第六章 水圈与水平衡
?第一节 水圈的组成
?第二节 水圈的结构
?第三节 水圈的演化
?第四节 水的运动
?第五节 水量平衡
?第六节 水圈与人类
水圈的组成
海洋水,海洋是水
圈的主体，是地球
上水的最大源地。
全球海洋总面积为
3.61× 108 km2，约
占地球表面的 71%；
海水总体积约为
1.37× 109 km3，约
占地球总水量的
96%-97%。
陆地水,河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川 。
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陆
地
水
地
球
上
的
水
第
六
章
水圈的组成
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与
地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、
冰川水、大气水以及存在于动、植物有机体内的生物水。这些水体，
通过水循环组成了一个统一的相互联系的包围地球的水圈。在这其
中，海水构成水圈的绝大部分，海水量约占地球总水量的 96%～
97%；其次为分布在极地及陆地上的冰川固态水，约为 3x1016 m3；
而陆地上的河、湖、土壤水、地下水等约为 4x1012 m3，水体分布很
广，但其所占比重却很小。
地球上水的组成
液态水 9 7, 8 5 9 % 地表水 9 9, 3 8 9 % 海水 9 7, 2 3 % 海水 9 7, 2 3 %
固态水 2, 1 4 % 地下水 0, 6 1 % 咸水 0, 0 0 8 % 湖水 0, 0 1 7 %
气态水 0, 0 0 1 % 大气水 0, 0 0 1 % 淡水 2, 7 6 2 % 河水 0, 0 0 0 1 %
冰川水 2, 1 4 %
地下水 0, 6 1 %
土壤水 0, 0 0 5 %
第
六
章
大洋平均温度典型垂直分布
（ Pickard et al,1990）
第
六
章
世界大洋表面蒸发与降水之差（ E-P）和
盐度（ S）的径向分布（据 Wust,1954）
全球各海区表层海水
盐度不等，平均为 35‰ 左
右，其中盐度最高的红海
北部高达 42.8‰,而波罗的
海北部的波的尼亚湾，盐
度最低时只有 3‰ 左右。世
界海洋表层海水的盐度分
布规律为：从南北半球的
副热带海区，分别向两侧
的高纬和低纬递减，呈马
鞍形分布。海洋表层海水
盐度的分布和变化主要受
蒸发量和降水量的制约，
其次受陆地径流、结冰和
融冰、洋流等因素的影响。
第
六
章
河流、水系、分水岭
大气降水或地下涌出地
表的水，汇集在地表低
洼处，在重力作用下经
常或周期性地沿流水本
身造成的洼地流动，就
形成了河流。河流沿途
接纳支流，形成复杂的
干支流网络系统，就是
水系。每一条河流或每
一个水系都从一定的陆
地面积上获得补给水，
这一集水区就是河流或
水系的流域。两相邻流
域间地面高程最高点的
连线，就是两个水系的
分水线。
第
六
章
中国大陆径流分带与变差系数 （据, 中国自然地理图集, ）
径流的年际变
化：指径流多年的
变化。径流量的年
际变化往往是由于
降水量的年际变化
引起的。通常以径
流的离差系数来表
示年径流的变化程
度。影响年径流的
离差系数的主要因
素有年径流量、径
流补给来源和流域
面积大小。我国河
流年径流的离差系
数由东南丰水带的
0.2～ 0.3到西北缺水
带的 0.8～ 1.0。
第
六
章
自流水盆地
据埋藏条件不同,
地下水分为上层滞水、
潜水和承压地下水三
类。上层滞水是指存
在于包气带中局部隔
水层之上的重力水。
潜水是指埋藏在地表
以下第一稳定隔水层
之上具有自由水面的
重力水。潜水和河水
间一般具有互补关系。
承压地下水是指埋藏
在上下两个隔水层之
间的地下水。承压水
水位高于上部隔水层，
在地形条件适宜时，
其天然露头或经人工
凿井喷出地表形成自
流井。
第
六
章
水圈的结构
? 水圈的水平结构特征
? 连续性, 地球表面任何一个地方都有水的分布，水在地
球表层的分布是连续的。
? 不均匀性,水在地表的分布是不均匀的。不均匀性一是表
现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈中各处分布的水
量不同。
水圈的垂直结构特征
近地面集中分布,水主要集中分布在地面附近, 随着离地面距
离的增大水越来越少 。
垂直分层,水圈在垂直方向上具有一定的分层现象 。
相态分异,水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象 。
第
六
章
不同深度海洋水层覆盖地球表面的百分比
在垂直方向上，水圈具有近地面集中分布特征、垂直分
层的特征和相态分异特征。
近地面集中分布特征,水主要集中分布在地面附近，随
着离地面距离的增大水越来越少。比如，海洋、河流、湖泊、
沼泽、冰川都集中分布在地球表面。大气圈中的水也主要集
中分布在近地面的对流层。岩石圈中的水也是主要集中在它
的上部。海洋水占水圈总量的 97.22%，海洋水分布面积具有
随深度增加而减少的趋势。
第
六
章
水圈的演化
水从无到有, 自生说；外生说
水从少到多, 从酸性到碱性,水通过岩浆活动和火山喷
发由地球内部逸出 。 从而使地球水圈的水越来越多 。 原始酸
性的大洋水与当时偏于基性的火成岩发生作用, 会产生中性
或偏碱性的溶液, 原始的酸性大洋便逐步改变其性质, 主要
的碳酸根和重碳酸根离子成分逐步被氯原子所取代 。
从汽到水, 冰
第
六
章
水 的 运 动
概念,地球上各种形态的水, 在太阳辐射, 重力等作用下,
通过蒸发, 水汽输送, 凝结降水, 下渗以及径流等环节, 下断地发
生相态转换和周而复始运动的过程, 称为水循环 。 地球上各类水体,
通过水循环形成了一个连续而统一的整体 。 水循环按不同途径与规
模, 分为 大循环 和小循环 。
机理,水循环服从于质量守恒规律；水循环的基本动力是太
阳辐射和重力作用；水循环广及整个水圈, 并深入大气圈, 岩石圈
及生物圈, 同时通过无数条路线实现循环和相变；从全球看, 水循
环是个闭合系统, 但从局部地区看水循环却是开放系统 。
水循环对地球上的生物和其它圈层的相互作用等方面具有重要
的意义。
? 一、水循环
第
六
章
水循环
地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过
蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发
生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环。地球上各类
水体，通过水循环形成了一个连续而统一的整体。
第
六
章
二、河水的运动
层流,全部水流呈平行流来运动, 即水质点运动的轨迹线 （ 流
线 ） 平行, 在水流中运动方向一致, 流速均匀；
紊流,水流中每个水质点运动速度与方向均随时在变化, 而且
其变化是围绕一个平均值上下跳动
环流,河水内部还具有局部水流环绕着一定的旋转轴做往复运
动 。
三,冰川的运动
重力流,在斜坡上因冰川自重而产生的沿坡向的分力大于
冰川槽对冰川的阻力时, 所引起的运动 。
挤压流,由于冰川堆积的厚薄不同使内部所受的压力分布不均，
引起的冰川运动。
第
六
章
河水在重力的作用下沿河槽不断向下游流动，重力是决定河水纵
向运动的基本动力。河水在运动过程中，同时还受到地转偏向力、惯
性离心力和机械摩擦力等作用，在这些力的影响下，河水除了沿河槽
做纵向运动以外，还会产生各种形式的环流运动。按水流内在结构的
差异，可将水流的运动状态分为层流和紊流两种类型。层流的水流状
态是全部水流呈平行流来运动，即水质点运动的轨迹线（流线）平行，
在水流中运动方向一致，流速均匀；而紊流的流态是水流中每个水质
点运动速度与方向均随时在变化，而且其变化是围绕一个平均值上下
跳动的。
环流紊流层流
河水的运动
第
六
章
四、海水的运动
? 波浪,每个水质点作周期性运动，所有水质点相继振动，引起
水面呈周期性的起伏。
? 潮汐,由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降
运动。
? 潮流,海水受月球和太阳引力而发生周期性的流动。
? 洋流,指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海
区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。分为
风海流；密度流；补偿流。
? 厄尔尼诺现象,在赤道太平洋东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸，每
过几年，东向信风减弱，导致沿岸上升流也随之减弱或消失，
暖水倒流，水温上升，大气对流逐渐变得活跃，海洋里由于上
升流的减弱，表层海水的营养物质含量减少，并且由于温度的
升高，鱼类大量死亡，使秘鲁渔场大幅度减产。
第
六
章
波浪要素图
水质点在其平衡位置附近
做近似封闭的圆周运动，便产
生了波浪，并引起了波形的传
播。因此，波浪的传播仅是波
形的传播，而不是水质点的向
前移动。组成波浪的基本要素
有：波峰、波谷、波高、波长、
周期、波速等。
第
六
章
潮汐要素图
潮汐是由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降运
动。在潮汐涨落的每一周期内，当水位涨到最高位置时，叫高潮或满
潮；当水位下降到最低位置时，叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中，
水位逐渐上升，叫涨潮；从高潮到低潮过程中，水位逐渐下降，叫落
潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候，海面在一段时间内既不上升也不
下降，分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻叫高潮时；停潮的中间时
刻，叫低潮时，相邻的高潮与低潮的水位差叫潮差。
第
六
章
世界洋流分布图
洋流是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水
平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。洋流按成因分为：
风海流、密度流、补偿流,如秘鲁寒流属于上升补偿流。此外，洋流按
本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流。暖流指洋流水温比流经海
区水温高的洋流；寒流则相反。洋流按其流经的地理位置又可分为赤道
流、大洋流、极地流、沿岸流等。
第
六
章
世界洋流分布特点与中国近海表层海流
1.黑潮； 2.台湾暖流； 3.对马暖流； 4.黄海暖流；
5.黄海沿岸流； 6.东海沿岸流； 7.南海东北季风
漂流； 8.南海西南季风漂流 （左,2月，右,8月）
（赵济, 中国地理,
洋流分布有以下特点：
⑴ 以南北回归线的副热带高压
为中心形成的反气旋型大洋环
流。
⑵ 以北半球中高纬海上低压区
为中心形成的气旋型大洋环流。
⑶ 南半球中高纬度为西风漂流。
⑷ 在南极大陆形成绕极环流。
⑸ 北印度洋形成季风环流。冬
季北印度洋盛行东北季风，形
成反时针方向的东北季风漂流；
夏季，北印度洋盛行西南季风，
形成顺时针方向的西南季风漂
流。影响中国的洋流有黑潮及
季风漂流等。
第
六
章
世界大洋环流的联系示意图 （ Broecker,1995)
在大洋深层环流系的垂直结构中，可分出暖、冷两种环流系统和
五个基本水层（表层、次层、中层、深层和底层）。世界大洋环流体
系由表层（包括次表层水）环流、中层环流、深层和底层环流所组成。
表层环流主要是风成环流。中层环流、深层环流和底层环流均为盐度
环流。表层水、次层水、中层水、深层水和底层水在其运动过程中，
进行着全球性的水量交换与循环，这构成世界大洋中统一的环流体系。
第
六
章
五、海面升降与三相转化
波浪, 潮汐等海水的运动形式, 固然能使海面发生周期性的变
化, 甚至像海啸能使海面在短时间内发生剧烈变化, 但这
种变化毕竟是短暂的, 过后又会很快恢复原状 。 从长期看,
海面升降则与水的三相转换有着密切的关系 。 在地球水圈
的水循环中, 冰川积累与消融起着重要的作用 。 冰盖消融
量的增减, 将直接影响海平面的升降 。 一般说, 地球上气
候较冷的时候, 冰川的规模就大, 大量的水体从海洋转移
到冰川上储存起来, 导致海面降低 。 气候转暖时, 冰川退
缩, 大量的冰川融水, 又通过河流注入大海, 导致海平面
上升 。 因此, 海面升降成了反映气候变化的指示剂 。
海面的升降会导致海岸湿地与低地的淹没、海岸带遭侵蚀、
洪泛与风暴潮灾害、盐水入侵等，给人类的生产和生活带来影
响，特别是对沿海经济发达、人口稠密的地区威胁更大。海面
的下降，又会使沿海的一些港口、航道废弃，使陆地上的降水
减少，大陆度增高。因此，科学家正在加强这方面的研究。
第
六
章
海面升降与三相转化
从长期看，海面升降则与水的三相转换有着密切的关系。在地球
水圈的水循环中，冰川积累与消融起着重要的作用。据计算，目前全
球冰川的年平均消融量约 3,000 km2。 这一数字近乎全球河流水量的三
倍。冰盖消融量的增减，将直接影响海平面的升降。一般说，地球上
气候较冷的时候，冰川的规模就大，大量的水体从海洋转移到冰川上
储存起来，导致海面降低。气候转暖时，冰川退缩，大量的冰川融水，
又通过河流注入大海，导致海平面上升。因此，海面升降成了反映气
候变化的指示剂。
第
六
章
水 量 平 衡
水量平衡,地球上任何一个区域在任何一时段内, 水的
收入与支出的差额等于该地区的储水变化量 。
水量平衡方程,通用水平衡方程, I-Q=ΔS
全球水平衡方程,P全球 =E全球
全球水量平衡：尽管对于全球海洋陆地的蒸发量, 降水量
与径流量的估算值还不完全相同, 但有一点是共同的, 就是全
球的水量是平衡的 。
第
六
章
全球水平衡 （数据来自 John Mbugua et al,1995）
第
六
章
水 圈 与 人 类
水 —— 人体的重要组成
生命来源于水,原始海洋中溶解的氧, 二氧化碳等物质, 是细
胞进行新陈代谢时最好的, 营养品, ；厚厚的水体又像一个, 保
护罩, 使娇弱的原始生命不致被太阳紫外线杀伤 。
生命运动离不开水,水是生物体的基本成分 。 在肌体内起着输
送物质的作用；维持着肌体养分平衡, 起着吸收养分, 排出废物
的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用,
一方面，水是人类必不可少的，并给人类带来许多好处。但另一
方面,水也给人们带来了许多灾害 。如果水过多也会造成灾害。水
灾给人类带来的危害是巨大的，洪水灾害是造成经济损失最大的自然
灾害之一。由于地球表层目前可供人类直接利用的水的有限性、时间
与空间分布的不均匀性，使得世界一些地区或城市或多或少地出现了
缺水问题。
第
六
章
生命运动离不开水
水是生物体的基本成分。例如，哺乳动物体内水约占 65%。鱼类占
75%，藻类占 95%，水母则高达 95%～ 98%。水在人体中起着重要作用：
在肌体内起着输送物质的作用；维持着肌体养分平衡，起着吸收养分，排
出废物的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用等。正常情况
下，人体水分处于吸收与排出相等的平衡状态，但当这种平衡状态被打破
时，就会影响人体正常生活。
当一个人吸收的
水量比维持平衡的水
分少 1%～ 2%，就会
感到口渴；当减少
5%时就会皮肤皱折，
神态不清；当减少
14～ 15%，就会死亡。
故一般人几天不吃东
西尚可，若几天不喝
水，其结果就可想而
知。
第
六
章
中国雨涝分布 （ 1951-1990）
我国气候受季风影响，降水有明显的季节变化，旱涝频率都较大。
我国雨涝的分布大体上是由东南向西北减少，并且与地势高低和离海远
近有密切关系。沿海和平原地区多雨涝，内陆与高原地区少雨涝。
水灾给人类带
来的危害是巨大的，
洪水灾害是造成经
济损失最主要的自
然灾害。随着水灾
对人类的危害日益
严重，分析水灾的
成因，及时做好预
报和防治水灾已成
为全人类共同关心
的问题。
刘昌明、何希吾,1998
第
六
章
（电子教案）
作者：王 建
陈 霞
王轲道