建築工程水圈

1. 建築工程中圖紙未標注,但按國家強制規范有的項目甲方應令外付工程欹嗎

該做的照做，清單上漏項的就申請變更增加。強制規范上有要求，即使甲方沒提出來，你自己都得提出來加上去把他做了。

2. 水圈有什麼作用

是地球外圈中作用最為活躍的一個圈層，也是一個連續不規的圈層。它與大氣生物圈和地球內圈的相互作用直接關繫到影響人類活動的表層系統的演化。

3. 水圈是怎麼形成的

水圈的形成與大氣圈的形成相似，在隕石沖擊下，隕石和地球岩石中的結晶水由於溫度升高從分子結構中分離出來，形成大量蒸汽。隕石沖擊逐漸減少後，地球表面的溫度也開始下降，水蒸氣結成水降至地球表面，並最終形成水圈。

水圈

4. 什麼是水圈

水以氣態、液態和固態三種形式存在於大氣、地表和地下。水在不斷地以蒸發、凝結、降水、徑流的方式轉移交替，形成水的循環。人類社會的全部生活都與它有密切聯系。海洋為人類提供了極其豐富的化學、礦產、動力和生物等資源，也是陸地風雲變幻的源地、干濕冷暖變化的調節器。河流和湖泊為人類提供了灌溉、發電、漁業、城市供水和航運之便。存蓄在岩石裂隙和土壤空隙中的地下水，也是工農業生產、日常生活用水的重要來源。高緯度和高山地區的冰川不但是人類的固體水源，也控制著世界的氣候和人們的生活方式。

引起人們注意的是人類活動在不同方面造成水環境的破壞，一是由於對水資源本身不合理的掠奪式開采所產生的對水環境和水資源的破壞（如過量引用地表水導致河湖乾涸，過量汲取地下水導致地下水資源枯竭）；二是由於人類在其活動領域的活動所產生的對水環境和水資源的破壞（如盲目圍墾引起湖泊面積和體積縮小）；三是工農業生產活動和生活活動引起的各類水體的水質污染。另外，大氣污染產生氣候變化，使陸上積冰量隨氣溫變化，如某一段時間氣溫突然上升或下降，就會出現大冰川或冰冠融化入海引起海平面大幅度上升，那就會給人類造成災難。

5. 水圈的成分

地球表部的水體包括海水（海洋水）、陸地水、生物體內水和大氣水。詳細的水體分布如表1-12。

表1-12 地球表部水體的分布

水圈由海水和陸地水組成，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、鹹湖、內海、冰蓋和冰川、土壤水和地下水等各種水體。其中海水是水圈的主體。

（一）海水

海水中除含有各種被溶解組分外，尚有少量有機質、無機微粒懸浮物和微量元素。被溶解組分主要以離子和酸根狀態存在，其中含量最多為 Cl^-、Na⁺、、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、、Br^-和S²⁺，以及少量的MgSO₄、CaSO₄和SrSO₄ ，它們占被溶解物質總量的99.91%（表 1 13）。微量元素主要以簡單陽離子、硫酸鹽和氯化物形式存在。

表1-13 海水中的主要化學成分

在研究海水成分時，引入了「氯度」和「鹽度」兩個概念。氯度定義為每千克海水中，將溴和碘以氯代替，其所含氯、溴和碘的總克數，單位是g/kg。

鹽度的定義是在每千克海水中，將所有的碳酸鹽轉換為氧化物，將所有溴化物和碘化物轉換成氯化物，並將所有有機物完全氧化後，所含固體的總克數，單位為g/kg。

大量研究證明，海水中主要化學成分含量的相對比例是比較恆定的。海水中的鹽度和氯度之間一般存在如下經驗公式：

地球化學原理（第三版）

故當測定某海水的氯度後，即可計算出鹽度。

海水的鹽度介於34‰～36‰之間，變化幅度僅為2‰。其他微量元素總量雖不足0.1‰，但各元素含量的變化幅度較大，介於10^-6～10^-12之間。

海水中含有少量的氣體，主要為：CO₂、N₂和O₂。其含量以cm³/L計。CO₂為50；N₂為13；O₂為2～8。此外尚含有H₂S和惰性氣體［（0.32～7）×10^-6cm³/L］以及大約為0.03‰的有機物質。

（二）大陸水

大陸水包括河水和湖水，其質量相對於水圈總體質量而言是很少的，僅占水圈質量的2.97%，但它對表生作用和生態環境的影響卻非常巨大。

大部分大陸水來自大氣降水，少量為溫泉補給。大陸水所含被溶物質主要為Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺、和 Cl^-等。這些物質的總量習慣上稱為含鹽量，其化學組成的類型與海水相似，但其含量變化大，常因其所處的地質、地理環境的不同而變化。

克拉克曾對大陸河水和湖水中的部分化學成分進行了統計和測定，得出的各大陸水平均化學成分列於表1-14。

表1-14 大陸水的化學成分（w_B%）

對比大陸水與海水中部分離子的化學成分，可看出它們之間的差別是明顯的。盡管在大陸水和海水中主要離子有相似之處，但它們含量的比例是相反的。在大多數河流水的成分中和 Ca²⁺離子都占優勢。

海水中：Na⁺＞Mg²⁺＞Ca²⁺；Cl^-＞；

大陸水中：Mg²⁺＜Na⁺＜Ca²⁺；Cl^-＜。

1.河水

河水的平均化學成分列於表1-15。

表1-15 河水平均成分

河水由大氣降水經地表徑流匯集而成，流域面積廣闊，水質變化較大。世界河水含鹽量一般介於n×10～300mg/L，平均含鹽量為160mg/L。河水中主要離子濃度順序一般為Ca²⁺＞Na⁺，，少數河水 Na⁺＞Ca²⁺，。天然水按其含鹽量低於1000mg/L者為淡水，大於1000mg/L為鹹水。大部分河水為淡水。

2.湖水

湖水包括湖泊水、沼澤水和內海水等。水質有淡水和鹹水兩種。淡水的主要成分中，離子濃度一般為Ca²⁺＞Na⁺，。鹹水中，其他陽離子濃度順序與海水相似。由於湖水處於相對靜止狀態，其含鹽量變化比河水小。

3.地下水

地下水主要由大氣降水經過土壤和岩層的滲透而形成。由於地下水所處的土壤和岩層的化學組成不同，因而它們的被溶物質各有不同。又由於不同部位水層之間不易交流，所以其水質成分常多種多樣，因地而異。地下水的基本特點是：懸浮雜質少；有機質和細菌少；受地表污染少；含鹽量高，濃度變化大；硬度和礦化度較高。

地下水的含鹽量一般比地表水高數倍。但因其懸浮物少和受地表污染少，故其水質清澈透明。地下水含鹽量常隨深度而增大，成分的比例也有變化。地下水中離子濃度一般為Ca²⁺＞Na⁺，，至深部轉化為 Na⁺＞Ca²⁺，。地下水具有還原性質，常含有低價金屬，特別是Fe²⁺和 Mn²⁺等。

溫泉水常含有特殊的成分，例如CO₂、H₂S、CH₄、N₂等氣體及放射性元素。它是由內力地質作用形成的一種特殊的地下水體。天然水中主要的溶解成分列於表1-16。

表1-16 天然水中主要的溶解成分

地球水圈的存在，對於風化、沉積作用和生命的衍生具有決定性意義。水在表生條件下使礦物發生分解、運移，並改變了原有礦物的元素組合，導致一些元素發生遷移、分散，另一些元素發生聚合、集中。據統計，世界資源總量的75%左右是在水圈中經沉積和沉積變質而生成的。因此，對於水圈地球化學作用的研究，不僅具有理論意義，而且具有重要的經濟意義。

6. 水圈的構成及水的特性

水圈(hydrosphere)的存在，是地球特有的環境優勢。在第二章中我們提到，這些水是在地球圈層分異過程中從地球內部析離出來的。不少學者認為，時至今日，保存在地幔中的水，仍比已進入到水圈中的要多得多。近年來還有人提出，在地球受到彗星撞擊的時候，由於彗核主要由冰組成，這些冰也是地球上水的一種來源。不管哪一種說法，都得歸功於地球自身的重力和適宜的溫度，使得水能夠保存下來，並常年保持以液態為主。

地球上的水，按其質量計算，97%以上是液態，它們淹沒了岩石圈表面的70.8%，形成海洋;約2%的水凍結在兩極地區和高山上，成為冰川;其餘不到1%的水在地面流動或滲透在岩石、土壤、大氣和生物體中。具體分布情況見表6-1。

表6-1 地球上水的分布

圖6-1 水分子結構圖

圖6-2 人體血液、海水及地殼中的化學元素含量比較

雖然水圈的質量僅佔地球總質量的1/5000左右，但它對生物圈以及人類能在地球上生存和發展，具有決定性的意義。誰都知道水是由兩個氫原子和一個氧原子結合而成的，但它們究竟是以怎樣的形式結合在一起，則是經過科學的觀測才獲知的。在水分子中，兩個帶正電荷的氫原子與一個帶負電荷的氧原子之間的結合，不是成直線的對稱排列，而是成等腰三角形，即兩個氫原子間的夾角為104°45'(圖6-1)。由於存在這個夾角，正負電荷不能全部抵消，仍各有自己的電荷中心，就出現了偶極性。水分子由於偶極性的存在，相反的兩極相互吸引，使它們能連接成很長的鏈，但水的性質並沒有改變，這種現象叫做水的締合。在常溫下表現為液態，溫度升高到沸點(一般是100℃)，這些水分子才一個一個地分開，或拆成很短的鏈，成為氣體。而溫度降低到冰點以下，則結合得很緊密，結晶而成為固體。由於連接水分子間的氫鍵韌性好，並可以擺動、伸縮或變形，因此水的流動性好、表面張力強、熱容量大，有一定的黏性但較弱。水的這些特性，特別是它的偶極性，是溶解其他物質的重要因素，同時為分散在水中的溶解物相互作用提供了良好的環境，使水成為地表一切變化的主要媒介。生命能首先在海洋中發生和發展起來，水是關鍵性的因素。

水分子能吸收太陽輻射，而且比空氣吸收得更多。生命首先能在海洋中發生，一個原因就是原始大氣中缺少臭氧，不能保護生命大分子在大氣中不受紫外線輻射的破壞，而海水下面卻能提供保護。海洋既是生命的發源地，也是生命演化的大舞台。從原核生命到真核生命，從單細胞生物到多細胞生物，從無脊椎動物到脊椎動物，這些生命演化的重大轉折都是在海洋中完成的。直到現今生活在陸地上的動物也沒有抹去這段記憶，如動物血液(包括人的血液)中的元素組成與大洋水的元素組成就很接近(圖6-2)。

人和其他動物的形體與重量，都主要靠水在維持，如果把人體中的水排除掉，剩下的體重僅約占原來的1/3，形態也要大變。在木乃伊的身上，就看不到健壯的肌肉或美好的容顏。任何生物都需要有水才能生存。生活在陸地上的生物，需要的還是淡水(佔全球水總量的0.6149%，不包括冰川)。水影響著生物的發展和控制了它的分布，從海洋登陸的植物，為了減少水分的蒸發，演化形成了樹皮。生長在沙漠中的植物為了獲得更多的水分，根系發育並深深地扎入地下，葉也演化成針狀(如仙人掌)。盡管如此，缺水的沙漠地區生命仍極為稀少，而熱帶雨林中則生物繁盛。難怪德國生理學家杜拔亞·雷蒙·艾米爾(1818～1896)感嘆道:「生命乃是朝氣蓬勃的水!」

不過需要指出，在自然界中，僅由氫和氧組成的純水是沒有的，或多或少都溶解有某些鹽類物質、氣體、膠體，甚至有固體微粒懸浮其中。不同地區的水質也不完全一樣，不同生物各有自己對水質和環境的要求。俗話說「海闊憑魚躍」並不準確，不僅淡水魚不能在海里養殖，深海中的魚也難以在淺海中生存。受到污染的水，還可以成為生命的禁區，生命之源也並非不能變成死亡之海。

7. 水圈由哪些部分組成

水圈(Hydrosphere)是地球外圈中作用最為活躍的一個圈層，也是一個連續不規則的圈層。它與大氣圈、生物圈和地球內圈的相互作用，直接關繫到影響人類活動的表層系統的演化。水圈也是外動力地質作用的主要介質，是塑造地球表面最重要的角色。 水體存在方式不同，其作用方式也有比較大的差別，按照水體存在的方式可以將水圈劃分為：海洋、河流、地下水、冰川、湖泊等五種主要類型。 參考資料： http://ke..com/view/18468.htm

8. 什麼是水圈

水循環

地球上的水在太陽輻射和重力作用下，以蒸發、降水和徑流等方式進行的周而復始的運動過程，亦稱為水分循環、水文循環。水循環是地理環境中最重要、最活躍的物質循環之一。

水循環過程 水的三態（固態、液態、氣態）轉化特性是產生水循環的內因，太陽輻射和地心引力作用是這一過程的外因或動力。太陽向宇宙空間輻射大量熱能，到達地球的總熱量約有23％消耗於海洋和陸地表面的水分蒸發，平均每年有5000立方公里的水通過蒸發進入大氣，通過降水又返回海洋和陸地。水循環過程通常由4個環節組成：①蒸發，指太陽輻射使水分從海洋和陸地表面蒸發，從植物表面散發變成水汽，成為大氣組成的一部分；②水汽輸送，指水汽隨著氣流從一個地區被輸送到另一地區，或由低空被輸送到高空；③凝結降水，指進入大氣中的水汽在適當條件下凝結，並在重力作用下以雨、雪和雹等形態降落；④徑流，指降水在下落過程中，除一部分蒸發返回大氣外，另一部分經植物截留、下滲、填窪及地面滯留水，並通過不同途徑形成地面徑流、表層流和地下徑流，匯入江河，流入湖海。

水循環類型 包括水分大循環和水分小循環兩類。①水分大循環，即海陸間循環。海洋蒸發的水汽，被氣流帶到大陸上空，凝結後以降水形式降落到地表。其中一部分滲入地下轉化為地下水；一部分又被蒸發進入天空；餘下的水分則沿地表流動形成江河而注入海洋。②水分小循環，即海洋或大陸上的降水同蒸發之間的垂向交換過程。其中包括海洋小循環（海上內循環）和陸地小循環（內陸循環）兩個局部水循環過程。

水循環速度 地球上每年參加水循環的總水量約5000立方公里（摺合水深1130毫米）。大氣對流層中的水分總量約12.9萬立方公里（摺合水深25毫米）。這些水分通過蒸發和降水每年平均更換約45次，即更新期約8天。河川徑流的更新期約16天。沼澤和湖泊的循環更新期較長，分別為5年和17年。其他水體更新期更長，深層地下水為1400年、海洋為25年、極地冰川可達9700年。可見，不同水體的循環速度差異很大。

9. 水圈的組成

（一）水的分布

自然界的水以氣態、固態和液態三種形式存在於大氣圈、生物圈、海洋與大陸表層之中。地球水體的總質量為 1.5×10¹⁸ t，體積約 1.4×10¹⁸ m³，其中，海洋水約佔97.212%，大陸表面水約佔2.167%，地下水為0.619%，大氣水佔0.001%（表2-2）。從表中可以看出，地球上水體的分布是極不均勻的，能被人類飲用的淡水只佔所有水體的一小部分，而且大部分又為固結在兩極及高山地區的固態水。如果設想將地球表面全部削平，水圈的水體足以覆蓋整個地球達2700多米厚。

（二）水的類型

水的分類方案很多，主要是根據研究任務、目的、內容不同對水採取不同的分類，如按水的存在形式可分為氣態水、液態水和固態水；依水中的含鹽量又可分為鹹水、半鹹水和淡水。若按天然水所處的環境不同可分為海水、大氣水和陸地水三類。

表2-2 地球上水的分布

1.海水（sea water）

海洋是地球表面最大的積水盆地，是水圈的主體。

（1）海水的性質

物理性質 海水的物理性質主要包括海水的溫度、密度、壓力和透明度。海水的溫度常隨緯度和水深的變化而變化，低緯度地區的海水溫度較高；深部的海水溫度較穩定，常在-1～4 ℃之間，而表層的海水溫度變化較大。海水的密度取決於海水的鹽度和溫度，0 ℃時，正常鹽度（35）的海水密度為1.02 g/cm³，密度隨鹽度的增加而增加但隨溫度的增高而降低。通常深部海水的密度較大，而淺處較小；近岸邊的較大，而海洋中心的較小。海水的壓力是指海水自重產生的靜壓力，海水每加深10 m約增加10⁵ Pa。海水的透明度是指海水透過光線的能力，一般近岸帶的海水透明度低，而遠岸的海水透明度高。

化學性質 海水中含有多種化學元素，目前已知的有72 種，但常見和含量較高的有12種（除H，O以外），它們是Cl，Na，Mg，S，Ca，K，Br，C，Sr，B，Si，F。這12種元素的含量約占海水中除O，H以外的所有元素含量的99.8 %。海水中常見的鹽類是NaCl，其次是MgCl，MgSO₄，CaSO₄，K₂ SO₄ 和CaCO₃。海水中溶解的全部鹽類物質與海水重量之比稱為鹽度，以千分率（）表示。大洋中的鹽度介於33～37

之間，通常以35

代表海洋的標准鹽度。如果明顯高於35

的海洋稱咸化海，如紅海的鹽度大於40；低於這個數值的稱淡化海，如波羅的海的鹽度小於10。海水中溶解的氣體有O₂，N₂，CO₂，H₂ S等，O₂ 主要分布於海水的表層和近岸地帶；H₂ S通常聚集在海水流動不暢的海域，如海灣或海底；CO₂ 在海水中分布較廣。

（2）海水的運動

海水在風、日月（天體）引力、地震、火山爆發、太陽能等多種因素的影響下，處於不停地運動之中。海水的運動有波浪、潮汐、海流（洋流）和濁流等形式。

波浪（sea wave） 波浪是海水最基本的運動形式。當風刮過海面時，風與海水面之間產生摩擦力，使海水產生運動形成波浪。海水運動時，水質點基本上繞某個平衡位置作圓周運動，只是向前移動很小的距離（圖2-6a）。水質點作圓周運動時，當運動到最高點就形成波峰，運動到最低點就構成波谷，而波高就相當於水質點運動圓周的直徑。在水的內摩擦力（粘滯力）的作用下，一個水質點就帶動下一個水質點運動，並依次傳遞下去，就形成波浪，使水面呈波狀起伏（圖2-6b）。水質點的動能同時也向水面以下傳遞，但由於水深增加，壓力加大，內摩擦力增加，亦即阻力增加，所以水質點的運動圓周隨水深增加變得越來越小。實驗證明，水質點運動圓周的直徑的減小與波長為函數關系，當水深相當於1/9波長時，在該點水質點運動直徑為1/2波高；當水深達1/2波長時，水質點的運動圓周直徑僅為0.04波高，即波浪運動已很微弱了，一般把此深度認為是波浪作用的下限。地震、火山噴發可釋放出巨大的能量，使海水強烈運動，產生洶涌的海浪，波高可達幾十米，這種海浪稱海嘯。

圖2-6 波浪中水質點的運動（a）及波浪的傳播（b）

圖2-7 潮汐形成示意圖

實線箭頭示月球對地球表面各點的引力；虛線箭頭示地-月系統慣性離心力；雙線箭頭示引潮力；A點因引力大於離心力而漲潮；B點因離心力大於引力而漲潮；C，D兩點引潮力向地心而落潮

潮汐（tide） 全球性海水周期性漲落現象叫潮汐。潮汐是海水在引潮力作用下形成的。引潮力主要是月球、太陽對地球的引力和地球繞地-月系質心旋轉、繞太陽公轉的慣性離心力的合力，所以引潮力主要包括太陽—地球間的引潮力和地球—月球間的引潮力兩部分。由於月球距地球較近，是引潮力的主體部分；太陽的質量雖然很大，但由於距離地球太遠，其引潮力僅為月球的46.6%。以地球-月球間的引潮力為例（圖2-7），月球對地球上每一點的引力大小是各不相同的，以地-月質心連線上的對月點為最大、背月點為最小，地心處為平均值，方向總是指向月心；而地球繞地-月系質心繞轉產生的慣性離心力，在地球上各點大小相等（等於月球對地心處的平均引力值），方向相同，但與月球對地心的引力方向相反；引力與離心力的合力構成引潮力。該合力在對月點和背月點最大，且方向垂直指向球面外空間，因而可使海面上升凸起，發生漲潮，當海面達到最高點時稱高潮；而在距對月點、背月點方位角為90 °的地區，合力最小形成落潮，當海面達最低點時稱為低潮。由於地球的自轉，地球上同一地點一天內可出現兩次漲潮和落潮。同時，太陽的引潮力也可引起潮汐現象。如果當月球、太陽、地球處在一條直線上（朔、望月）時，可出現高潮特高、低潮特低的大潮，而在上、下弦月時，日、月對地球的引潮力相互抵消，出現小潮。潮汐在中低緯度地區較發育，向兩極逐漸減弱。由潮汐引起的海面高度變化迫使海水作大規模水平運動，稱為潮流。漲潮時潮水湧向陸地，落潮時潮水退回外海。在平坦的海岸帶，潮水的漲落可影響到相當寬的范圍；在狹窄的海峽、海灣、河口區（如我國的錢塘江口），潮流可形成洶涌的潮浪。

海流（洋流）（ocean current） 大洋中沿一定方向有規律移動的海水稱海流（洋流）。它好像大洋中的一條河流，寬度從幾十千米到百千米以上，涉及的水層厚度可達數百米，流程長達幾千甚至上萬千米，流速一般每小時數千米，流徑一般不易改變（圖2-8）。洋流又可分表層洋流和深層洋流。

圖2-8 世界大洋表層洋流略圖

（引自劉本培等，2000）

表層洋流主要由信風及海水密度差引起，方向以水平運動為主。根據流動水體的溫度與周圍水體的溫度差異又可分為暖流和寒流。暖流一般由低緯度流向高緯度，寒流一般由高緯度流向低緯度。如著名的太平洋北赤道海流流程長達13000 km，海水由中美洲西岸沿北緯10 °～20 °之間西流，直到亞洲東部菲律賓；再由此向北偏轉，經我國台灣島東岸、琉球群島西側，直達日本東岸，稱黑潮（或台灣暖流、日本暖流）；黑潮在日本北海道東側與千島寒流（也稱親潮）相遇後再折向東，流向阿拉斯加；進而再沿北美洲西岸南流形成寒流，補償赤道附近流走的海水。深層洋流主要由海水溫度和鹽度差異引起，方向有水平的和垂直的運動。例如在大西洋，海水由格陵蘭附近下沉，沿海底穿過赤道，至阿根廷東部上升，再由表層流回北方。

濁流（turbidity current） 濁流是海洋（或湖泊） 中載有大量懸浮物質的高密度水下重力流。其密度介於1.2～2.0 g/cm³ 之間，常攜帶大量黏土、砂及礫石。濁流一般形成於大陸架外緣、大陸坡上部或河口三角洲前緣等海底坡度較大、且有大量未固結的沉積物的地帶。濁流多由地震、火山等因素引發，在重力的作用下常以巨大的慣性「一瀉千里」地穿過大陸坡，直達深海平原，其流速可達20～30 m/s，因而具有較大的剝蝕、搬運能力，常常可在大陸坡地區形成切割較深的海底峽谷。

2.陸地水（continental water）

陸地水主要包括地面流水、地下水、湖泊與沼澤及冰川。

（1）地面流水

地面流水是指沿陸地表面流動的水體，其水源主要有大氣降水、冰雪融水、地下水和湖泊等。地面流水根據水源補給特點可分為常年性流水（河流）和暫時性流水（片流、洪流）。

暫時性流水是指補給水源不穩定（時有、時無）的地面流水，這種流水的水源一般都是大氣降水。暫時性流水包括片流和洪流。片流（sheet flow）是指沿山體斜坡無固定水道的面狀流水，它發生在大氣降水剛降落到地面之後，其特點是水層薄、速度慢、呈網狀。洪流（flood flow）是指大氣降水後沿溝谷的水流，它是由片流匯集到溝谷形成的，其特點是流速快，有固定的水道。

河流（river）是地表面具有固定河道的線狀常年性流水。河流有穩定的補給水源，它的水源一般以地下水、冰雪融水為主。在一定集水區域內，由大大小小的若干條河流所組成的水流系統稱為水系。水系中長度最大或水量最大且直接注入海洋或湖泊的河流稱為幹流，直接或間接注入幹流的河流稱為支流（圖2-9）。支流依水量大小和彼此歸並關系又可分為一級、二級等多級支流。理想的水系常呈「樹枝狀」，但也有些水系呈格子狀、向心狀等。一個水系所佔據的區域稱為流域，水系與水系之間以分水嶺相隔。

圖2-9 水系和流域示意圖

從宏觀上來說，地面流水總是從地勢高的地方流向地勢低的地方。而從微觀上來看，地面流水的水質點運動狀態可分為層流和紊流兩種形式。

層流是指在水流過程中，水質點保持相互平行而不相混合的水流（圖2-10a）。實驗表明，只有在平滑的水槽中或流水緩慢時才可能出現這種水流。所以在自然界中是不常見的，在某些片流中可局部出現。

紊流是指流水在運動過程中，水質點的運動速度和方向隨時都發生任意變化的水流（圖2-10b）。紊流幾乎存在於所有地面流水之中，是地面流水最主要的運動形式。紊流在某些條件下，如河道彎曲、洪水期和枯水期、在向前流動的過程中遇到障礙物等，可形成兩種特殊的水流形式，即環流和渦流。環流是指水質點在垂直流向的橫剖面上繞平行於水流方向的軸作螺旋狀有規則運動；而渦流是指水質點在平面上繞垂直於水流方向的軸作螺旋狀運動。

圖2-10 層流（a）和紊流（b）示意圖

（2）地下水（ground water）

地下水是埋藏在地表以下岩石和鬆散堆積物空隙中的水體。水源主要來自地面流水和大氣降水，通過岩石或鬆散堆積物的空隙下滲而保存在地表以下。常見的泉、水井就是地下水在地表的露頭。

岩石中存在空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙）是地下水能夠儲存、運動的條件（圖2-11）。岩石中空隙的體積與岩石的總體積之比稱為空隙率。空隙率越大，能儲存的地下水越多。空隙的連通性也很重要，連通性越好，越利於地下水的運動。雖然一些黏土類岩石的空隙率較大，但由於空隙太小、連通性差，即使儲存有地下水也很難運動。不同種類岩石的空隙率和空隙的連通性都不相同，所以透過地下水的能力也不一樣，我們把岩石或堆積物能透過地下水的能力稱岩石的透水性。由透水性較好的岩石組成的岩層稱為透水層；儲存有地下水的透水層稱含水層。相反，地下水不易透過的岩層稱不透水層或隔水層。

圖2-11 岩石中的空隙示意圖

a—孔隙；b—裂隙；c—溶隙

地下水的存在形式有吸著水、薄膜水、毛細水、重力水，前兩者吸附在岩石（或堆積物）的表面，一般不運動。毛細水充填於毛細管中，水受表面張力作用逆重力方向運動。重力水在重力的影響下作垂直向下或水平運動。

地下水按運動特徵和埋藏條件可分為包氣帶水、潛水、承壓水三種基本類型：

包氣帶水 是指埋藏在包氣帶中的地下水（圖2-12）。包氣帶意指岩石空隙未被地下水充滿的地帶。包氣帶中的地下水以吸著水、薄膜水、毛細水為主，而重力水較少。如果下滲水多時，可出現較多的重力水。包氣帶水主要作垂直方向上的運動，如重力水常由上向下運動、毛細水由下向上運動。

潛水 是埋藏在地表以下第一個穩定隔水層以上、具有自由表面的重力水，也稱飽水帶水（圖2-12）。其自由表面稱潛水面。大氣降水和地面流水通過岩石空隙不斷下滲，在下滲過程中，當遇到隔水層時，阻擋了地下水下滲，就慢慢地集積起來充填於岩石的空隙中，形成飽水帶水。飽水帶水與包氣帶水的分界面就是潛水面，如水井水面、泉水面。潛水面不是一個平面，而是一個凹凸不平的起伏面，常隨地形的起伏而形成相應起伏。它還會隨季節發生變化，在雨季時，下滲水較多，潛水面升高，而旱季時則降低。潛水在重力的作用下一般從高處往低處流，以近水平方向流動為主。

圖2-12 包氣帶水與潛水的分布及運動

Ⅰ—包氣帶；Ⅱ—季節變動帶；Ⅲ—潛水（飽水）帶

承壓水 是指埋藏在兩個穩定隔水層之間的透水層內的重力水，故又稱層間水（圖2-13）。承壓水受兩隔水層所限，位置低的水體受位置高的水體的靜壓力，這種壓力常稱水頭壓力。如果在適當的位置鑽通上隔水層，承壓水在水頭壓力的驅使下，可沿鑽孔自流上升。承壓水的運動方向一般為從補給區流向排泄區。

圖2-13 承壓水的補給與排泄

1—含水層；2—不透水層；3—承壓水面

地下水因受阻力較大，運動速度較慢，一般為每日數米，很少超過每日10 m。地下水保存於岩石的空隙中，而且具有一定的壓力、溫度，與岩石有較大的接觸面積，運動速度慢，又有較長的接觸時間，所以地下水能溶解部分岩石，常常含有較復雜的化學成分，常見的有O₂，CO₂，H₂S，Na^＋，Mg^2＋，Ca^2＋，

和

等。這種成分對地下水的化學性質有重要影響。

（3）湖泊與沼澤

湖泊（lake） 是陸地上較大的集水窪地，全世界湖泊的總面積約27×10 ⁵ km ²，占陸地面積的1.8%。湖泊的規模大小不等，世界上最大的湖泊是西亞的裏海，為鹹水湖，面積達43×10⁴ km²；第二大湖是北美的蘇必利爾湖，為淡水湖，面積達8×10⁴ km²。世界上最深的湖泊是俄羅斯的貝加爾湖，水深達1741 m。湖泊所處位置的高低相差懸殊，最高的是我國西藏高原的納木錯，湖面海拔4718 m；最低的是中東的死海，其水面比海平面低395 m。湖水主要來自大氣降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和殘留海水。湖水通過蒸發、下滲和流泄等方式不斷消耗。一般將有出口流泄的湖稱泄水湖，無出口的稱不泄水湖。

湖水的化學成分主要與湖水的來源及自然地理條件有關。一般在潮濕氣候區，湖水的成分多含有Ca（HCO₃） ₂、有機質等；在乾旱氣候區湖泊的成分則以含NaCl，Na₂ SO₄ 為特徵。據湖水中含鹽量的多少，可把湖泊分為含鹽量低於0.3

的淡水湖、含鹽量為0.3～24.7

的半鹹水湖及含鹽量高於24.7

的鹹水湖。潮濕氣候區的泄水湖通常為淡水湖，乾旱氣候區的不泄水湖則常為鹹水湖。湖泊的水體也處在不停的運動之中。湖水的運動方式有波浪、潮汐、湖流和濁流等，其運動特點與海水的運動相似，只是規模小一些而已（參見前述海水運動特點）。

沼澤（marsh） 是陸地上潮濕積水、喜濕性植物大量生長並有泥炭堆積的地方。沼澤主要分布在濕潤氣候區，不論熱帶、溫帶和寒帶都可產生。沼澤的形成原因有多種，它可以是淺水湖泊的逐漸沼澤化、河流泛濫地的沼澤化、平坦海岸的積水沼澤化、地下水位極淺的廣闊平地的逐漸積水沼澤化、森林和草地的沼澤化等。世界上沼澤總面積達35×10⁵ km²，占陸地面積的2.3%。我國沼澤分布很廣，面積達11×10⁴ km²，佔全國總面積的1.15%，主要分布在東北三江平原、松遼平原北部、青藏高原、松潘草地及沿海地區等。

（4）冰川

冰川（glacier） 是指由積雪形成的、並能運動的冰體。它是陸地上以固體形式存在的水。現在陸地上的冰川主要分布於地球兩極及高山地區，覆蓋陸地面積的10%，集中了全球85%的淡水。據估計，如果全球的冰川融化注入海洋，可使全世界海平面上升66 m。

氣候寒冷是冰川形成的必要條件，另外要有豐富降雪量和合適冰雪堆積的場所。在氣候寒冷地區，降雪不能在當年全部融化而積聚起來，形成積雪區。積雪區的分布常受雪線的控制，雪線（snow line）是指終年積雪區的下部界限。在雪線附近，年降雪量與消融量大致相等；在雪線以上，降雪量大於消融量；而在雪線以下，消融量大於積雪量。在雪線以上的地區，如果地形合適，雪就不斷積聚起來，隨著積雪的增加，剛降下的雪（即新雪，六邊形、空隙大），在地表熱力及雪層壓力的作用下，雪花的尖端融化並逐漸凍結形成粒徑較小的雪粒，經過一系列的壓實、凍結和重結晶作用，雪粒增大轉變成粒雪，粒雪中空隙進一步減少，形成冰川冰（圖2-14）。冰川冰在壓力和重力作用下緩慢流動便形成了冰川。

圖2-14 新雪轉變為粒雪和冰川冰的過程

分布於陸地表面的冰川可分為大陸冰川和山嶽冰川兩類。大陸冰川是分布在高緯度和極地地區的冰川，又稱冰盾或冰蓋，其特點是雪線位置低，分布面積大，冰層厚，流動速度稍快，並由中間向四周流動。如格陵蘭島冰川覆蓋面積為172×10⁴ km²，中心部位冰層厚達3411 m。山嶽冰川是分布於高山地帶的冰川，其特點是雪線位置高，規模小，冰層薄，受地形控制，呈線狀分布（圖2-15）。

圖2-15 山谷冰川（祁連山）

冰川的運動是一種固體流。據研究，冰川上部冰層具脆性；但下部冰層因承受較大壓力而具可塑性，可產生塑性變形和塑性流動，並承托上部冰層的運動。冰層愈厚可塑性也愈大，愈易產生塑性流動。冰川移動時，底層冰因摩擦生熱和壓溶作用產生冰融水，也是促使底部冰層滑動的重要因素。一般，山嶽冰川主要因重力作用由高處向低處流動；大陸冰川因中部比邊緣冰層厚、壓力大，冰川由中部向邊緣流動。

冰川冰的運動速度很慢，在很短的時間內不易被人察覺，常用標志物來測量它的運動速度，如我國祁連山、天山一帶冰川的流速為30～100 m/年。冰層很厚的極地冰川的流速稍快一些，如格陵蘭島的冰川流速最快可達1700 m/年。

3.大氣水

大氣水是指存在於大氣圈中的水，它以氣態的形式存在。據估算，大氣中水的總量約為1.3×10¹³ m³，而絕大多數分布於大氣圈的對流層中。我們通常用濕度（humidity）來表示大氣中的水含量。大氣的濕度可分為相對濕度和絕對濕度。所謂的相對濕度是指空氣實際水汽壓與當時同溫度下飽和水汽壓的百分比，而絕對濕度是指一定量空氣中的水汽質量與該定量空氣的體積之比（g/m³）。相對濕度會隨氣溫而變化，如果當水汽壓不變時，氣溫升高，飽和水汽壓增大，相對濕度會減小；反之，則增大。所以在一天之內，在清晨相對濕度最高，而中午相對濕度最低。

大氣水來源於海水和陸地水體的蒸發、植物葉面的蒸騰作用以及火山活動，其中以海洋蒸發的水量最大。據研究，每年從海洋蒸發的水約342835 km³，而來自陸地水體及植物葉片的蒸發量約65440 km³。大氣中的水會隨著大氣運動被運送到對流層的不同部分，當它們遇到冷空氣時，又會以雨、雪、雹等形式降回到地球表面。據觀測，全球每年從大氣中降落的雨水達423000 km³。

由於現代人口的劇增和工業的快速發展以及地表生態系統嚴重破壞，大氣水中的粉塵、有毒和有害氣體的含量也不斷增加，以至影響人們的正常生活。大氣水中的粉塵主要有煙塵、礦物微粒、金屬微粒等，有害氣體主要為SO₂，NO₂，HCl，H₂ S等。這些氣體被大氣水所吸收可形成汽溶膠或酸雨，嚴重危害人體健康和動、植物的正常生長。

大氣水對地球的溫度能起到「溫室效應」，使地球的表面溫度保持恆定。水汽與CO₂一樣，能吸收大量來自地面的長波熱輻射，把太陽輻射的能量截留住，使大氣升溫。據研究，如果大氣圈的水分含量降低50%，氣溫將降低5 ℃左右。