建筑工程水圈

1. 建筑工程中图纸未标注,但按国家强制规范有的项目甲方应令外付工程欹吗

该做的照做，清单上漏项的就申请变更增加。强制规范上有要求，即使甲方没提出来，你自己都得提出来加上去把他做了。

2. 水圈有什么作用

是地球外圈中作用最为活跃的一个圈层，也是一个连续不规的圈层。它与大气生物圈和地球内圈的相互作用直接关系到影响人类活动的表层系统的演化。

3. 水圈是怎么形成的

水圈的形成与大气圈的形成相似，在陨石冲击下，陨石和地球岩石中的结晶水由于温度升高从分子结构中分离出来，形成大量蒸汽。陨石冲击逐渐减少后，地球表面的温度也开始下降，水蒸气结成水降至地球表面，并最终形成水圈。

水圈

4. 什么是水圈

水以气态、液态和固态三种形式存在于大气、地表和地下。水在不断地以蒸发、凝结、降水、径流的方式转移交替，形成水的循环。人类社会的全部生活都与它有密切联系。海洋为人类提供了极其丰富的化学、矿产、动力和生物等资源，也是陆地风云变幻的源地、干湿冷暖变化的调节器。河流和湖泊为人类提供了灌溉、发电、渔业、城市供水和航运之便。存蓄在岩石裂隙和土壤空隙中的地下水，也是工农业生产、日常生活用水的重要来源。高纬度和高山地区的冰川不但是人类的固体水源，也控制着世界的气候和人们的生活方式。

引起人们注意的是人类活动在不同方面造成水环境的破坏，一是由于对水资源本身不合理的掠夺式开采所产生的对水环境和水资源的破坏（如过量引用地表水导致河湖干涸，过量汲取地下水导致地下水资源枯竭）；二是由于人类在其活动领域的活动所产生的对水环境和水资源的破坏（如盲目围垦引起湖泊面积和体积缩小）；三是工农业生产活动和生活活动引起的各类水体的水质污染。另外，大气污染产生气候变化，使陆上积冰量随气温变化，如某一段时间气温突然上升或下降，就会出现大冰川或冰冠融化入海引起海平面大幅度上升，那就会给人类造成灾难。

5. 水圈的成分

地球表部的水体包括海水（海洋水）、陆地水、生物体内水和大气水。详细的水体分布如表1-12。

表1-12 地球表部水体的分布

水圈由海水和陆地水组成，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、咸湖、内海、冰盖和冰川、土壤水和地下水等各种水体。其中海水是水圈的主体。

（一）海水

海水中除含有各种被溶解组分外，尚有少量有机质、无机微粒悬浮物和微量元素。被溶解组分主要以离子和酸根状态存在，其中含量最多为 Cl^-、Na⁺、、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、、Br^-和S²⁺，以及少量的MgSO₄、CaSO₄和SrSO₄ ，它们占被溶解物质总量的99.91%（表 1 13）。微量元素主要以简单阳离子、硫酸盐和氯化物形式存在。

表1-13 海水中的主要化学成分

在研究海水成分时，引入了“氯度”和“盐度”两个概念。氯度定义为每千克海水中，将溴和碘以氯代替，其所含氯、溴和碘的总克数，单位是g/kg。

盐度的定义是在每千克海水中，将所有的碳酸盐转换为氧化物，将所有溴化物和碘化物转换成氯化物，并将所有有机物完全氧化后，所含固体的总克数，单位为g/kg。

大量研究证明，海水中主要化学成分含量的相对比例是比较恒定的。海水中的盐度和氯度之间一般存在如下经验公式：

地球化学原理（第三版）

故当测定某海水的氯度后，即可计算出盐度。

海水的盐度介于34‰～36‰之间，变化幅度仅为2‰。其他微量元素总量虽不足0.1‰，但各元素含量的变化幅度较大，介于10^-6～10^-12之间。

海水中含有少量的气体，主要为：CO₂、N₂和O₂。其含量以cm³/L计。CO₂为50；N₂为13；O₂为2～8。此外尚含有H₂S和惰性气体［（0.32～7）×10^-6cm³/L］以及大约为0.03‰的有机物质。

（二）大陆水

大陆水包括河水和湖水，其质量相对于水圈总体质量而言是很少的，仅占水圈质量的2.97%，但它对表生作用和生态环境的影响却非常巨大。

大部分大陆水来自大气降水，少量为温泉补给。大陆水所含被溶物质主要为Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺、和 Cl^-等。这些物质的总量习惯上称为含盐量，其化学组成的类型与海水相似，但其含量变化大，常因其所处的地质、地理环境的不同而变化。

克拉克曾对大陆河水和湖水中的部分化学成分进行了统计和测定，得出的各大陆水平均化学成分列于表1-14。

表1-14 大陆水的化学成分（w_B%）

对比大陆水与海水中部分离子的化学成分，可看出它们之间的差别是明显的。尽管在大陆水和海水中主要离子有相似之处，但它们含量的比例是相反的。在大多数河流水的成分中和 Ca²⁺离子都占优势。

海水中：Na⁺＞Mg²⁺＞Ca²⁺；Cl^-＞；

大陆水中：Mg²⁺＜Na⁺＜Ca²⁺；Cl^-＜。

1.河水

河水的平均化学成分列于表1-15。

表1-15 河水平均成分

河水由大气降水经地表径流汇集而成，流域面积广阔，水质变化较大。世界河水含盐量一般介于n×10～300mg/L，平均含盐量为160mg/L。河水中主要离子浓度顺序一般为Ca²⁺＞Na⁺，，少数河水 Na⁺＞Ca²⁺，。天然水按其含盐量低于1000mg/L者为淡水，大于1000mg/L为咸水。大部分河水为淡水。

2.湖水

湖水包括湖泊水、沼泽水和内海水等。水质有淡水和咸水两种。淡水的主要成分中，离子浓度一般为Ca²⁺＞Na⁺，。咸水中，其他阳离子浓度顺序与海水相似。由于湖水处于相对静止状态，其含盐量变化比河水小。

3.地下水

地下水主要由大气降水经过土壤和岩层的渗透而形成。由于地下水所处的土壤和岩层的化学组成不同，因而它们的被溶物质各有不同。又由于不同部位水层之间不易交流，所以其水质成分常多种多样，因地而异。地下水的基本特点是：悬浮杂质少；有机质和细菌少；受地表污染少；含盐量高，浓度变化大；硬度和矿化度较高。

地下水的含盐量一般比地表水高数倍。但因其悬浮物少和受地表污染少，故其水质清澈透明。地下水含盐量常随深度而增大，成分的比例也有变化。地下水中离子浓度一般为Ca²⁺＞Na⁺，，至深部转化为 Na⁺＞Ca²⁺，。地下水具有还原性质，常含有低价金属，特别是Fe²⁺和 Mn²⁺等。

温泉水常含有特殊的成分，例如CO₂、H₂S、CH₄、N₂等气体及放射性元素。它是由内力地质作用形成的一种特殊的地下水体。天然水中主要的溶解成分列于表1-16。

表1-16 天然水中主要的溶解成分

地球水圈的存在，对于风化、沉积作用和生命的衍生具有决定性意义。水在表生条件下使矿物发生分解、运移，并改变了原有矿物的元素组合，导致一些元素发生迁移、分散，另一些元素发生聚合、集中。据统计，世界资源总量的75%左右是在水圈中经沉积和沉积变质而生成的。因此，对于水圈地球化学作用的研究，不仅具有理论意义，而且具有重要的经济意义。

6. 水圈的构成及水的特性

水圈(hydrosphere)的存在，是地球特有的环境优势。在第二章中我们提到，这些水是在地球圈层分异过程中从地球内部析离出来的。不少学者认为，时至今日，保存在地幔中的水，仍比已进入到水圈中的要多得多。近年来还有人提出，在地球受到彗星撞击的时候，由于彗核主要由冰组成，这些冰也是地球上水的一种来源。不管哪一种说法，都得归功于地球自身的重力和适宜的温度，使得水能够保存下来，并常年保持以液态为主。

地球上的水，按其质量计算，97%以上是液态，它们淹没了岩石圈表面的70.8%，形成海洋;约2%的水冻结在两极地区和高山上，成为冰川;其余不到1%的水在地面流动或渗透在岩石、土壤、大气和生物体中。具体分布情况见表6-1。

表6-1 地球上水的分布

图6-1 水分子结构图

图6-2 人体血液、海水及地壳中的化学元素含量比较

虽然水圈的质量仅占地球总质量的1/5000左右，但它对生物圈以及人类能在地球上生存和发展，具有决定性的意义。谁都知道水是由两个氢原子和一个氧原子结合而成的，但它们究竟是以怎样的形式结合在一起，则是经过科学的观测才获知的。在水分子中，两个带正电荷的氢原子与一个带负电荷的氧原子之间的结合，不是成直线的对称排列，而是成等腰三角形，即两个氢原子间的夹角为104°45'(图6-1)。由于存在这个夹角，正负电荷不能全部抵消，仍各有自己的电荷中心，就出现了偶极性。水分子由于偶极性的存在，相反的两极相互吸引，使它们能连接成很长的链，但水的性质并没有改变，这种现象叫做水的缔合。在常温下表现为液态，温度升高到沸点(一般是100℃)，这些水分子才一个一个地分开，或拆成很短的链，成为气体。而温度降低到冰点以下，则结合得很紧密，结晶而成为固体。由于连接水分子间的氢键韧性好，并可以摆动、伸缩或变形，因此水的流动性好、表面张力强、热容量大，有一定的黏性但较弱。水的这些特性，特别是它的偶极性，是溶解其他物质的重要因素，同时为分散在水中的溶解物相互作用提供了良好的环境，使水成为地表一切变化的主要媒介。生命能首先在海洋中发生和发展起来，水是关键性的因素。

水分子能吸收太阳辐射，而且比空气吸收得更多。生命首先能在海洋中发生，一个原因就是原始大气中缺少臭氧，不能保护生命大分子在大气中不受紫外线辐射的破坏，而海水下面却能提供保护。海洋既是生命的发源地，也是生命演化的大舞台。从原核生命到真核生命，从单细胞生物到多细胞生物，从无脊椎动物到脊椎动物，这些生命演化的重大转折都是在海洋中完成的。直到现今生活在陆地上的动物也没有抹去这段记忆，如动物血液(包括人的血液)中的元素组成与大洋水的元素组成就很接近(图6-2)。

人和其他动物的形体与重量，都主要靠水在维持，如果把人体中的水排除掉，剩下的体重仅约占原来的1/3，形态也要大变。在木乃伊的身上，就看不到健壮的肌肉或美好的容颜。任何生物都需要有水才能生存。生活在陆地上的生物，需要的还是淡水(占全球水总量的0.6149%，不包括冰川)。水影响着生物的发展和控制了它的分布，从海洋登陆的植物，为了减少水分的蒸发，演化形成了树皮。生长在沙漠中的植物为了获得更多的水分，根系发育并深深地扎入地下，叶也演化成针状(如仙人掌)。尽管如此，缺水的沙漠地区生命仍极为稀少，而热带雨林中则生物繁盛。难怪德国生理学家杜拔亚·雷蒙·艾米尔(1818～1896)感叹道:“生命乃是朝气蓬勃的水!”

不过需要指出，在自然界中，仅由氢和氧组成的纯水是没有的，或多或少都溶解有某些盐类物质、气体、胶体，甚至有固体微粒悬浮其中。不同地区的水质也不完全一样，不同生物各有自己对水质和环境的要求。俗话说“海阔凭鱼跃”并不准确，不仅淡水鱼不能在海里养殖，深海中的鱼也难以在浅海中生存。受到污染的水，还可以成为生命的禁区，生命之源也并非不能变成死亡之海。

7. 水圈由哪些部分组成

水圈(Hydrosphere)是地球外圈中作用最为活跃的一个圈层，也是一个连续不规则的圈层。它与大气圈、生物圈和地球内圈的相互作用，直接关系到影响人类活动的表层系统的演化。水圈也是外动力地质作用的主要介质，是塑造地球表面最重要的角色。 水体存在方式不同，其作用方式也有比较大的差别，按照水体存在的方式可以将水圈划分为：海洋、河流、地下水、冰川、湖泊等五种主要类型。 参考资料： http://ke..com/view/18468.htm

8. 什么是水圈

水循环

地球上的水在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程，亦称为水分循环、水文循环。水循环是地理环境中最重要、最活跃的物质循环之一。

水循环过程 水的三态（固态、液态、气态）转化特性是产生水循环的内因，太阳辐射和地心引力作用是这一过程的外因或动力。太阳向宇宙空间辐射大量热能，到达地球的总热量约有23％消耗于海洋和陆地表面的水分蒸发，平均每年有5000立方公里的水通过蒸发进入大气，通过降水又返回海洋和陆地。水循环过程通常由4个环节组成：①蒸发，指太阳辐射使水分从海洋和陆地表面蒸发，从植物表面散发变成水汽，成为大气组成的一部分；②水汽输送，指水汽随着气流从一个地区被输送到另一地区，或由低空被输送到高空；③凝结降水，指进入大气中的水汽在适当条件下凝结，并在重力作用下以雨、雪和雹等形态降落；④径流，指降水在下落过程中，除一部分蒸发返回大气外，另一部分经植物截留、下渗、填洼及地面滞留水，并通过不同途径形成地面径流、表层流和地下径流，汇入江河，流入湖海。

水循环类型 包括水分大循环和水分小循环两类。①水分大循环，即海陆间循环。海洋蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，凝结后以降水形式降落到地表。其中一部分渗入地下转化为地下水；一部分又被蒸发进入天空；余下的水分则沿地表流动形成江河而注入海洋。②水分小循环，即海洋或大陆上的降水同蒸发之间的垂向交换过程。其中包括海洋小循环（海上内循环）和陆地小循环（内陆循环）两个局部水循环过程。

水循环速度 地球上每年参加水循环的总水量约5000立方公里（折合水深1130毫米）。大气对流层中的水分总量约12.9万立方公里（折合水深25毫米）。这些水分通过蒸发和降水每年平均更换约45次，即更新期约8天。河川径流的更新期约16天。沼泽和湖泊的循环更新期较长，分别为5年和17年。其他水体更新期更长，深层地下水为1400年、海洋为25年、极地冰川可达9700年。可见，不同水体的循环速度差异很大。

9. 水圈的组成

（一）水的分布

自然界的水以气态、固态和液态三种形式存在于大气圈、生物圈、海洋与大陆表层之中。地球水体的总质量为 1.5×10¹⁸ t，体积约 1.4×10¹⁸ m³，其中，海洋水约占97.212%，大陆表面水约占2.167%，地下水为0.619%，大气水占0.001%（表2-2）。从表中可以看出，地球上水体的分布是极不均匀的，能被人类饮用的淡水只占所有水体的一小部分，而且大部分又为固结在两极及高山地区的固态水。如果设想将地球表面全部削平，水圈的水体足以覆盖整个地球达2700多米厚。

（二）水的类型

水的分类方案很多，主要是根据研究任务、目的、内容不同对水采取不同的分类，如按水的存在形式可分为气态水、液态水和固态水；依水中的含盐量又可分为咸水、半咸水和淡水。若按天然水所处的环境不同可分为海水、大气水和陆地水三类。

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积水盆地，是水圈的主体。

（1）海水的性质

物理性质 海水的物理性质主要包括海水的温度、密度、压力和透明度。海水的温度常随纬度和水深的变化而变化，低纬度地区的海水温度较高；深部的海水温度较稳定，常在-1～4 ℃之间，而表层的海水温度变化较大。海水的密度取决于海水的盐度和温度，0 ℃时，正常盐度（35）的海水密度为1.02 g/cm³，密度随盐度的增加而增加但随温度的增高而降低。通常深部海水的密度较大，而浅处较小；近岸边的较大，而海洋中心的较小。海水的压力是指海水自重产生的静压力，海水每加深10 m约增加10⁵ Pa。海水的透明度是指海水透过光线的能力，一般近岸带的海水透明度低，而远岸的海水透明度高。

化学性质 海水中含有多种化学元素，目前已知的有72 种，但常见和含量较高的有12种（除H，O以外），它们是Cl，Na，Mg，S，Ca，K，Br，C，Sr，B，Si，F。这12种元素的含量约占海水中除O，H以外的所有元素含量的99.8 %。海水中常见的盐类是NaCl，其次是MgCl，MgSO₄，CaSO₄，K₂ SO₄ 和CaCO₃。海水中溶解的全部盐类物质与海水重量之比称为盐度，以千分率（）表示。大洋中的盐度介于33～37

之间，通常以35

代表海洋的标准盐度。如果明显高于35

的海洋称咸化海，如红海的盐度大于40；低于这个数值的称淡化海，如波罗的海的盐度小于10。海水中溶解的气体有O₂，N₂，CO₂，H₂ S等，O₂ 主要分布于海水的表层和近岸地带；H₂ S通常聚集在海水流动不畅的海域，如海湾或海底；CO₂ 在海水中分布较广。

（2）海水的运动

海水在风、日月（天体）引力、地震、火山爆发、太阳能等多种因素的影响下，处于不停地运动之中。海水的运动有波浪、潮汐、海流（洋流）和浊流等形式。

波浪（sea wave） 波浪是海水最基本的运动形式。当风刮过海面时，风与海水面之间产生摩擦力，使海水产生运动形成波浪。海水运动时，水质点基本上绕某个平衡位置作圆周运动，只是向前移动很小的距离（图2-6a）。水质点作圆周运动时，当运动到最高点就形成波峰，运动到最低点就构成波谷，而波高就相当于水质点运动圆周的直径。在水的内摩擦力（粘滞力）的作用下，一个水质点就带动下一个水质点运动，并依次传递下去，就形成波浪，使水面呈波状起伏（图2-6b）。水质点的动能同时也向水面以下传递，但由于水深增加，压力加大，内摩擦力增加，亦即阻力增加，所以水质点的运动圆周随水深增加变得越来越小。实验证明，水质点运动圆周的直径的减小与波长为函数关系，当水深相当于1/9波长时，在该点水质点运动直径为1/2波高；当水深达1/2波长时，水质点的运动圆周直径仅为0.04波高，即波浪运动已很微弱了，一般把此深度认为是波浪作用的下限。地震、火山喷发可释放出巨大的能量，使海水强烈运动，产生汹涌的海浪，波高可达几十米，这种海浪称海啸。

图2-6 波浪中水质点的运动（a）及波浪的传播（b）

图2-7 潮汐形成示意图

实线箭头示月球对地球表面各点的引力；虚线箭头示地-月系统惯性离心力；双线箭头示引潮力；A点因引力大于离心力而涨潮；B点因离心力大于引力而涨潮；C，D两点引潮力向地心而落潮

潮汐（tide） 全球性海水周期性涨落现象叫潮汐。潮汐是海水在引潮力作用下形成的。引潮力主要是月球、太阳对地球的引力和地球绕地-月系质心旋转、绕太阳公转的惯性离心力的合力，所以引潮力主要包括太阳—地球间的引潮力和地球—月球间的引潮力两部分。由于月球距地球较近，是引潮力的主体部分；太阳的质量虽然很大，但由于距离地球太远，其引潮力仅为月球的46.6%。以地球-月球间的引潮力为例（图2-7），月球对地球上每一点的引力大小是各不相同的，以地-月质心连线上的对月点为最大、背月点为最小，地心处为平均值，方向总是指向月心；而地球绕地-月系质心绕转产生的惯性离心力，在地球上各点大小相等（等于月球对地心处的平均引力值），方向相同，但与月球对地心的引力方向相反；引力与离心力的合力构成引潮力。该合力在对月点和背月点最大，且方向垂直指向球面外空间，因而可使海面上升凸起，发生涨潮，当海面达到最高点时称高潮；而在距对月点、背月点方位角为90 °的地区，合力最小形成落潮，当海面达最低点时称为低潮。由于地球的自转，地球上同一地点一天内可出现两次涨潮和落潮。同时，太阳的引潮力也可引起潮汐现象。如果当月球、太阳、地球处在一条直线上（朔、望月）时，可出现高潮特高、低潮特低的大潮，而在上、下弦月时，日、月对地球的引潮力相互抵消，出现小潮。潮汐在中低纬度地区较发育，向两极逐渐减弱。由潮汐引起的海面高度变化迫使海水作大规模水平运动，称为潮流。涨潮时潮水涌向陆地，落潮时潮水退回外海。在平坦的海岸带，潮水的涨落可影响到相当宽的范围；在狭窄的海峡、海湾、河口区（如我国的钱塘江口），潮流可形成汹涌的潮浪。

海流（洋流）（ocean current） 大洋中沿一定方向有规律移动的海水称海流（洋流）。它好像大洋中的一条河流，宽度从几十千米到百千米以上，涉及的水层厚度可达数百米，流程长达几千甚至上万千米，流速一般每小时数千米，流径一般不易改变（图2-8）。洋流又可分表层洋流和深层洋流。

图2-8 世界大洋表层洋流略图

（引自刘本培等，2000）

表层洋流主要由信风及海水密度差引起，方向以水平运动为主。根据流动水体的温度与周围水体的温度差异又可分为暖流和寒流。暖流一般由低纬度流向高纬度，寒流一般由高纬度流向低纬度。如著名的太平洋北赤道海流流程长达13000 km，海水由中美洲西岸沿北纬10 °～20 °之间西流，直到亚洲东部菲律宾；再由此向北偏转，经我国台湾岛东岸、琉球群岛西侧，直达日本东岸，称黑潮（或台湾暖流、日本暖流）；黑潮在日本北海道东侧与千岛寒流（也称亲潮）相遇后再折向东，流向阿拉斯加；进而再沿北美洲西岸南流形成寒流，补偿赤道附近流走的海水。深层洋流主要由海水温度和盐度差异引起，方向有水平的和垂直的运动。例如在大西洋，海水由格陵兰附近下沉，沿海底穿过赤道，至阿根廷东部上升，再由表层流回北方。

浊流（turbidity current） 浊流是海洋（或湖泊） 中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流。其密度介于1.2～2.0 g/cm³ 之间，常携带大量黏土、砂及砾石。浊流一般形成于大陆架外缘、大陆坡上部或河口三角洲前缘等海底坡度较大、且有大量未固结的沉积物的地带。浊流多由地震、火山等因素引发，在重力的作用下常以巨大的惯性“一泻千里”地穿过大陆坡，直达深海平原，其流速可达20～30 m/s，因而具有较大的剥蚀、搬运能力，常常可在大陆坡地区形成切割较深的海底峡谷。

2.陆地水（continental water）

陆地水主要包括地面流水、地下水、湖泊与沼泽及冰川。

（1）地面流水

地面流水是指沿陆地表面流动的水体，其水源主要有大气降水、冰雪融水、地下水和湖泊等。地面流水根据水源补给特点可分为常年性流水（河流）和暂时性流水（片流、洪流）。

暂时性流水是指补给水源不稳定（时有、时无）的地面流水，这种流水的水源一般都是大气降水。暂时性流水包括片流和洪流。片流（sheet flow）是指沿山体斜坡无固定水道的面状流水，它发生在大气降水刚降落到地面之后，其特点是水层薄、速度慢、呈网状。洪流（flood flow）是指大气降水后沿沟谷的水流，它是由片流汇集到沟谷形成的，其特点是流速快，有固定的水道。

河流（river）是地表面具有固定河道的线状常年性流水。河流有稳定的补给水源，它的水源一般以地下水、冰雪融水为主。在一定集水区域内，由大大小小的若干条河流所组成的水流系统称为水系。水系中长度最大或水量最大且直接注入海洋或湖泊的河流称为干流，直接或间接注入干流的河流称为支流（图2-9）。支流依水量大小和彼此归并关系又可分为一级、二级等多级支流。理想的水系常呈“树枝状”，但也有些水系呈格子状、向心状等。一个水系所占据的区域称为流域，水系与水系之间以分水岭相隔。

图2-9 水系和流域示意图

从宏观上来说，地面流水总是从地势高的地方流向地势低的地方。而从微观上来看，地面流水的水质点运动状态可分为层流和紊流两种形式。

层流是指在水流过程中，水质点保持相互平行而不相混合的水流（图2-10a）。实验表明，只有在平滑的水槽中或流水缓慢时才可能出现这种水流。所以在自然界中是不常见的，在某些片流中可局部出现。

紊流是指流水在运动过程中，水质点的运动速度和方向随时都发生任意变化的水流（图2-10b）。紊流几乎存在于所有地面流水之中，是地面流水最主要的运动形式。紊流在某些条件下，如河道弯曲、洪水期和枯水期、在向前流动的过程中遇到障碍物等，可形成两种特殊的水流形式，即环流和涡流。环流是指水质点在垂直流向的横剖面上绕平行于水流方向的轴作螺旋状有规则运动；而涡流是指水质点在平面上绕垂直于水流方向的轴作螺旋状运动。

图2-10 层流（a）和紊流（b）示意图

（2）地下水（ground water）

地下水是埋藏在地表以下岩石和松散堆积物空隙中的水体。水源主要来自地面流水和大气降水，通过岩石或松散堆积物的空隙下渗而保存在地表以下。常见的泉、水井就是地下水在地表的露头。

岩石中存在空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙）是地下水能够储存、运动的条件（图2-11）。岩石中空隙的体积与岩石的总体积之比称为空隙率。空隙率越大，能储存的地下水越多。空隙的连通性也很重要，连通性越好，越利于地下水的运动。虽然一些黏土类岩石的空隙率较大，但由于空隙太小、连通性差，即使储存有地下水也很难运动。不同种类岩石的空隙率和空隙的连通性都不相同，所以透过地下水的能力也不一样，我们把岩石或堆积物能透过地下水的能力称岩石的透水性。由透水性较好的岩石组成的岩层称为透水层；储存有地下水的透水层称含水层。相反，地下水不易透过的岩层称不透水层或隔水层。

图2-11 岩石中的空隙示意图

a—孔隙；b—裂隙；c—溶隙

地下水的存在形式有吸着水、薄膜水、毛细水、重力水，前两者吸附在岩石（或堆积物）的表面，一般不运动。毛细水充填于毛细管中，水受表面张力作用逆重力方向运动。重力水在重力的影响下作垂直向下或水平运动。

地下水按运动特征和埋藏条件可分为包气带水、潜水、承压水三种基本类型：

包气带水 是指埋藏在包气带中的地下水（图2-12）。包气带意指岩石空隙未被地下水充满的地带。包气带中的地下水以吸着水、薄膜水、毛细水为主，而重力水较少。如果下渗水多时，可出现较多的重力水。包气带水主要作垂直方向上的运动，如重力水常由上向下运动、毛细水由下向上运动。

潜水 是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上、具有自由表面的重力水，也称饱水带水（图2-12）。其自由表面称潜水面。大气降水和地面流水通过岩石空隙不断下渗，在下渗过程中，当遇到隔水层时，阻挡了地下水下渗，就慢慢地集积起来充填于岩石的空隙中，形成饱水带水。饱水带水与包气带水的分界面就是潜水面，如水井水面、泉水面。潜水面不是一个平面，而是一个凹凸不平的起伏面，常随地形的起伏而形成相应起伏。它还会随季节发生变化，在雨季时，下渗水较多，潜水面升高，而旱季时则降低。潜水在重力的作用下一般从高处往低处流，以近水平方向流动为主。

图2-12 包气带水与潜水的分布及运动

Ⅰ—包气带；Ⅱ—季节变动带；Ⅲ—潜水（饱水）带

承压水 是指埋藏在两个稳定隔水层之间的透水层内的重力水，故又称层间水（图2-13）。承压水受两隔水层所限，位置低的水体受位置高的水体的静压力，这种压力常称水头压力。如果在适当的位置钻通上隔水层，承压水在水头压力的驱使下，可沿钻孔自流上升。承压水的运动方向一般为从补给区流向排泄区。

图2-13 承压水的补给与排泄

1—含水层；2—不透水层；3—承压水面

地下水因受阻力较大，运动速度较慢，一般为每日数米，很少超过每日10 m。地下水保存于岩石的空隙中，而且具有一定的压力、温度，与岩石有较大的接触面积，运动速度慢，又有较长的接触时间，所以地下水能溶解部分岩石，常常含有较复杂的化学成分，常见的有O₂，CO₂，H₂S，Na^＋，Mg^2＋，Ca^2＋，

和

等。这种成分对地下水的化学性质有重要影响。

（3）湖泊与沼泽

湖泊（lake） 是陆地上较大的集水洼地，全世界湖泊的总面积约27×10 ⁵ km ²，占陆地面积的1.8%。湖泊的规模大小不等，世界上最大的湖泊是西亚的里海，为咸水湖，面积达43×10⁴ km²；第二大湖是北美的苏必利尔湖，为淡水湖，面积达8×10⁴ km²。世界上最深的湖泊是俄罗斯的贝加尔湖，水深达1741 m。湖泊所处位置的高低相差悬殊，最高的是我国西藏高原的纳木错，湖面海拔4718 m；最低的是中东的死海，其水面比海平面低395 m。湖水主要来自大气降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和残留海水。湖水通过蒸发、下渗和流泄等方式不断消耗。一般将有出口流泄的湖称泄水湖，无出口的称不泄水湖。

湖水的化学成分主要与湖水的来源及自然地理条件有关。一般在潮湿气候区，湖水的成分多含有Ca（HCO₃） ₂、有机质等；在干旱气候区湖泊的成分则以含NaCl，Na₂ SO₄ 为特征。据湖水中含盐量的多少，可把湖泊分为含盐量低于0.3

的淡水湖、含盐量为0.3～24.7

的半咸水湖及含盐量高于24.7

的咸水湖。潮湿气候区的泄水湖通常为淡水湖，干旱气候区的不泄水湖则常为咸水湖。湖泊的水体也处在不停的运动之中。湖水的运动方式有波浪、潮汐、湖流和浊流等，其运动特点与海水的运动相似，只是规模小一些而已（参见前述海水运动特点）。

沼泽（marsh） 是陆地上潮湿积水、喜湿性植物大量生长并有泥炭堆积的地方。沼泽主要分布在湿润气候区，不论热带、温带和寒带都可产生。沼泽的形成原因有多种，它可以是浅水湖泊的逐渐沼泽化、河流泛滥地的沼泽化、平坦海岸的积水沼泽化、地下水位极浅的广阔平地的逐渐积水沼泽化、森林和草地的沼泽化等。世界上沼泽总面积达35×10⁵ km²，占陆地面积的2.3%。我国沼泽分布很广，面积达11×10⁴ km²，占全国总面积的1.15%，主要分布在东北三江平原、松辽平原北部、青藏高原、松潘草地及沿海地区等。

（4）冰川

冰川（glacier） 是指由积雪形成的、并能运动的冰体。它是陆地上以固体形式存在的水。现在陆地上的冰川主要分布于地球两极及高山地区，覆盖陆地面积的10%，集中了全球85%的淡水。据估计，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。

气候寒冷是冰川形成的必要条件，另外要有丰富降雪量和合适冰雪堆积的场所。在气候寒冷地区，降雪不能在当年全部融化而积聚起来，形成积雪区。积雪区的分布常受雪线的控制，雪线（snow line）是指终年积雪区的下部界限。在雪线附近，年降雪量与消融量大致相等；在雪线以上，降雪量大于消融量；而在雪线以下，消融量大于积雪量。在雪线以上的地区，如果地形合适，雪就不断积聚起来，随着积雪的增加，刚降下的雪（即新雪，六边形、空隙大），在地表热力及雪层压力的作用下，雪花的尖端融化并逐渐冻结形成粒径较小的雪粒，经过一系列的压实、冻结和重结晶作用，雪粒增大转变成粒雪，粒雪中空隙进一步减少，形成冰川冰（图2-14）。冰川冰在压力和重力作用下缓慢流动便形成了冰川。

图2-14 新雪转变为粒雪和冰川冰的过程

分布于陆地表面的冰川可分为大陆冰川和山岳冰川两类。大陆冰川是分布在高纬度和极地地区的冰川，又称冰盾或冰盖，其特点是雪线位置低，分布面积大，冰层厚，流动速度稍快，并由中间向四周流动。如格陵兰岛冰川覆盖面积为172×10⁴ km²，中心部位冰层厚达3411 m。山岳冰川是分布于高山地带的冰川，其特点是雪线位置高，规模小，冰层薄，受地形控制，呈线状分布（图2-15）。

图2-15 山谷冰川（祁连山）

冰川的运动是一种固体流。据研究，冰川上部冰层具脆性；但下部冰层因承受较大压力而具可塑性，可产生塑性变形和塑性流动，并承托上部冰层的运动。冰层愈厚可塑性也愈大，愈易产生塑性流动。冰川移动时，底层冰因摩擦生热和压溶作用产生冰融水，也是促使底部冰层滑动的重要因素。一般，山岳冰川主要因重力作用由高处向低处流动；大陆冰川因中部比边缘冰层厚、压力大，冰川由中部向边缘流动。

冰川冰的运动速度很慢，在很短的时间内不易被人察觉，常用标志物来测量它的运动速度，如我国祁连山、天山一带冰川的流速为30～100 m/年。冰层很厚的极地冰川的流速稍快一些，如格陵兰岛的冰川流速最快可达1700 m/年。

3.大气水

大气水是指存在于大气圈中的水，它以气态的形式存在。据估算，大气中水的总量约为1.3×10¹³ m³，而绝大多数分布于大气圈的对流层中。我们通常用湿度（humidity）来表示大气中的水含量。大气的湿度可分为相对湿度和绝对湿度。所谓的相对湿度是指空气实际水汽压与当时同温度下饱和水汽压的百分比，而绝对湿度是指一定量空气中的水汽质量与该定量空气的体积之比（g/m³）。相对湿度会随气温而变化，如果当水汽压不变时，气温升高，饱和水汽压增大，相对湿度会减小；反之，则增大。所以在一天之内，在清晨相对湿度最高，而中午相对湿度最低。

大气水来源于海水和陆地水体的蒸发、植物叶面的蒸腾作用以及火山活动，其中以海洋蒸发的水量最大。据研究，每年从海洋蒸发的水约342835 km³，而来自陆地水体及植物叶片的蒸发量约65440 km³。大气中的水会随着大气运动被运送到对流层的不同部分，当它们遇到冷空气时，又会以雨、雪、雹等形式降回到地球表面。据观测，全球每年从大气中降落的雨水达423000 km³。

由于现代人口的剧增和工业的快速发展以及地表生态系统严重破坏，大气水中的粉尘、有毒和有害气体的含量也不断增加，以至影响人们的正常生活。大气水中的粉尘主要有烟尘、矿物微粒、金属微粒等，有害气体主要为SO₂，NO₂，HCl，H₂ S等。这些气体被大气水所吸收可形成汽溶胶或酸雨，严重危害人体健康和动、植物的正常生长。

大气水对地球的温度能起到“温室效应”，使地球的表面温度保持恒定。水汽与CO₂一样，能吸收大量来自地面的长波热辐射，把太阳辐射的能量截留住，使大气升温。据研究，如果大气圈的水分含量降低50%，气温将降低5 ℃左右。