前苏联）阿列金提出一个简单的水化学分 地表水分类（前苏联） 类系统。首先按占优势的阴离子将天然水分为三类： 类系统。首先按占优势的阴离子将天然水分为三类：重碳酸盐类 （C）、硫酸盐类（S）、氯化物类（Cl）。其次，对每一类天然水 ）、硫酸盐类（ ）、氯化物类（Cl）。其次， 硫酸盐类 氯化物类 ）。其次 按占多数的阳离子分为钙质（Ca）、镁质（Mg）、钠质（Na）三组。 ）、镁质 ）、钠质 按占多数的阳离子分为钙质（Ca）、镁质（Mg）、钠质（Na）三组。 然后，在每一组内又按各种离子摩尔的比例关系，分为四个水型： 然后，在每一组内又按各种离子摩尔的比例关系，分为四个水型： ：［HCO ］＞［Ca ］。Ⅰ型水是低矿化水， Ⅰ型：［HCO3-］＞［Ca2++Mg2+］。Ⅰ型水是低矿化水，系由 火成岩溶滤或离子交换作用形成的。 火成岩溶滤或离子交换作用形成的。 ：［HCO ］＜［Ca ］＜[HCO ）。Ⅱ Ⅱ型：［HCO3-］＜［Ca2++Mg2+］＜[HCO3-+SO42-）。Ⅱ型水是 低矿化和中等矿化水，多由火成岩、 低矿化和中等矿化水，多由火成岩、沉积岩的风化物与水相互作用 形成。河水、湖水、地下水大多属于这一类型。 形成。河水、湖水、地下水大多属于这一类型。 ：［HCO ］＜［Ca Ⅲ型：［HCO3-+SO42-］＜［Ca2++Mg2+］或[Cl-]＞[Na+]。Ⅲ型 水包括高矿化度的地下水、湖水和海水。 水包括高矿化度的地下水、湖水和海水。 ：［HCO =0。 型水是酸性水，pH＜4.5时 Ⅳ型：［HCO3-］=0。Ⅳ型水是酸性水，pH＜4.5时，水中游离 的浓度为零。例如，沼泽水、 的CO2和H2CO3、HCO3-的浓度为零。例如，沼泽水、硫化矿床水和煤 田矿坑水。按此系统共分27个类型。 27个类型 田矿坑水。按此系统共分27个类型。表1-9 天然水化学分类表（2）地下水化学分类 地下水化学分类方法很多，现介绍C.A.舒卡列夫的分类方法，见 地下水化学分类方法很多，现介绍C.A.舒卡列夫的分类方法， C.A.舒卡列夫的分类方法 10。这个分类法既考虑了各主要离子成分的摩尔百分数， 表1-10。这个分类法既考虑了各主要离子成分的摩尔百分数，又考 虑了水的矿化度。 虑了水的矿化度。四、水体的化学性质在水文循环过程中，水经历了各种各样的环境，携带各种物 质一起迁移，并常常由一种形态转化为另一种形态，导致各种元素 在不同水体中的分散和富集。1、大气水的化学组成及特性大气降水含有多种离子及微生物和灰尘。 大气降水含有多种离子及微生物和灰尘。但也是溶解物质最少的 天然水，雨水的矿化度较低，一般为20 50毫克 20―50毫克/ 天然水，雨水的矿化度较低，一般为20 50毫克/升，在海滨有时 超过100毫克/升。化学成分和性质特点：溶解气体含量近于饱和； 超过100毫克/ 化学成分和性质特点：溶解气体含量近于饱和； 100毫克 降水普遍显酸性，矿化度最低。 降水普遍显酸性，矿化度最低。
2、海水的化学组成及特点海水的盐度：单位质量的海水中所含溶解物质的质量。以电 海水的盐度：单位质量的海水中所含溶解物质的质量。 导测盐法进行研究。1979年第17届国际海洋物理协会通过决议 年第17届国际海洋物理协会通过决议， 导测盐法进行研究。1979年第17届国际海洋物理协会通过决议， 将盐度分为绝对盐度和实用盐度。 将盐度分为绝对盐度和实用盐度。 绝对盐度（SA） 1）绝对盐度（SA）定义为海水中溶解物质的质量与海水质量 的比值。在实际工作中，此量不易直接量测，而以实用盐度代替。 的比值。在实际工作中，此量不易直接量测，而以实用盐度代替。 实用盐度（ 在温度为15℃ 15℃、 2）实用盐度（S）在温度为15℃、压强为一个标准大气压下 的海水样品的电导率， 32.4356× 的海水样品的电导率，与质量比为 32.的标准氯化钾 KCl）溶液的电导率的比值K 来定义。 精确地等于1 （KCl）溶液的电导率的比值K15来定义。当K15精确地等于1时， 海水样品的实用盐度恰好等于35 35。 海水样品的实用盐度恰好等于35。 实用盐度根据比值K 由下述方程式来确定： 实用盐度根据比值K15由下述方程式来确定：3、河水化学成分的特点河水流动迅速，交替期平均只有16天。河水与河床砂石接触时 间短，其矿化作用很有限。河水的水化学属性几乎完全取决于补 给水源的性质及比例。 （1）河水的矿化度普遍低。一般河水矿化度小于1克/升，平 均只有0.15－0.35克/升。在各种补给水源中，地下水的矿化度比 较高，而且变化大；冰雪融水的矿化度最低，由雨水直接形成的 地表径流矿化度也很小。 （2）河水中各种离子的含量差异很大。河水中各种离子含量 见表1-17、1-12。其含量顺序：（3）河水化学组成的空间分布有差异性大的江河，流域范围广， 河水化学组成的空间分布有差异性大的江河，流域范围广， 流程长，流经的区域条件复杂，并有不同区域的支流汇入， 流程长，流经的区域条件复杂，并有不同区域的支流汇入，各河段 水化学特征的不均一性就很明显。 水化学特征的不均一性就很明显。 河水补给来源随季节变化明显， （4）河水化学组成的时间变化明显 河水补给来源随季节变化明显， 因而水化学组成也随季节变化。 因而水化学组成也随季节变化。
4、湖水化学成分的特点湖泊是陆地表面天然洼陷中流动缓慢的水体。 湖泊是陆地表面天然洼陷中流动缓慢的水体。湖泊的形态和规 吞吐状况及所处的地理环境， 模、吞吐状况及所处的地理环境，造成了湖水化学成分及其动态的 特殊性。在湿润地区，年降水量大于年蒸发量，湖泊多为吞吐湖， 特殊性。在湿润地区，年降水量大于年蒸发量，湖泊多为吞吐湖， 水流交替条件好，湖水矿化度低，为淡水湖。在干旱地区， 水流交替条件好，湖水矿化度低，为淡水湖。在干旱地区，湖面年 蒸发量远大于年降水量，内陆湖的入湖径流全部耗于蒸发， 蒸发量远大于年降水量，内陆湖的入湖径流全部耗于蒸发，导致湖 水中盐分积累，矿化度增大，形成咸水湖或盐湖。 水中盐分积累，矿化度增大，形成咸水湖或盐湖。不同地区湖泊具 有不同的化学成分和矿化度。湖水与海水在化学成分上的差异， 有不同的化学成分和矿化度。湖水与海水在化学成分上的差异，主 要体现在湖水主要离子之间，无一定比例关系。 要体现在湖水主要离子之间，无一定比例关系。 湖水的矿化度有差异。按照矿化度， （1）湖水的矿化度有差异。按照矿化度，通常将湖泊分为淡水 （＜1 ）、微咸水湖 微咸水湖（ 24.7克 ）、咸水湖 24.7―35 咸水湖（ 湖（＜1克/升）、微咸水湖（1―24.7克/升）、咸水湖（24.7 35 24.7 ）、盐湖（＞35 盐湖（＞35克 几种类型。 克/升）、盐湖（＞35克/升）几种类型。 湖中生物作用强烈。营养元素（ 在湖水、生物体、 （2）湖中生物作用强烈。营养元素（N、P）在湖水、生物体、 底质中循环，各地的淡水湖泊都有不同程度的富营养化的趋势。 底质中循环，各地的淡水湖泊都有不同程度的富营养化的趋势。 湖水交替缓慢，深水湖有分层性。随着水深的增加， （3）湖水交替缓慢，深水湖有分层性。随着水深的增加，溶解 氧的含量降低， CO2的含量增加 在湖水停滞区域， 的含量增加。 氧的含量降低， CO2的含量增加。在湖水停滞区域，会形成局部 还原环境，以致湖水中游离氧消失，出现H2S CH4类的气体 H2S、 类的气体。 还原环境，以致湖水中游离氧消失，出现H2S、CH4类的气体。5、地下水的化学特征地下水化学组成类型之多，地区性差异之大，是其它天然水 不可比的。关于地下水化学成分的起源和形成过程，至今仍有许多 长期争论的问题没有解决。地下水化学基本特点如下： （1）地下水充填于岩石、土壤空隙中，与岩石、土壤广泛接 触渗流速度很小，循环交替缓慢，而且地下水贮存于岩石圈上部相 当大的深度（10公里），构成了地下水圈。 （2）矿化度变化范围大，从淡水直到盐水。在淡水中阴离子 以HCO3-为主，阳离子以Ca2+为主。随着矿化度的增加，阴离子按 HCO3-→SO42-→Cl-次序递增；阳离子中Na+的含量增多，逐渐代替 Ca2+成为主要成分，而且Mg2+的含量稍有增加。 （3）地下水的化学成分的时间变化极为缓慢，常需以地质年 代衡量。 （4）地下水与大气接触有很大的局限性，仅限于距地表最近 的含水层，此层可溶入氧气成为地下水氧化作用带。然而地下水中 CO2的含量比较多，因为生物的呼吸、有机质的分解，使土壤空气中 C02的含量可达1－7％。如果地下水交替缓慢，则氧很快耗尽，成为 还原环境。围岩中若含有机质，则地下水便富集 H2S、CH4等气体。§2.3 地球上水的分布与水资源? 地球上水的分布 ? 水资源涵义与特性 ? 世界水资源 ? 我国水资源一、地球上水的分布地球总面积为5.1亿 其中海洋面积为3.613 3.613亿 地球总面积为5.1亿km2，其中海洋面积为3.613亿km2（表15.1 19），约占地球总面积的70.8％。海洋的总水量为13.38亿 ），约占地球总面积的70.8％。海洋的总水量为13.38 19），约占地球总面积的70.8％。海洋的总水量为13.38亿km3，占 地球总水量的96.5％，折合成水深可达3700m，如果平铺在地球表 地球总水量的96.5％，折合成水深可达3700m， 96.5％，折合成水深可达3700m 平均水深可达2640m 除海洋外，还有湖泊、河流、沼泽、 2640m。 面，平均水深可达2640m。除海洋外，还有湖泊、河流、沼泽、冰 川等。地表约四分之三被水所覆盖。 川等。地表约四分之三被水所覆盖。 地表之上的大气中的水汽来自地球表面各种水体水面的蒸发、 地表之上的大气中的水汽来自地球表面各种水体水面的蒸发、 土壤蒸发及植物散发，并借助空气的垂直交换向上输送。 土壤蒸发及植物散发，并借助空气的垂直交换向上输送。大气水在 7km以内总量约有12900km3，折合成水深约为25mm，仅占地球总水 7km以内总量约有12900km 折合成水深约为25mm， 以内总量约有 25mm 量的0.001％。虽然数量不多 但活动能力却很强，是云、 0.001％。虽然数量不多， 量的0.001％。虽然数量不多，但活动能力却很强，是云、雨、雪、 闪电的根源。 雹、霰、雷、闪电的根源。 地表之下储存于地壳约10km范围含水层中的重力水， 10km范围含水层中的重力水 地表之下储存于地壳约10km范围含水层中的重力水，称为地下 现根据苏联学者1974年所发表的研究成果，从地面至深达2km 1974年所发表的研究成果 水。现根据苏联学者1974年所发表的研究成果，从地面至深达2km 的地壳内，地下水总储量为2340万km3。 的地壳内，地下水总储量为2340万 2340 土壤水是指储存于地表最上部约2m厚土层内的水。 2m厚土层内的水 土壤水是指储存于地表最上部约2m厚土层内的水。据调查土层 的平均湿度为10％，相当于含水深度为0.2m， 10％，相当于含水深度为0.2m 的平均湿度为10％，相当于含水深度为0.2m，以陆地上土层覆盖总 面积万 计算，那么土壤水的储量为16500km 面积8200万km2计算，那么土壤水的储量为16500km3。地球表面生 物体内的贮水量约为1120km 地球有“水的行星”之称。 物体内的贮水量约为1120km3。地球有“水的行星”之称。
二、水资源涵义与特性水是宝贵的自然资源，也是自然生态环境中最积极、 水是宝贵的自然资源，也是自然生态环境中最积极、最活跃 的因素。同时，水又是人类生存和社会经济活动的基本条件， 的因素。同时，水又是人类生存和社会经济活动的基本条件，其应 用价值表现为水量、水质及水能三个方面。 用价值表现为水量、水质及水能三个方面。 1、水资源的涵义 世界上一切水体，包括海洋、河流、湖泊、 （1）广义水资源 世界上一切水体，包括海洋、河流、湖泊、 沼泽、冰川、土壤水、地下水及大气中的水分， 沼泽、冰川、土壤水、地下水及大气中的水分，都是人类宝贵的财 即水资源。 富，即水资源。 狭义水资源狭义的水资源不同于自然界的水体， （2）狭义水资源狭义的水资源不同于自然界的水体，它仅 仅指在一定时期内， 仅指在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态 水体。淡水资源只占全球总水量的0.32 左右，约为％ 1065万 水体。淡水资源只占全球总水量的0.32％左右，约为1065万km3。 土壤水属于水资源范畴。大气降水是淡水资源唯一的补给来源。 土壤水属于水资源范畴。大气降水是淡水资源唯一的补给来源。 2、水资源的特性 水资源的循环再生性与其有限性； （1）水资源的循环再生性与其有限性； 时空分布的不均匀性； （2）时空分布的不均匀性； 利用的广泛性和不可代替性； （3）利用的广泛性和不可代替性； 利与害的两重性。 （4）利与害的两重性。三、世界水资源水资源是指水量中可为人类生存、发展所利用的水, 水资源是指水量中可为人类生存、发展所利用的水,指逐年 可以得到更新的淡水. 可以得到更新的淡水.反映水资源数量和特征的是年降水量和河流 的年径流量。所以，通常采用多年平均径流量来表示。 的年径流量。所以，通常采用多年平均径流量来表示。 世界陆地年径流总量为4.68 4.68万 20),折合平均径流深 世界陆地年径流总量为4.68万km3(表1-20),折合平均径流深 314mm.1971年世界人口36.4亿 人均年径流量为年 年世界人口36.4 为314mm.1971年世界人口36.4亿,人均年径流量为2年 世界人口增到45 45亿 则人均占有径流量减为年世界人 世界人口增到45亿，则人均占有径流量减为0年世界人 均水资源占有径流量下降为7800m 我国人均为2338m 均水资源占有径流量下降为7800m3，我国人均为2338m3。年径流量 超过亿 的国家有巴西、加拿大、美国、印度尼西亚、中国、 超过10000亿m3的国家有巴西、加拿大、美国、印度尼西亚、中国、 印度等( 21).世界上人均占有年径流量超过 世界上人均占有年径流量超过10000m 的国家有40 印度等(表1-21).世界上人均占有年径流量超过10000m3的国家有40 多个，其中加拿大是人均径流量最多的国家， 多个，其中加拿大是人均径流量最多的国家，达/人,其次 为新西兰达94640m 为新西兰达94640m3/人。 水资源在不同地区、 水资源在不同地区、不同年份和不同季节的分配是极不均衡 由于工农业发展，人口增加和生活水平的提高， 的。由于工农业发展，人口增加和生活水平的提高，不合理的利用 现象严重，供需矛盾突出。世界上60 的地区面临淡水不足的困境， 60％ 现象严重，供需矛盾突出。世界上60％的地区面临淡水不足的困境， 40多个国家的水资源严重匮缺 多个国家的水资源严重匮缺。 40多个国家的水资源严重匮缺。水资源污染不仅加剧了水源不足的 矛盾，而且使世界生态环境受到破坏， 矛盾，而且使世界生态环境受到破坏，直接威胁着人类自身的健康 和生存条件。 和生存条件。
四、我国水资源1、水资源总量区域水资源总量为当地降水形成的地表水和地下水的总和。 由于地表水和地下水互相联系而又相互转化，因此计算水资源总量 时,不能将地表与地下水资源直接相加，应扣除相互转化的重复计 算量。 全国多年平均地表水资源量为27115亿m3, 地下水为8288亿m3, 扣除重复计算水量7279亿m3，总量为28124亿m3. 水资源利用分为9 个一级区，北方5区多年平均总量为5358亿m3,占全国的19％,平均产 水模数为8.8万m3/km2,水资源贫乏；南方4区多年平均水资源总量为 22766亿m3,占全国的81％,平均产水模数为65.4万m3/km2,是北方的 7.4倍，水资源丰富。全国区域水资源总量计算成果见表1－22。 2、水资源时空变化 (1)地区分布.因受海陆位置、水汽来源、地形条件等因素影 响,我国水资源的地区分布很不均匀，总趋势是由东南沿海向西北 内陆递减。降水是重要补给来源,河川径流的地区分布趋势与降水 基本一致，但由于受地面因素的影响，地区分布更不均匀。按照年 降水和年径流的多少，全国大致可划分为水资源条件不同的5个地 带.
1）多雨-丰水带.年降水量大于1600mm，年径流深超过800mm,年径 流系数在0.5以上。包括浙江、福建、台湾、广东等省的大部分地区，广 西东部、云南西南部、西藏东南隅，以及江西、湖南、四川西部的山地。 其中台湾东北部和西藏东南的局部地区，年径流深高达5000毫米，是我国 水资源最丰富地区。 2）湿润-多水带.年降水量800-1600mm，年径流深200-800mm,年径 流系数为0.25-0.5。主要包括沂沭河下游和淮河两岸地区,秦岭以南汉水 流域,长江中下游地区,云南、贵州、四川、广西等省区的大部分及东北的 长白山区。 3）半湿润-过渡带.年降水量400-800mm,年径流深50-200mm,年径 流系数0.1-0.25.包括黄淮海平原,东北三省、山西、陕西的大部分,甘肃 和青海的东南部,新疆北部和西部山地,四川西北部和西藏东部。 4）半干旱-少水带.年降水量200-400mm，年径流深10-50mm,年径 流系数在0.1以下.包括东北地区西部,内蒙古、宁夏、甘肃的大部分地区, 青海、新疆的西北部和西藏部分地区。 5）干旱-干涸带.年降水量小于200mm,年径流深不足10mm,有的地 区为无流区。包括内蒙古、宁夏、甘肃的荒漠和沙漠，青海的柴达木盆地， 新疆的塔里木盆地和准噶尔盆地，西藏北部羌塘地区。 由于降水、地表水和水文地质条件的不同，我国平原地区地下水资源 的差异也很大。(2)多年变化.水资源通常以丰枯变化规律反映多年变化过程， 以极值比表示年际变差幅度。 1)丰枯变化规律.根据全国53个有长系列年降水和年径流资 料的测站的模比系数差积曲线分析，全国水资源丰枯变化规律大致 可归纳为三种类型： ①有比较明显的60-80年长周期。属于这一类测站最多，约 占分析站数的58％，其特点是上升段和下降段很长，一般为25-35 年。在地区上南北方不同步，大致相差半个周期，北方处于上升段， 南方则为下降段，北方处于下降段，南方则为上升段，反映了全国 时常出现的南涝北旱或北涝南旱的规律。 ②有比较明显的30-40年短周期.属于这一类的测站甚少,约占 分析站数的10％,其特点是上升段和下降段短,一般为15－20年。 ③没有明显的周期性变化规律.这一类特点是上升段和下降段 很短,而且无规律的出现.属于这类的测站约占分析站数的32％。 2)极值比.系列中最大值与最小值的倍比值,称为极值比(Km), 可以作为反映降水、径流年际变幅的指标.年径流极值比除了受气 候因素影响外,还与下垫面条件和流域面积大小有密切关系,它的分 布规律与年降水有些差别.全国部分流量站极值比见表1-23。
(3)季节变化.全国降水量以夏多冬少，春、秋介于冬、夏之间。 春雨和秋雨各地不同，多气旋过境地方春雨较多，多台风过境的地 方秋雨较多。按照河流补给情况，全国大致可分为三区： ①秦岭以南主要为雨水补给区，河川径流量的季节变化主要受 降水季节分配的影响，夏汛比较突出。因流域的调节作用，河流少 雨季节一般比多雨季节滞后一个月左右。 ②东北地区、华北部分地区、黄河上游和西北一些河流，为雨 水和冰雪融水补给区，有春、夏两次汛期，年径流过程线呈双峰型。 但一般春汛水量不大，多数河流占年径流量的5％左右，少数超过 10％。 ③西北内陆地区的祁连山、天山、阿尔泰山、昆仑山以及青藏 高原部分河流，主要由高山冰雪融水补给，径流量的变化与气温有 密切关系，年内分配比较均匀。3、水资源条件和问题(1)水资源总量不少，但人均、亩均水量较少，合理利用和保 1)水资源总量不少，但人均、亩均水量较少， 1)水资源总量不少 护水资源应作为我国长期坚持的国策。从水资源总量来说不算少， 护水资源应作为我国长期坚持的国策。从水资源总量来说不算少， 但我国人口众多，90年人均地表水量只有 年人均地表水量只有2338m 但我国人口众多，90年人均地表水量只有2338m3，约为世界人均水 量的四分之一；耕地面积也不少，亩均水量1759m 量的四分之一；耕地面积也不少，亩均水量1759m3，约为世界亩均 水量的四分之三，可见我国水资源并不富裕。 水量的四分之三，可见我国水资源并不富裕。 (2)水资源的地区分布很不均匀 与人口、耕地的分布不相适应, 水资源的地区分布很不均匀, (2)水资源的地区分布很不均匀,与人口、耕地的分布不相适应, 进行水量的地区调配是水资源开发利用的重要课题.从全国来说, 进行水量的地区调配是水资源开发利用的重要课题.从全国来说,南 方水多、地少、人多,北方水少、地多，造成了南方水量有余, 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(见表1 24).为了从根本上改变北方用水紧张的局 水量短缺的局面(见表1－24).为了从根本上改变北方用水紧张的局 除了开源节流、合理开发利用和保护水资源外， 面，除了开源节流、合理开发利用和保护水资源外，应当积极研究 跨流域调水工程措施,将南方多余的水量调至北方缺水地区 将南方多余的水量调至北方缺水地区,对水资 跨流域调水工程措施 将南方多余的水量调至北方缺水地区 对水资 源进行地区上的再分配。 源进行地区上的再分配。 (3)水量的年内 年际变化大,水旱灾害频繁, 水量的年内、 (3)水量的年内、年际变化大,水旱灾害频繁,抗旱防洪涝始终是 一项艰巨任务.我国位于东亚季风区， 一项艰巨任务.我国位于东亚季风区，降水和径流的年内分配很不 均匀，年际变化大，少水年和多水年持续出现。 均匀，年际变化大，少水年和多水年持续出现。这些特点是造成水 旱灾害频繁、农业生产不稳定的主要原因( 旱灾害频繁、农业生产不稳定的主要原因(表1－25).
(4)水土流失和泥沙淤积严重,破坏了生态平衡,增加了江河防洪 困难,降低了水利工程效益.人类活动森林覆盖率很低,只有12.9％, 水土流失严重，其流失面积为120万km2。 (5)地下水是我国重要水资源, 合理开发利用,防止过量开采.我 国地下水平均年资源量为8288亿m2。山丘区地下水平均年资源量为 6762亿m3.平原区地下水平均年资源量为1873亿m3(含与山丘区地下 水资源量间重复计算量348亿m3).我国北方平原区地下水平均年资源 量为1468亿m3,占全国平原区地下水平均年资源量的78.4％。我国岩 溶山区地下水资源也较丰富有105.9亿m3.我国北方地表水资源相对 贫乏，但平原区地下水资源比较丰富且易开发利用。 (6)天然水质相当良好,但人为污染日趋严重,防止水质恶化,保 护水源已是当务之急。
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