知识背景
从太空看地球,最抢眼的是蓝色。海洋覆盖了地球表面约 的面积,所以有人说地球该改名叫「水球」。可就在这颗「水球」上,1972 年联合国第一次把「水危机」写进正式文件,2023 年全球仍有二十多亿人喝不到安全的饮用水。
矛盾在哪里?答案藏在一组数字里:地球上的水,约 是又咸又苦的海水;剩下的淡水里,绝大部分冻在南极和格陵兰的冰川中,或者深埋在地下。真正能被人类方便取用的河流水、淡水湖泊水,只占全球水总量的十万分之几。
杭州人对这件事有切身体会。杭州坐拥钱塘江、京杭大运河、西湖,看着不缺水,可钱塘江下游受咸潮上溯影响,取水口的水一度发咸;于是有了千岛湖引水工程——从 100 多公里外的淳安县千岛湖底铺管道,把优质水源直接送进杭州的自来水厂。守着一江水还要跨百里引水,这就是「水多」和「可用水少」的差别。
这一节我们要弄清两件事:水在自然界都待在哪些地方,以及它靠什么本事在这些地方之间不停搬家。
知识讲解
地球上水的分布
地球上的水以固态、液态、气态三种状态分布在海洋、陆地、大气和生物体中。总量中约 是海水,淡水仅约 ;而淡水中约 是冰川水,约 是地下淡水,河流水与淡水湖泊水加起来还不到淡水的 。
| 水体 | 状态与位置 | 占比与特点 |
|---|---|---|
| 海洋水 | 液态,海洋 | 约 ,含盐量高,不能直接饮用灌溉 |
| 冰川水 | 固态,南极·北极·高山 | 最大的淡水库,取用困难 |
| 地下水 | 液态,岩层孔隙裂隙中 | 淡水第二大来源,过量抽取会引起地面沉降 |
| 河流湖泊水 | 液态,陆地表面 | 数量极少,却是人类用水主力 |
| 大气水 | 主要是气态水汽 | 数量最少,但流动最快,是降水的直接来源 |
| 生物水 | 液态,动植物体内 | 人体含水约 ,水母可达 以上 |
水是生命之源:生物体内含水量都很高,人体内水约占体重的 ;水参与生物体内的运输、消化、体温调节等一切生命活动,所以一个人断水比断食危险得多。
水的循环
在太阳光的照射和重力的共同作用下,水在海洋、陆地、大气之间不停地循环运动,叫做水循环。主要环节有:蒸发(含植物蒸腾)、水汽输送、凝结、降水、地表径流、下渗、地下径流。
水循环按范围分为三类:
- 海陆间循环(大循环):海水蒸发 → 水汽被气流送到陆地 → 凝结降水 → 部分形成径流回到海洋。它使陆地淡水得到补充,意义最大。
- 海上内循环:海水蒸发后凝结,直接降回海洋。水量最大。
- 陆上内循环:陆地水蒸发、植物蒸腾后凝结,又降回陆地。水量最小,对内陆地区意义重要。
- 太阳能:驱动蒸发、蒸腾和水汽输送——把水从低处「抬」到空中,是上升环节的能量来源。
- 重力:驱动降水、径流和下渗——让水从高处回到低处,是下降环节的原因。
- 两者缺一,循环就会停摆。这也解释了为什么水循环在赤道附近最活跃、在极地最微弱。
水循环的两大意义:一是使陆地上的淡水资源不断更新(这正是水被称为「可再生资源」的原因);二是在全球范围内输送水和热量,深刻影响气候与地表形态。
实验与探究
在透明玻璃杯中加入约 2 厘米深的温水,杯口盖上一块保鲜膜,膜上放几块小冰块,把杯子放在阳光下静置十分钟,观察保鲜膜下表面和杯壁。
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现象:保鲜膜的下表面出现许多小水珠,水珠逐渐变大,最后沿膜滴落回水中。
分析分步说明:
- 温水在阳光加热下蒸发,水由液态变为气态,对应循环中的「蒸发」环节。
- 水蒸气上升遇到被冰块降温的保鲜膜,放出热量凝结成小水珠,对应「凝结」环节——凝结的条件是遇冷。
- 水珠变大到一定程度,因重力下落,对应「降水」环节。
结论:水循环的动力是热量(太阳能)与重力;冰块相当于高空的低温环境,保鲜膜相当于凝结的表面。易错提醒:水珠出现在保鲜膜下表面而不是上表面,判断时要看清位置。
经典例题
千岛湖的水通过引水隧洞进入杭州自来水厂,被居民使用后经污水处理厂排入钱塘江,最终流入东海;海水蒸发后,水汽随夏季风北上,在杭州上空凝结成雨落回新安江流域。请指出这个过程中依次经历了水循环的哪些环节,并判断属于哪种类型的循环。
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第一步:识别陆地上的环节。千岛湖水经隧洞、管道、河道流动,属于人类改造后的地表径流;污水处理后排入钱塘江并流入东海,仍是地表径流入海。
第二步:识别海洋上的环节。海水受太阳照射蒸发成水汽。
第三步:识别输送环节。水汽随夏季风由海洋吹向陆地,是水汽输送。
第四步:识别成云致雨环节。水汽在高空遇冷凝结成小水滴,形成降水落回新安江流域,是降水;雨水一部分下渗成为地下水,一部分汇入千岛湖。
第五步:判断类型。水的运动跨越了海洋与陆地,属于海陆间循环(大循环)。
答:依次为地表径流 → 蒸发 → 水汽输送 → 凝结 → 降水(伴随下渗),属于海陆间循环。正是这个循环让千岛湖能够年复一年地供水,否则再大的水库也会被抽干。
难点与易错点
- 把「水很多」等同于「水资源丰富」:海水、冰川水虽多却难以直接利用,可利用的淡水极少,所以必须节水。
- 说淡水占地球水的 ,就以为能用 :这 里近 是冰川水和深层地下水,真正易取用的不足总量的万分之三。
- 认为大气水数量多:大气水是六类水体中最少的,但因为更新最快(平均约 8 天换一遍),才成为降水的直接来源。
- 漏掉水循环的「植物蒸腾」环节:陆地上的水汽有相当部分来自植物蒸腾,西溪湿地的水汽尤其明显。
- 把水循环的动力只写「太阳能」:上升靠太阳能,下降靠重力,两者都要答。
- 认为水是「用不完的」:水可再生,但更新有速度上限;一个地区取水量超过更新量,水资源同样会枯竭。
生活中的应用
- 千岛湖引水入杭:钱塘江下游易受咸潮影响,杭州从千岛湖水库底部取水(水温低、水质好),通过隧洞自流到城西的自来水厂,本质是人为帮水「走一段近路」。
- 西溪湿地的「空调效应」:湿地水面蒸发与植物蒸腾大量吸热,夏天湿地内气温比市中心低好几摄氏度。
- 梅雨季的墙面「冒汗」:暖湿空气遇到温度较低的瓷砖墙面,水汽凝结成水膜——和模拟水循环实验中保鲜膜下的水珠是同一回事。
- 人体每天要补水:成年人每天通过呼吸、排汗、排尿失水约 2.5 升,所以需要通过饮水和食物补回来。
生活应用题 1 · 一场雨给西湖加了多少水
西湖水面面积约 。某次降雨的降水量为 40 毫米(即水平地面上积水深 40 毫米)。这场雨直接落在西湖水面上的水有多少立方米?质量约多少吨?(水的密度取 )
分步解:
- 统一单位。依据 :;依据 :。
- 求体积,依据柱体体积等于底面积乘高:。
- 求质量,依据 :。
- 换算成吨,依据 :。
- 答:约 ,质量约 25.6 万吨。西湖平均水深约 2.3 米,这场雨相当于把湖水抬高了 4 厘米,所以雨季西湖必须开闸放水调节水位。
生活应用题 2 · 一个杭州家庭一年的用水
某三口之家每人每天生活用水约 180 升。若把节水龙头和双档马桶用起来,用水量可减少 。这家人一年(按 365 天)能节约多少吨水?
分步解:
- 求全家日用水量:。
- 求年用水量:。
- 换算成立方米,依据 :。
- 求质量,依据 :。
- 求节约量:。
- 答:一年约节约 39 吨水。全杭州按 300 万户估算,节水量足以填满数十个标准游泳池——节水的意义正在于人多。
考点
- 选择题·高频:地球水体的组成与占比,判断「淡水最多的水体是冰川水」
- 填空题·高频:水循环各环节的名称与顺序(蒸发·输送·凝结·降水·径流·下渗)
- 简答题:水循环的两大意义;为什么地球水多而水资源紧张
- 实验题:模拟水循环的小实验,解释水珠出现在保鲜膜下表面的原因
- 计算题:由降水量、面积求水的体积与质量(结合 )
- 综合题:结合千岛湖引水、南水北调等工程分析水资源时空分布不均
中考真题
下列关于地球上的水的说法,正确的是( )A. 地球上的水绝大部分是可以直接饮用的淡水 B. 淡水中数量最多的是河流水 C. 大气水数量很少,但更新速度最快 D. 水循环的唯一动力是重力
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逐项分析:
- A 错:约 是海水,淡水仅约 ,且大部分难以取用。
- B 错:淡水中最多的是冰川水,河流水占比极小。
- C 对:大气水总量最少,但平均约 8 天更新一次,是降水的直接来源。
- D 错:水循环的动力是太阳能和重力,太阳能负责蒸发与输送。
答案:C。
杭州某中学在校园里铺设了透水砖,并修建了下凹式绿地收集雨水。请从水循环的角度说明这样做的好处。
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第一步:明确改变了哪个环节。透水砖和下凹式绿地使雨水更容易渗入地下,增加了下渗。
第二步:分析连带影响。下渗增多则地表径流减少,暴雨时路面积水和内涝风险随之降低;同时地下水得到补充。
第三步:分析蒸发环节。绿地含水量提高,蒸发与植物蒸腾增强,局部空气湿度上升、气温下降,缓解城市热岛。第四步:作答。好处是:增加下渗、补充地下水、削减地表径流从而减轻内涝,并通过增强蒸发蒸腾改善小气候。这类设计就是所谓的海绵城市。