普高一第一冊L8水文之一

 水循環與水平衡
  地球上的水循環不已,成為一種可不斷更新的資源。水循環過程中,不同地區的水量收入與支出呈現區域差異,使各地可使用的水資源量亦呈現區域不均的現象。
水循環
  海洋和陸地的水分蒸發,以及植物的水分蒸散後,水氣隨著氣流上升,冷卻凝結成水滴,再以降水的形式落至海洋和陸地。降落到陸地的雨、雪,除小部分被植物截留、蒸發外,大部分在地表流動,或匯聚成河流、湖泊,形成地表部分滲入地下,成為地下逕流地表和地下逕流最終流入海洋。

分經由蒸發散、凝結、降水和逕流的過程,不斷在氣圈、岩石圈、生物圈和水圈流動的現
象,稱為水循環



水循環
• 水循環
• 透過蒸發→凝結→降水→逕流的過程,地球
上的水在大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈不
斷流動的現象。
圖 12-2 水循環示意圖。水的三
態變化,加上太陽輻射與地球的重
力作用影響,讓水能不間斷的循環
,故可視其為一種可更新的...

水平衡 
在水循環過程中,地表某一區域在一定時間內,水量收入與支出的平衡狀態,稱為水平衡
• 一地在一定時間內水
的收入和支出的平衡
狀況。
• 全球水平衡以全球而
言,總收入=總支出
。
水平衡
以全球而言,其為一封閉系統,沒有任何外來的水源,所以全球海洋、陸地間的水量收入等於支出,保持平衡。在一年內,海洋收入的降水量和逕流的總和,與支出的蒸發散量相同,約為50.5萬立方公里;陸地支出的蒸發散量與逕流量的總和,與收入的降水量相同,約為11.9立方公里;全球海陸降水量總收入,亦與蒸發散量的總支出保持平衡,各約為57.7萬立方公里。
受氣候及行星
1.2.4 各緯度帶的水平衡               風系影響

各緯度帶間有明顯的差異,大多未達平衡狀態



           溫        熱
寒帶雖為少雨     帶        帶
           ...

然而,各地區因環境不同,水平衡呈現區域差異。有些地區收入多於支出,有些地區則收入少於支出,使各緯度帶的水平衡狀態明顯不同。例如,赤道附近的熱帶雨林氣候區及40˚N以上的溫帶海洋性氣候區,降水量多於蒸發散量,為剩水地區回歸線附近的乾燥氣候區,降水稀少,蒸發散旺盛,為缺水地區



1 熱帶雨林
2 溫帶海洋性
3 熱帶莽原
4 熱帶沙漠
5 溫帶地中海型
1 22
33
4 4
5 5
圖 12-4 全球各緯度帶的水平衡
圖。赤道附近與中緯地區多為剩
水區,回歸線附近則多為缺水區
。

1.2.5 各緯度帶的水平衡比較表

        剩水區            缺水區
定義     降水>蒸發          降水<蒸發
    (1)10°~10°NS:
                    10~40NS:...

剩水 缺水
定義 收入>支出 收入<支出
分布區
• 10°N ~ 10°S :熱
帶雨林氣候
• 南北緯 40° ~ 90°
• 溫帶海洋性氣候
• 高緯度氣候
南北緯 10° ~ 40° 包
括:
• 熱帶莽原氣候
• 熱帶及溫帶乾
燥氣候...
水平衡
• 降水量最多的緯度帶為
• 蒸發量最多的緯度帶為
• 剩水最多的緯度帶為
• 缺水最多的緯度帶為
• 剩水最多的氣候類型為
• 缺水區的氣候帶為
0~10°N
10~20°S
0~10°N
20~30°S
熱帶雨林
副熱帶高壓帶、信風帶

12-1水循環與水平衡
1.2.6 水平衡Q&A

降水量最多的緯度帶為 0~10°N(對流旺盛)

蒸發量最多的緯度帶為 10~20°S(高壓籠罩)

剩水最多的緯度帶為     0~10°N(熱帶雨林)
缺水最多的緯度帶為     20~30°S(熱帶沙漠...

年降水量 年蒸發量 臺灣各地年降水量 與蒸發量 > 臺灣各地全年降水量與蒸發 全年剩水

水資源
水資源地球上的總水量約有13.8億立方公里,其中以海水量最多,約占97.2,但海水鹽度高,多不能為人類直接利用。
圖 12-1 全球水資源比例示意圖
人類較容易利用的地下水、河川與湖泊,在全球
水資源所占的比例不到 1%
在水循環中,降水量被稱為可再生水資源,但就人類使用的觀點而言,水資源通常指一地降水量減去蒸發散量後的逕流量,也就是河、湖等地表逕流量與地下逕流量的總和。

水資源需考量地表逕流量、地下逕流量等儲存量的循環更新時間(滯留時間)。若儲存量相同而更新時間短者,可供應的水資源就較多;反之則較少。據估計,全球河水的平均更新時間約16天,地下水約1,400年;全球河川的年逕流量約2.12×103立方公里,地下水約1.053×107立方公里。因地表的河水較易取得,故人類每年從河水獲得較多的水資源。
水資源的利用
• 河水 - 人類最常使用的水資源
•常流河
•間歇河
•臨時河
• 湖泊水:鹹水湖、淡水湖
• 地下水:
•自然流出→泉
•人為流出→井
• 海水

河水
分類 流水存在時間 分布區 例子
常流河 全年 溼潤區
一般河川,如長
江、淡水河
間歇河
雨季有水乾季
無
乾溼季分
明的地區
• 熱帶莽原區雨
季時的河川
• 高山融雪形成
的河川
臨時河 豪雨後出現 乾燥區 沙漠中的河

臺灣可用水資源 年降水量 2500mm 年蒸發量  730mm 年剩水量 1770mm 可用水資源 637 億立方公尺 × 臺灣土地面積 世界平均值的三倍 / 臺灣人口數 平均每人可用水資源不及世界 1/2

地表水
地表水指暫存於陸地表面的水,包含冰河、河流、湖泊等。其中與人類生活關係最密切的河流和湖泊,更是不到全球總水量的0.02%。

河流水資源特性深受降水量、地形、地質等因素影響。
濕潤地區降水豐沛,河流可為沿岸居民帶來充裕的水資源,如歐洲的萊因河。

地形陡峻地區谷深水急,需利用水利設施以便汲取較深河床的水資源,如中國大陸甘肅地區利用大水車汲取黃河水源


利用大水車汲取黃河水源

地形陡峭、岩層鬆軟的地區,地表易受河流侵蝕,河水含沙量大,水庫淤積嚴重,蓄水功能降低,如南投縣 大水庫目前的蓄水量,只剩民國48年完工時的三分之二
大水庫

湖泊不僅提供豐富的水資源,亦具航運、發電、觀光,以及調整河流洪、枯流量等功能。但湖泊受自然與人文共同影響,各有其生命週期。如兩湖盆地有些湖泊已經消失,近百年來洞庭湖的面積也大幅縮小。地表中的河、湖提供人類生活的水量,但其水量的變化深受降水、集水區植被覆蓋情形,或土地利用的變化等而改變。
地下水
• 地下水─具有恆溫、水質良好、不易蒸發等優點
• 定義
• 廣義地下水─地面以下的水
• 狹義地下水─地下水面(飽和帶)以下的水。

透水層:粒徑較大之沙、礫所組成的岩層,透水性佳。
飽和地下水:含水層內孔隙飽含水分的部分稱為飽和帶,
飽和帶中的水稱為飽和地下水。
不透水層:由黏土或粉沙所構成的岩層,因孔隙小、透水
性差。
含水層:地表下滲的水遇到不透水層,便會在其上方的透
...

地下水的分帶
圖示 名稱 特徵
不飽和
地下水
地下水
面
水面受地形影響而
起伏升降,人為抽
取也會造成地下水
面的變動
飽和地
下水
自由地
下水
位地下水面和下方
不透水層間的地下
水
受壓地
下水
位於兩不透水層間
的地下水

地下水
蓄存於地下土壤岩石中孔隙和裂縫的水,通稱為地下水(groundwater)。它們不但是分解岩石、化育土壤、崩移地表的重要力量,也給生物和人類提供了寶貴的水源。不過,由於長期以來人們對地下水開發利用過度,不僅使局部地區的地下水趨於枯竭,也普遍發生地下水污染和地層下陷等環境問題


地下水通常指地下水面以下,在飽和帶中的水。降水後部分水流受重力作用,向下滲透到某一深度時,若遇到不透水層,則滯留於該層上方的孔隙中,形成飽和狀態,稱為飽和帶地下水

飽和帶的上方界面,稱為下水面。地下水面與地面間的地層,其孔隙未完全被水分子所充塞,稱為不飽和帶

2.2.3 地下水-Ⅱ

 狹義的地下水:地下水面以下的地下水
     自由地下水:儲存於地下水面與下方不透水層間
     受壓地下水:儲存於上下兩個不透水層間




                    圖片來源:翰林出版社

• 泉 - 自然流出,如沖積扇的湧泉帶
• 井 - 人為流出
• 可分為普通井、受壓水井、自流井
河水
地下水面
泉水
地形起伏大
地下水

• 受壓水井─打井至受壓水層中
• 自流井─受壓水帶傾斜且受壓地下水頭高於井口時,受壓地下水自然湧
出。例如:澳洲大分水嶺以西畜牧業的重要水源
地下水

臺灣的地層下陷
當地下水面與地面相交時,地下水即以泉水形式自然流出,如屏東平原的湧泉帶。

取用地下水的人為方式,通常是鑿井到飽和帶地下水層,從普通水井取水。

有些水井若鑿至兩不透水層之間的受壓地下水層,且含水層傾斜、井口高度低於受壓水面,則地下水會從井口自然湧出,稱為自流井

海水
• 功能:最大水體、漁業資源
、運輸價 、礦產、能源開值
發
• 能源庫:海洋中的波浪、潮
汐、洋流及海水溫度差、鹽
度差,皆可轉換成能源。
• 海水淡化:
• 西亞、美國加州
• 臺灣:南部及澎湖、金
門、馬祖等離島。
照片 12-5 ...
水資源利用的問題與衝突
• 水資源是否充足衡量方式─每人可用的水量。
• 地表上氣候環境的多樣與人口的分布差異,全
球水資源不足的國家集中在北非、西亞、東非
及南亞地區將瀕臨水資源不足的景況。
• 世界人口、經濟持續成長,水資源的分配成為
重要...



每年降水或地表水下滲,成為地下水來源的水量稱為補注量。一地地下水抽取量如果低於補注量,將不致造成環境衝擊,此抽取量即為安全出水量
2.2.4 海水資源

漁業、運輸、礦產、能源
洋流
    定義─表層海水的定向水平流動
    成因─風力吹送、海水密度不同、坡度差異、地球自轉
    利用─調節氣候、航運、重要漁場

海洋中的波浪、潮汐、洋流及海水的溫度差、...
民國八○年代,臺灣每年地下水天然補注量估計約為40億立方公尺,但抽取量約60億立方公尺,遠超過補注量,造成地下水位下降,原有水井逐漸乾枯


水資源的衝突與短缺
• 水資源的衝突地區─西亞的約旦河、非洲尼羅河
、亞洲 公河、美洲科羅拉多河等湄
• 全球河川水量減少、汙染加重,聯合國指出若情
況未改善,至 2025 年,因缺水和乾旱,將有
2,500 萬人成為世界環境難民。


臺灣的水資源應用

洋流-1

定義:表層的海水所作定向的流動
依成因分類:
 1. 吹送流→由風力所吹送的洋流

 2. 密度流→海水溫度、鹽度不同,造成海
        水流動
 3. 補償流→洋流的出發海域海水減少,鄰
        近海域的海水流來...

洋流模式


       40N
                   西風

                          涼

              信風
   陸 0
   地          信風
         ...

全球洋流示意圖




          圖片來源:翰林出版社

洋流與人類生活

氣候:影響區域性氣候的一項重要因素
    西歐地區氣候溫和,係受到北大西洋暖流
     的影響;

    南非西岸因有本吉拉涼流流經,使得沿岸
     空氣低溫穩定,減少了降雨的機會,那米
     比沙漠的形成...

洋流與人類生活

流速:節省時間、燃料
沿墨西哥灣流北上時順洋流流速最大的流心
航行,南下時避開流心儘量採取靠近海岸的
航路,1975年某公司擁有的六艘海輪共計節
省了大約36萬美元的燃料費
漁場:世界主要漁場
洋流交會之處,海水受到擾動,...

學生活動11-1
 水資源缺乏對於民生經濟影響甚鉅,請蒐集相關資
  料,嘗試討論有哪些方法可以減緩世界上部分國家
  水資源不足的問題。

  如沙烏地阿拉伯、臺灣的澎湖
地區等水資源不足的國家或地區,
乃透過海水淡化的方法以增加可用
的淡...
水文歷線

河川的水文歷線
• 定義:河道某個斷面上河水流量隨時間變化的曲線
說明
基本逕流 河川流量組成由地下水補注的部分
漲水翼 當河川集水區有降水發生時,河川水位逐
漸上漲,水文歷線上升
洪峰 水文歷線頂點
退水翼 到達洪峰後,河川水位逐漸減退,水文...

洪峰流量→
延滯時間→縮短
變多
→ 易生水災
都市化前後的水文歷線

在人口密集的都市地區,都市用地一方面向河岸擴張,與水爭地,一方面地表不透水面積增加,導致暴雨發生時,洪水延滯時間縮短,洪峰流量增加,水文歷線呈現較大起伏的特徵,更易使洪水宣洩不及而發生災害。






洪峰延滯期 洪峰 逕流量 時間 ( 小時 ) 降水量 都市化前 水文歷線圖


都市化後 洪峰延滯期縮短 洪峰 逕流量 時間 ( 小時 ) 降水量 洪峰流量增加

瑞士蘇黎世湖
臺灣日月潭
航運、灌 、飲用、發電溉
調節洪水
蓄洪和養殖
觀光景點
湖
泊
水
的
利
用
湖泊水的利用





14 則留言:

  1. 有水文歷線的輔助,讓我更了解這個區域的河水流量變化,並且對洪患的發生更加清楚。pu10322

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  2. 這篇文章讓我了解到地下水是如何來的
    普10319楊詠晴

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  3. 看完之後我才知道湖泊會消失可能是因為湖緣侵蝕,原本我只知道淤積和蒸發會導致湖泊消失,沒想到還包含湖緣侵蝕pu10318

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  4. 看完之後,我又更了解水文這一課了
    普10303

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  5. 看完這篇,我更加了解水文了
    pu10321

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  6. 水的量看起來很多,實際上對人類來說是非常少而珍貴的資源 普103 31

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  7. 未來大家會因為搶水而開戰pu10343

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  8. 水資源真的很重要阿
    有什麼辦法 能解決不缺水呢?
    PU103 17

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  9. 要開始省水了,以免未來沒水喝

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  10. 水是不可或缺的 PU10129

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  11. 水在我們的生活中是很重要的
    看完這篇更了解水文歷線的判讀方式
    Pu10103

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  12. 我們能用的水已經很少了,身為台灣人又是少之又少,真要好好珍惜水資源。 普10109

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  13. 希望珍惜水資源不要只是在嘴巴上說說 每個人都要實踐! 普101 07

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  14. 水資源真的很珍貴將來沒水喝就知道了pu10133

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