如果排斥势能用下面的形式近似表示,则分子间势能的数学处理将会大大简化 △Gq=B (2-99) 该排斥势能如图2.12的曲线(b)所示。一对分子或原子间的总势能可认为是由吸引势能和排斥势 能相互加和后的结果,如图2.14的曲线(c)所示 △G=△GP+△Gm (%-)-(%) (2-100 这就是人们常用的 Lennard- Jones势能。如果势能为零处分子间距离为ro,采用势能井ε和ro 而不是参数A和B表示(2-100)式,将会更加方便,即 (2-101) 2)颗粒间力 计算颗粒间势能的一种方法就是假设一个颗粒中的分子与另一个颗粒中的所有分子按照 Lennard- Jones势能方程作用。然后把所有分子的相互势能进行加和,如图2.13(a)。除非这些分子处 在对立面上,否则可以忽略它们之间的排斥作用。一个最简单的数学例子是两个无限大的距离为H 的硬平面,图2.13(b)所示。对单位面积的表面, Hamaker计算出: 12m2 (2-102) 图212分子间的表面自由能图2.13颗粒间的作用力示意 图215颗粒间的斥力 图215不同情形下的胶体作用机理
-30- 如果排斥势能用下面的形式近似表示，则分子间势能的数学处理将会大大简化。 12 ' d G rep = B (2-99) 该排斥势能如图 2.12 的曲线(b)所示。一对分子或原子间的总势能可认为是由吸引势能和排斥势 能相互加和后的结果，如图 2.14 的曲线(c)所示。 − = + = 12 6 ' ' d A d G G rep G att B (2-100) 这就是人们常用的 Lennard-Jones 势能。如果势能为零处分子间距离为 r0, 采用势能井 min 和 r0 而不是参数 A'和 B'表示(2-100)式，将会更加方便，即： − = 6 0 12 0 4 min d r d r G (2-101) 2) 颗粒间力 计算颗粒间势能的一种方法就是假设一个颗粒中的分子与另一个颗粒中的所有分子按照 Lennard-Jones 势能方程作用。然后把所有分子的相互势能进行加和，如图 2.13(a)。除非这些分子处 在对立面上，否则可以忽略它们之间的排斥作用。一个最简单的数学例子是两个无限大的距离为 H 的硬平面，图 2.13(b)所示。对单位面积的表面，Hamaker 计算出： 2 12 H A G att H = − (2-102) 图 2.12 分子间的表面自由能 图 2.13 颗粒间的作用力示意 图 2.15 颗粒间的斥力 图 2.15 不同情形下的胶体作用机理
AH为 Hamaker常数,它的值与式2-95中的A有密切关系 q为单位体积颗粒中的分子数,对两个同样大小的半径为a的球体(图2.13c)当它们距离很近时 <<1),相似的计算结果为: 4n)1B2+m高阶项小 (2-104) 在许多情况下可以只保留中括弧的第一项。 式(2-102和(2-103)突出了非常重要的一点,即当距离变小时,颗粒吸引自由能的降低比分子间 的吸引自由能的降低小的多。因此胶体颗粒间长程相互作用在决定它们的性质时十分关键。当考虑 近程排斥时,通过范德华力相互作用的颗粒的总自由能曲线具有图2.12所示的形式 因为胶体颗粒间力比单个分子间力作用范围大,因此讨论颗粒间力时必须考虑其它因素。在 London理论中认为振动偶极( dipoles相互作用是同时发生的,但是运动电子产生的电磁场是以光速 传播的。因此一个发出波到达邻近分子和分子收到波产生反应之间会有一个时间间隔。如果分子之 间距离很远,发出波分子的状态可能己经发生了改变。分子范围的作用时间间隔非常短,可以忽略 这种影响。但是对颗粒而言,这种影响很重要。如果颗粒间距离大于10m这种所谓的滞后影响就显 得很重要。颗粒间远距离的相互作用比近距离时下降的更快。如前所示,两个平面间作用能的降低 与H2成比例。当距离变大时,即作用力受到“延误”时,作用能的降低变为与H3成比例。虽然滞 后影响在胶体相互作用的定量理论中很重要,但它不影响本书中的基本原理 (3)胶体稳定 如果两个表面之间的介质不再是纯液体而是某一种溶液,则会在两个表面之间产生排斥力。如 果存在这种排斥力,当减小表面之间距离时就必须对系统做功,如图2.14所示。由排斥作用产生的 自由能随着距离的减小而增加。 通常认为吸引力和排斥力对总自由能的作用具有可加性,由于两种力作用的范围和强度不同而 导致总自由能曲线存在不同形式,一些典型的曲线形状如图25所示。我们将在下一章里讨论导致 图2.16所示表面自由能曲线的各种力的来源,首先讨论一下胶体稳定性与曲线形状的关系,最重要 的是这两种力对一个分散系总自由能的不同作用。 从前面的讨论可以看出胶体分散系的自由能比相应的物质相的自由能高,因此如果不存在相当 大的能量障碍,胶体系统会自发的向低自由能状态转变。如果存在这样的能量障碍,系统会处于亚 稳态( metastable)并可保持相当长的时间。另一方面,如果改变条件使能量障碍小到可以忽略或者消 失[如图2.16(b)和(c)所示],胶体会变得不稳定。因此胶体制备和稳定与产生足够高的自由能障碍阻 止胶体状态破坏的因素紧密相关;相反,胶体的破坏取决于改变条件使能量障碍减小或消失的能力 就胶体分散系来说,使之克服能障的能量来自颗粒布朗运动,布朗运动是由介质分子对颗粒的 随机碰撞引起的。已经证明,布朗运动对胶体颗粒传递的能量的数量级为(32)KT,K为 Boltzman 常数,等于1.38×10-23J/ molecule·K:T为绝对温度。在300K时两个颗粒碰撞产生的能量数量级为 1020J,但是在给定时刻颗粒具有更大或更小能量的可能性是有限的,碰撞能量具有几倍KT(如 10KT)的机率是很小的,因此与KT相比,如果自由能障足够高,分散系统会无限处于亚稳态 ( metastable state),即我们所说的胶体稳定。 如果能障减小到1~2个KT,系统就会变的不稳定。原理上说如果绝对能障保持不变,升高温 度可引起胶体脱稳,但这种方法效果不明显。在实际应用中,能障大小与介质的构成、温度、压力 等几个因素有密切关系。因此,更常用的减小能障的方法是改变上述一个或几个因素
-31- AH 为 Hamaker 常数，它的值与式 2-95 中的 A'有密切关系。 2 2 2 2 ' 4 3 AH = h q = A q (2-103) q 为单位体积颗粒中的分子数，对两个同样大小的半径为 a 的球体(图 2.13c)当它们距离很近时 ( 1) a H ，相似的计算结果为： ( ) (高阶项） 4 3 1 12 higherterms a H H A a G att H + + = − (2-104) 在许多情况下可以只保留中括弧的第一项。 式(2-102 和(2-103)突出了非常重要的一点，即当距离变小时，颗粒吸引自由能的降低比分子间 的吸引自由能的降低小的多。因此胶体颗粒间长程相互作用在决定它们的性质时十分关键。当考虑 近程排斥时，通过范德华力相互作用的颗粒的总自由能曲线具有图 2.12 所示的形式。 因为胶体颗粒间力比单个分子间力作用范围大，因此讨论颗粒间力时必须考虑其它因素。在 London 理论中认为振动偶极(dipoles)相互作用是同时发生的，但是运动电子产生的电磁场是以光速 传播的。因此一个发出波到达邻近分子和分子收到波产生反应之间会有一个时间间隔。如果分子之 间距离很远，发出波分子的状态可能已经发生了改变。分子范围的作用时间间隔非常短，可以忽略 这种影响。但是对颗粒而言,这种影响很重要。如果颗粒间距离大于 10nm 这种所谓的滞后影响就显 得很重要。颗粒间远距离的相互作用比近距离时下降的更快。如前所示，两个平面间作用能的降低 与 H-2 成比例。当距离变大时，即作用力受到“延误”时，作用能的降低变为与 H-3 成比例。虽然滞 后影响在胶体相互作用的定量理论中很重要，但它不影响本书中的基本原理。 (3) 胶体稳定 如果两个表面之间的介质不再是纯液体而是某一种溶液，则会在两个表面之间产生排斥力。如 果存在这种排斥力，当减小表面之间距离时就必须对系统做功，如图 2.14 所示。由排斥作用产生的 自由能随着距离的减小而增加。 通常认为吸引力和排斥力对总自由能的作用具有可加性，由于两种力作用的范围和强度不同而 导致总自由能曲线存在不同形式，一些典型的曲线形状如图 2.15 所示。我们将在下一章里讨论导致 图 2.16 所示表面自由能曲线的各种力的来源，首先讨论一下胶体稳定性与曲线形状的关系，最重要 的是这两种力对一个分散系总自由能的不同作用。 从前面的讨论可以看出胶体分散系的自由能比相应的物质相的自由能高，因此如果不存在相当 大的能量障碍，胶体系统会自发的向低自由能状态转变。如果存在这样的能量障碍，系统会处于亚 稳态(metastable)并可保持相当长的时间。另一方面，如果改变条件使能量障碍小到可以忽略或者消 失[如图 2.16(b)和(c)所示]，胶体会变得不稳定。因此胶体制备和稳定与产生足够高的自由能障碍阻 止胶体状态破坏的因素紧密相关；相反，胶体的破坏取决于改变条件使能量障碍减小或消失的能力。 就胶体分散系来说，使之克服能障的能量来自颗粒布朗运动，布朗运动是由介质分子对颗粒的 随机碰撞引起的。已经证明，布朗运动对胶体颗粒传递的能量的数量级为(3/2)KT，K 为 Boltzman 常数，等于 1.38 10-23J/molecule K ；T 为绝对温度。在 300K 时两个颗粒碰撞产生的能量数量级为 10-20J，但是在给定时刻颗粒具有更大或更小能量的可能性是有限的，碰撞能量具有几倍 KT（如 10KT）的机率是很小的，因此与 KT 相比，如果自由能障足够高，分散系统会无限处于亚稳态 (metastable state)，即我们所说的胶体稳定。 如果能障减小到 1~2 个 KT，系统就会变的不稳定。原理上说如果绝对能障保持不变，升高温 度可引起胶体脱稳，但这种方法效果不明显。在实际应用中，能障大小与介质的构成、温度、压力 等几个因素有密切关系。因此，更常用的减小能障的方法是改变上述一个或几个因素
233胶体的凝聚 体系统一个特殊的情况是自由能曲线具有图2.16(d所示的形式,高能障的存在阻止凝聚发 生,但是在高能障以前存在一个相对比较小的极小值,即次级极小值( secondary minimum。如果次 级极小值的大小是几个KT,则会形成结合强度比较弱的絮体,这些絮体存在时间是有限的,单个 颗粒和絮体之间可能建立起动态平衡,这种情况通常被称做弱絮凝或次级极小值絮凝。这种状态的 个主要特征是虽然絮体在布朗运动情况下不会完全解体而保持稳定,但是在外界水力作用下(如 搅拌)可使它们分解,这种现象的一些实际应用将第14章中讨论。 我们已经把研究范围限制在一种特殊的胶体,即颗粒分散系中。在这里凝聚或分散的推动力是 自由能曲线的梯度。但是,系统的表面自由能是表面张力和交界面积的函数 (2-105) 我们先前考虑的过程可认为是表面积不变的情况下发生的,所以 dG= Ado (2-106) 但是有许多例子显示推动力是由交界面面积变化引起的而表面张力保持不变,从而有: G=odA (2-107) 如我们将要看到的乳胶液滴相互凝聚而使乳胶破坏就是这种情况。在更加复杂的系统中胶体稳 定是由表面张力和表面积共同控制的。 dG=d(on)=aA+Ado 如前所述,两物体表面之间的自由能随着距离的增加而增大。它们会相互吸引并有自发的聚合 在一起的趋势。如果这种物体为胶体颗粒,它们将会凝聚。但是我们已经看到,在一些情况下,胶 体颗粒的总自由能曲线呈现出(图2.16)一个极大值。当颗粒相互靠近时,自由能在开始时是增加的 也就是说它们相互排斥,直到超越了极大值以后才变为相互吸引,因此系统必须超越自由能障碍才 会发生凝聚。如果能障与kT相比足够大,颗粒就会保持分散状态,胶体就会处于稳态。 思考题和习题 1.名词解释 环境环境污染污染物浓度环境质量标准 2.环境污染物浓度有哪几种表示方法?它们之间有何关系? 3.说明环境质量标准制定的目的和意义 4.分析说明平行反应速率推导过程 5.说明胶体的定义和胶体表面带电的原因。 6.分析说明胶体稳定的原因和絮凝的基本原理
-32- 2.3.3 胶体的凝聚 胶体系统一个特殊的情况是自由能曲线具有图 2.16(d)所示的形式，高能障的存在阻止凝聚发 生，但是在高能障以前存在一个相对比较小的极小值，即次级极小值(secondary minimum)。如果次 级极小值的大小是几个 KT，则会形成结合强度比较弱的絮体，这些絮体存在时间是有限的，单个 颗粒和絮体之间可能建立起动态平衡，这种情况通常被称做弱絮凝或次级极小值絮凝。这种状态的 一个主要特征是虽然絮体在布朗运动情况下不会完全解体而保持稳定，但是在外界水力作用下（如 搅拌）可使它们分解，这种现象的一些实际应用将第 14 章中讨论。 我们已经把研究范围限制在一种特殊的胶体，即颗粒分散系中。在这里凝聚或分散的推动力是 自由能曲线的梯度。但是，系统的表面自由能是表面张力和交界面积的函数： G = A (2-105) 我们先前考虑的过程可认为是表面积不变的情况下发生的，所以 dG = Ad (2-106) 但是有许多例子显示推动力是由交界面面积变化引起的而表面张力保持不变，从而有： dG = dA (2-107) 如我们将要看到的乳胶液滴相互凝聚而使乳胶破坏就是这种情况。在更加复杂的系统中胶体稳 定是由表面张力和表面积共同控制的。 dG = d(A) =dA+ Ad (2-108) 如前所述，两物体表面之间的自由能随着距离的增加而增大。它们会相互吸引并有自发的聚合 在一起的趋势。如果这种物体为胶体颗粒，它们将会凝聚。但是我们已经看到，在一些情况下，胶 体颗粒的总自由能曲线呈现出(图 2.16)一个极大值。当颗粒相互靠近时，自由能在开始时是增加的， 也就是说它们相互排斥，直到超越了极大值以后才变为相互吸引，因此系统必须超越自由能障碍才 会发生凝聚。如果能障与 kT 相比足够大，颗粒就会保持分散状态，胶体就会处于稳态。 思考题和习题 1. 名词解释 环境 环境污染 污染物 浓度 环境质量标准 2. 环境污染物浓度有哪几种表示方法？它们之间有何关系？ 3. 说明环境质量标准制定的目的和意义。 4. 分析说明平行反应速率推导过程。 5. 说明胶体的定义和胶体表面带电的原因。 6. 分析说明胶体稳定的原因和絮凝的基本原理
第二部分水环境工程学 第三章水环境和水污染 31水环境 31.1地球的水循环 我们生活的地球表面积的大约3/4都是水域,陆地面积仅占1A左右,分布在欧亚大陆、非洲、 北美洲、南美洲、澳洲等主要陆地和无数岛屿上。可以说,我们的生存环境是被水域(绝大部分是 海域)包围着,而且在大陆上也分布着河流、湖泊等天然水域,和运河、水库等人造水域。因此 水环境是我们生存环境中最重要的组成部分,研究水环境的意义也就不言而喻了 地球上水的总量为1.386X109km3,这一庞大的数字说明,水是地球及其丰富的自然资源。水 能够以气态、固态和液态这三种基本形态存在于自然界之中,形成了地球水圈( Global hydrosphere), 其储量分布情况如表3.1所示 表3.1地球水圈中的水储量分布 水储量 淡水 水体 103km 106m3 海洋 1,338,000.0 96.5379 1,338,0000965379 冰川与永久积雪24,0641 1.7362 24,064.1 1.7362 23.400.0 1.6883 12,870.0 0.9286 10,530 0.7597 水冻层中冰 0.0216 0.0216 湖泊水 1764 0.0127 0.0062 0.0066 土壤水 0.0012 0.0012 大气水 0.0009 0.0009 11.5 0.000 0.0008 河流水 2.12 0.0002 生物水 0.0001 0.0001 总计 1,385,9846 1350.9554974726 35.029.24 5274 由此可见,地球上水储量的约97.5%是咸水,淡水储量仅占2.53%,其中相当大的一部分,如 冰川与永久积雪、埋藏过深的地下水、沼泽水等很难作为淡水资源供人们取用。这样,我们可能从 地球水圈中得到的水资源实际上不足总水储量的0.3% 地球水圈中的水并不是静止不变的,而是处于不断的运动之中,存在着明显的水文循环 ( Hydrological cycle)现象。图3.1为水文循环过程的示意图。在太阳能的作用下,水分从水体(海 洋、河流等)水面蒸发( Evaporation),同时从土地和植被表面也会发生蒸腾( Transpiration),成为 空气中的水分。湿空气在高空冷却凝结后,又以雨、雪的形式降落下来,一部分被土壤和植被吸收, 一部分在地表形成径流,最终汇入水体。降落到地表的水(包括土壤吸收的水和汇入水体的水)同 时又通过渗透对地下水进行补充,在地下含水层中形成地下水流。这样就形成了以蒸发→降水→径 流→蒸发为主的水文循环过程。在这个过程中参与循环的水分都是淡水,海水和其他水体中的盐分 不参与循环而滞留于水体中
-33- 第二部分 水环境工程学 第三章 水环境和水污染 3.1 水环境 3.1.1 地球的水循环 我们生活的地球表面积的大约 3/4 都是水域，陆地面积仅占 1/4 左右，分布在欧亚大陆、非洲、 北美洲、南美洲、澳洲等主要陆地和无数岛屿上。可以说，我们的生存环境是被水域（绝大部分是 海域）包围着，而且在大陆上也分布着河流、湖泊等天然水域，和运河、水库等人造水域。因此， 水环境是我们生存环境中最重要的组成部分，研究水环境的意义也就不言而喻了。 地球上水的总量为 1.386 x 109 km3，这一庞大的数字说明，水是地球及其丰富的自然资源。水 能够以气态、固态和液态这三种基本形态存在于自然界之中，形成了地球水圈（Global hydrosphere）， 其储量分布情况如表 3.1 所示。 表 3.1 地球水圈中的水储量分布 水体 水储量 咸水 淡水 103 km3 % 103 km3 % 103 km3 % 海洋 1,338,000.0 96.5379 1,338,000.0 96.5379 冰川与永久积雪 24,064.1 1.7362 24,064.1 1.7362 地下水 23,400.0 1.6883 12,870.0 0.9286 10,530 0.7597 水冻层中冰 300.0 0.0216 300 0.0216 湖泊水 176.4 0.0127 85.4 0.0062 91 0.0066 土壤水 16.5 0.0012 16.5 0.0012 大气水 12.9 0.0009 12.9 0.0009 沼泽水 11.5 0.0008 11.5 0.0008 河流水 2.12 0.0002 2.12 0.0002 生物水 1.12 0.0001 1.12 0.0001 总计 1,385,984.6 100 1,350,955.4 97.4726 35,029.24 2.5274 由此可见，地球上水储量的约 97.5％是咸水，淡水储量仅占 2.53％，其中相当大的一部分，如 冰川与永久积雪、埋藏过深的地下水、沼泽水等很难作为淡水资源供人们取用。这样，我们可能从 地球水圈中得到的水资源实际上不足总水储量的 0.3％。 地球水圈中的水并不是静止不变的，而是处于不断的运动之中，存在着明显的水文循环 （Hydrological cycle）现象。图 3.1 为水文循环过程的示意图。在太阳能的作用下，水分从水体（海 洋、河流等）水面蒸发（Evaporation），同时从土地和植被表面也会发生蒸腾（Transpiration），成为 空气中的水分。湿空气在高空冷却凝结后，又以雨、雪的形式降落下来，一部分被土壤和植被吸收， 一部分在地表形成径流，最终汇入水体。降落到地表的水（包括土壤吸收的水和汇入水体的水）同 时又通过渗透对地下水进行补充，在地下含水层中形成地下水流。这样就形成了以蒸发→降水→径 流→蒸发为主的水文循环过程。在这个过程中参与循环的水分都是淡水，海水和其他水体中的盐分 不参与循环而滞留于水体中
蒸腾 蒸发 地下水 图3.1地球范围的水文循环 在上述水文循环过程中,主要涉及到的水体包括大气水、陆地水、海水这三大类 (1)大气水 大气中的水量通常通过单位面积气柱中所含 水蒸气的量来计算。将大气中的水蒸气量换算成可 能降水量的话,其平均值为25mm左右,由此可 推算出水在大气中的循环周期。全世界的年平均降 水量约为970mm,换算成日平均降水量则约为2 气流运动 气流运动 m,因此大气水的循环周期为25/27≈9天,也就(外部水蒸气流入 是说,水分蒸发到大气中之后,平均每隔9天又通 过降水回到地面 然而位于地球的不同地区,或同一地区在不同 地表面 季节里,大气水的循环周期并不相同,这一是由于 地表或水面蒸发量不同,二是由于大范围气流运动 图3-2水蒸气的收支平衡概念图 的影响。因此存在着图3.2所示的水蒸气收支平衡关系。全球范围内的计算结果表明,中纬度的大 陆地区来源于外部的水蒸气为67~77%,美国和加拿大为73%,欧洲地区为89%。由此可见,在 局部地区通过建造水库增加水面的面积不一定能达到调节降雨量的目的 (2)陆地水 陆地水包括河流、湖泊、地下水等,通常为与人类生活密切相关的淡水资源,它的循环往往受 一个流域内的降雨情况、汇水面积、地形和地貌等自然条件的制约,图3.3为某一流域内水循环情 况的示意图。降雨过程中雨水直接或间接(如林地和其它植被)落到地面,根据地表覆盖情况和土 壤的渗透能力,一部分渗入地下,一部分产生径流,随地面坡度汇入河流或在低洼地滞留,同时发 生蒸发。渗入土壤的水一方面会发生蒸腾,另一方面继续下渗,进入地下含水层。如图所示,在 个流域内,地表径流发生在地面分水岭以内,同样地下渗透与地下水流也发生在地下分水岭以内, 同时根据地表水位和地下水位(或水压)之间的关系,地表水和地下水又相互补给。因此,一个流 域就构成了一个相对独立的水文循环系统。在这个系统中,水在河流中的循环周期(或停留时间) 一般为10~20天左右,在土壤中的循环周期则为数月,但在浅层地下水中的循环周期可长达数十或 数百年,在深层地下水中的循环周期将更长。因此,作为水源的地下水一旦受到污染,就难以全面 治理和修复
-34- 太阳能 热湿气流 降雨 蒸发 海面 降雨 蒸腾 蒸腾 河流 干冷气流 蒸腾 降雨 降雪 冰雪 土壤水 地下水 流 土壤水 地下水 流 分界面 图 3.1 地球范围的水文循环 在上述水文循环过程中，主要涉及到的水体包括大气水、陆地水、海水这三大类。 (1) 大气水 大气中的水量通常通过单位面积气柱中所含 水蒸气的量来计算。将大气中的水蒸气量换算成可 能降水量的话，其平均值为 25 mm 左右，由此可 推算出水在大气中的循环周期。全世界的年平均降 水量约为 970 mm，换算成日平均降水量则约为 2.7 mm，因此大气水的循环周期为 25/2.7≈9 天，也就 是说，水分蒸发到大气中之后，平均每隔 9 天又通 过降水回到地面。 然而位于地球的不同地区，或同一地区在不同 季节里，大气水的循环周期并不相同，这一是由于 地表或水面蒸发量不同，二是由于大范围气流运动 的影响。因此存在着图 3.2 所示的水蒸气收支平衡关系。全球范围内的计算结果表明，中纬度的大 陆地区来源于外部的水蒸气为 67～77％，美国和加拿大为 73％，欧洲地区为 89％。由此可见，在 局部地区通过建造水库增加水面的面积不一定能达到调节降雨量的目的。 (2) 陆地水 陆地水包括河流、湖泊、地下水等，通常为与人类生活密切相关的淡水资源，它的循环往往受 一个流域内的降雨情况、汇水面积、地形和地貌等自然条件的制约，图 3.3 为某一流域内水循环情 况的示意图。降雨过程中雨水直接或间接（如林地和其它植被）落到地面，根据地表覆盖情况和土 壤的渗透能力，一部分渗入地下，一部分产生径流，随地面坡度汇入河流或在低洼地滞留，同时发 生蒸发。渗入土壤的水一方面会发生蒸腾，另一方面继续下渗，进入地下含水层。如图所示，在一 个流域内，地表径流发生在地面分水岭以内，同样地下渗透与地下水流也发生在地下分水岭以内， 同时根据地表水位和地下水位（或水压）之间的关系，地表水和地下水又相互补给。因此，一个流 域就构成了一个相对独立的水文循环系统。在这个系统中，水在河流中的循环周期（或停留时间） 一般为 10～20 天左右，在土壤中的循环周期则为数月，但在浅层地下水中的循环周期可长达数十或 数百年，在深层地下水中的循环周期将更长。因此，作为水源的地下水一旦受到污染，就难以全面 治理和修复。 蒸发 大气圈 降 水 蒸 发( 内 部 水 蒸 气) 地表面 气流运动 (外部水蒸气流入) 气流运动 (水蒸气流出) 图 3-2 水蒸气的收支平衡概念图