第2章 地球上的水分循環(huán)與水量平衡(1-2節(jié))

1、1 第第2章地球上水分循環(huán)與水章地球上水分循環(huán)與水 量平衡量平衡P4188 2.1地球上的水分循環(huán)地球上的水分循環(huán)4147 一、水分循環(huán)的過程、原因及影響因素一、水分循環(huán)的過程、原因及影響因素 （一）水分循環(huán)過程（一）水分循環(huán)過程 地球上的水不斷通過運(yùn)動和相變從一個(gè)地地球上的水不斷通過運(yùn)動和相變從一個(gè)地 圈轉(zhuǎn)向另一個(gè)地圈，或從一種空間轉(zhuǎn)向另圈轉(zhuǎn)向另一個(gè)地圈，或從一種空間轉(zhuǎn)向另 一種空間。一種空間。 地表水（海、河、湖水面，陸面和植物）地表水（海、河、湖水面，陸面和植物） 3 水汽輸送 1蒸發(fā) 4 降水 1蒸發(fā) 4 降水 1 植物蒸騰 湖 6 地表徑流 6 地下徑流 海洋 5 蒸發(fā) 2 降水 地

2、球表面的水在太陽輻射作用下，大量地球表面的水在太陽輻射作用下，大量 水分不斷地從海洋、河湖等水面、陸面水分不斷地從海洋、河湖等水面、陸面 和植物表面蒸發(fā)和蒸騰，升入空中，被和植物表面蒸發(fā)和蒸騰，升入空中，被 氣流帶動輸送至各地，在適當(dāng)條件下遇氣流帶動輸送至各地，在適當(dāng)條件下遇 冷凝結(jié)而以降水形式降落到地表面或水冷凝結(jié)而以降水形式降落到地表面或水 體上。降落到陸地表面的水又在重力作體上。降落到陸地表面的水又在重力作 用下，一部分滲入地下，一部分形成地用下，一部分滲入地下，一部分形成地 表徑流注入江河匯流大海，還有一部分表徑流注入江河匯流大海，還有一部分 又重新蒸發(fā)返回空中。其中滲入到地下又重新蒸

3、發(fā)返回空中。其中滲入到地下 的水，一部分也逐漸蒸發(fā)，一部分也形的水，一部分也逐漸蒸發(fā)，一部分也形 成徑流最終也匯集于海洋。成徑流最終也匯集于海洋。 u水循環(huán)概念水循環(huán)概念 u自然界中的水在太陽輻射和地球重力作用自然界中的水在太陽輻射和地球重力作用 下，在大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈四下，在大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈四 大地球圈層中通過蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)降水、大地球圈層中通過蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)降水、 下滲和徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換下滲和徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換 和空間位置的轉(zhuǎn)移過程，稱為水分循環(huán)，和空間位置的轉(zhuǎn)移過程，稱為水分循環(huán)， 又叫水文循環(huán)，簡稱水循環(huán)。又叫水文循環(huán)，簡稱水循環(huán)。

4、 水循環(huán)包括的五個(gè)環(huán)節(jié)水循環(huán)包括的五個(gè)環(huán)節(jié) u兩大部分：兩大部分：大氣部分大氣部分（包括水汽階段、降水階段）（包括水汽階段、降水階段） 與與地面部分地面部分（徑流與下滲階段、蒸發(fā)階段）（徑流與下滲階段、蒸發(fā)階段） u五個(gè)環(huán)節(jié)：五個(gè)環(huán)節(jié)：1 1）蒸發(fā)蒸騰）蒸發(fā)蒸騰將液態(tài)水、固態(tài)水轉(zhuǎn)將液態(tài)水、固態(tài)水轉(zhuǎn) 化為氣態(tài)水；化為氣態(tài)水；2 2）水汽輸送）水汽輸送蒸發(fā)的水汽被氣流蒸發(fā)的水汽被氣流 輸送各地；輸送各地；3 3）凝結(jié)降水）凝結(jié)降水水汽在上升和輸送過水汽在上升和輸送過 程中，遇冷凝結(jié)，適當(dāng)條件下降落地表；程中，遇冷凝結(jié)，適當(dāng)條件下降落地表；4 4）下）下 滲滲指降落到地面上的水依靠分子力、毛管力和指

5、降落到地面上的水依靠分子力、毛管力和 重力滲入地下的過程；重力滲入地下的過程；5 5）地表地下徑流）地表地下徑流降落降落 到地表的水一部分下滲形成地下徑流和壤中流，到地表的水一部分下滲形成地下徑流和壤中流， 一部分形成地表徑流。一部分形成地表徑流。 （二）水循環(huán)機(jī)理（二）水循環(huán)機(jī)理 1、水循環(huán)服從于質(zhì)量守恒定律、水循環(huán)服從于質(zhì)量守恒定律 整個(gè)循環(huán)過程保持著連續(xù)性，既無開始，也沒有結(jié)尾。整個(gè)循環(huán)過程保持著連續(xù)性，既無開始，也沒有結(jié)尾。 從實(shí)質(zhì)上說，水循環(huán)乃是物質(zhì)與能量的傳輸、儲存和轉(zhuǎn)從實(shí)質(zhì)上說，水循環(huán)乃是物質(zhì)與能量的傳輸、儲存和轉(zhuǎn) 化過程，而且存在于每一環(huán)節(jié)。在蒸發(fā)環(huán)節(jié)中，伴隨液化過程，而且存在

6、于每一環(huán)節(jié)。在蒸發(fā)環(huán)節(jié)中，伴隨液 態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水的是熱能的消耗，伴隨著凝結(jié)降水的態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水的是熱能的消耗，伴隨著凝結(jié)降水的 是潛熱的釋放，所以蒸發(fā)與降水就是地面向大氣輸送熱是潛熱的釋放，所以蒸發(fā)與降水就是地面向大氣輸送熱 量的過程。據(jù)測算，全球海陸日平均蒸發(fā)量為量的過程。據(jù)測算，全球海陸日平均蒸發(fā)量為1.5808萬萬 億立米，是長江全年入海徑流量的億立米，是長江全年入海徑流量的1.6倍，蒸發(fā)這些水汽倍，蒸發(fā)這些水汽 的總耗熱量高達(dá)的總耗熱量高達(dá)3.8781021焦耳，如折合電能為焦耳，如折合電能為 10.771014千瓦時(shí)，等于千瓦時(shí)，等于1990年全世界各國總發(fā)電量年全世界各國總發(fā)電

7、量 的近的近100倍，所以地面潛熱交換成為大氣的熱量主要來源。倍，所以地面潛熱交換成為大氣的熱量主要來源。 由降水轉(zhuǎn)化為地面與地下徑流的過程，則是勢能轉(zhuǎn)化為由降水轉(zhuǎn)化為地面與地下徑流的過程，則是勢能轉(zhuǎn)化為 動能的過程。這些動能成為水流的動力，消耗于沿途的動能的過程。這些動能成為水流的動力，消耗于沿途的 沖刷，搬運(yùn)和堆積作用，直到注入海洋才消耗殆盡。沖刷，搬運(yùn)和堆積作用，直到注入海洋才消耗殆盡。 2、太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本動力、太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本動力 u水循環(huán)內(nèi)因水循環(huán)內(nèi)因水的物理屬性，即在目前大氣環(huán)境水的物理屬性，即在目前大氣環(huán)境 下，水的固、液、氣三態(tài)并存和三態(tài)在

8、常溫條件下，水的固、液、氣三態(tài)并存和三態(tài)在常溫條件 下相互轉(zhuǎn)化。下相互轉(zhuǎn)化。 u水循環(huán)外因水循環(huán)外因太陽輻射和重力是水循環(huán)的基本動太陽輻射和重力是水循環(huán)的基本動 力。力。 u太陽輻射是地表熱能的主要源泉，它促使冰雪融太陽輻射是地表熱能的主要源泉，它促使冰雪融 化，水分蒸發(fā)，空氣流動等，是水分循環(huán)的動力?；?，水分蒸發(fā)，空氣流動等，是水分循環(huán)的動力。 u重力是促使空中水滴降落和地面、地下徑流流歸重力是促使空中水滴降落和地面、地下徑流流歸 海洋的動力。海洋的動力。 u外部環(huán)境包括地理緯度、海陸分布、地貌形態(tài)等外部環(huán)境包括地理緯度、海陸分布、地貌形態(tài)等 則制約了水循環(huán)的路徑、規(guī)模與強(qiáng)度。則制約了水循環(huán)

9、的路徑、規(guī)模與強(qiáng)度。 3、水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大、水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大 氣圈、巖石圈及生物圈氣圈、巖石圈及生物圈 水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大氣圈、巖 石圈及生物圈。其循環(huán)路徑并非單一的， 而是通過無數(shù)條路線實(shí)現(xiàn)循環(huán)和相變的， 所以水循環(huán)系統(tǒng)是由無數(shù)不同尺度、不同 規(guī)模的局部水循環(huán)所組合而成的復(fù)雜巨系 統(tǒng)。 4、全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部、全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部 水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。 全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部水循環(huán)卻 是開放系統(tǒng)。因?yàn)榈厍蚺c宇宙空間之間雖 亦存在水分交換，但每年交換的水量還不 到地球上總貯水量的1/15億，所以可將全 球水循環(huán)系統(tǒng)近

10、似的視為既無輸入，又無 輸出的一個(gè)封閉系統(tǒng)，但對地球內(nèi)部各大 圈層，對海洋、陸地或陸地上某一特定地 區(qū)，某個(gè)水體而言，既有水分輸入，又有 水分輸出，因而是開放系統(tǒng)。 5、水文循環(huán)是巨大的物質(zhì)循環(huán)、水文循環(huán)是巨大的物質(zhì)循環(huán) 地球上的水分在交替循環(huán)過程中，總是溶 解并攜帶著某些物質(zhì)一起運(yùn)動，諸如溶于 水中的各種化學(xué)元素、氣體以及泥沙等固 體雜質(zhì)等。不過這些物質(zhì)不可能象水分那 樣，構(gòu)成完整的循環(huán)系統(tǒng)，所以通常意義 上的水文循環(huán)僅指水分循環(huán)，簡稱水循環(huán)。 （三）影響水循環(huán)的因素（三）影響水循環(huán)的因素 u自然地理因素：自然地理因素： u1）氣象因素：起主導(dǎo)作用的因素。蒸發(fā)、水汽）氣象因素：起主導(dǎo)作用的因

11、素。蒸發(fā)、水汽 輸送和凝結(jié)降水三個(gè)環(huán)節(jié)取決于氣象過程。下滲輸送和凝結(jié)降水三個(gè)環(huán)節(jié)取決于氣象過程。下滲 狀況和徑流情勢雖與下墊面有關(guān)，但其基本規(guī)律狀況和徑流情勢雖與下墊面有關(guān)，但其基本規(guī)律 仍受氣象因素的控制。仍受氣象因素的控制。 u2）下墊面因素：主要通過影響蒸發(fā)、下滲和徑）下墊面因素：主要通過影響蒸發(fā)、下滲和徑 流來影響水循環(huán)。流來影響水循環(huán)。 u人類活動：人類活動：1）水利措施；）水利措施；2）農(nóng)林措施；）農(nóng)林措施；3）跨）跨 流域調(diào)水等流域調(diào)水等 二、水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)二、水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)P42 u（一）水循環(huán)的類型（一）水循環(huán)的類型 u按規(guī)模和路徑，水循環(huán)可分為大循環(huán)（外循環(huán)

12、）和小循按規(guī)模和路徑，水循環(huán)可分為大循環(huán)（外循環(huán)）和小循 環(huán)（內(nèi)循環(huán)）兩類。環(huán)（內(nèi)循環(huán)）兩類。 u1、大循環(huán)（外循環(huán)）、大循環(huán)（外循環(huán)） u大循環(huán)：指發(fā)生在海洋與陸地之間的水分交換過程，又大循環(huán)：指發(fā)生在海洋與陸地之間的水分交換過程，又 叫外循環(huán)、全球性的水循環(huán)或海陸間的水循環(huán)。叫外循環(huán)、全球性的水循環(huán)或海陸間的水循環(huán)。 u其具體過程：從海面蒸發(fā)的水汽，部分被氣流輸送到大其具體過程：從海面蒸發(fā)的水汽，部分被氣流輸送到大 陸上空，在適當(dāng)條件下遇冷凝結(jié)并降落到陸地地表，除陸上空，在適當(dāng)條件下遇冷凝結(jié)并降落到陸地地表，除 一部分蒸發(fā)返回空中外，其余的降水則形成地表徑流或一部分蒸發(fā)返回空中外，其余的降

13、水則形成地表徑流或 滲入地下形成地下徑流，經(jīng)河槽匯集，最終又回歸海洋。滲入地下形成地下徑流，經(jīng)河槽匯集，最終又回歸海洋。 這就完成了海陸間大循環(huán)。這就完成了海陸間大循環(huán)。 水分大循環(huán)通常經(jīng)歷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水、水分大循環(huán)通常經(jīng)歷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水、 入滲和徑流等環(huán)節(jié)，入滲和徑流等環(huán)節(jié)，一方面在天空、地面和地下一方面在天空、地面和地下 之間通過蒸發(fā)、降水和入滲進(jìn)行縱向水分交換之間通過蒸發(fā)、降水和入滲進(jìn)行縱向水分交換 （垂直方向）；另一面又在海洋與陸地之間以水（垂直方向）；另一面又在海洋與陸地之間以水 汽輸送和徑流形式進(jìn)行橫向交換（水平方向）汽輸送和徑流形式進(jìn)行橫向交換（水平方向）。 海洋

14、從空中向大陸輸送大量水汽，大陸則通過地海洋從空中向大陸輸送大量水汽，大陸則通過地 面和地下徑流把水分輸送到海洋里去。大陸上蒸面和地下徑流把水分輸送到海洋里去。大陸上蒸 發(fā)的水汽也可隨氣流帶到海洋上空。但總的說來，發(fā)的水汽也可隨氣流帶到海洋上空。但總的說來， 水汽輸送方向是從海洋輸向大陸的。海洋向陸地水汽輸送方向是從海洋輸向大陸的。海洋向陸地 輸送的水汽減去陸地向海洋輸送的水汽，稱為有輸送的水汽減去陸地向海洋輸送的水汽，稱為有 效水汽輸送量。效水汽輸送量。 水循環(huán)類型示意圖水循環(huán)類型示意圖 圖圖2.1 u2、小循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）、小循環(huán)（內(nèi)循環(huán)） u指發(fā)生在海洋與海洋上空之間或指發(fā)生在海洋與海洋上空

15、之間或 陸地與陸地上空之間的局部性水陸地與陸地上空之間的局部性水 分循環(huán)，亦稱內(nèi)循環(huán)，包括海洋分循環(huán)，亦稱內(nèi)循環(huán)，包括海洋 小循環(huán)與陸地小循環(huán)。小循環(huán)與陸地小循環(huán)。 u（1）海洋小循環(huán)（海洋內(nèi)循環(huán)）海洋小循環(huán)（海洋內(nèi)循環(huán)） u指從海面蒸發(fā)的水汽，在空中凝指從海面蒸發(fā)的水汽，在空中凝 結(jié)后又以降水形式直接降落到海結(jié)后又以降水形式直接降落到海 面上，即發(fā)生在海洋與海洋上空面上，即發(fā)生在海洋與海洋上空 之間的水分交換過程。之間的水分交換過程。 （2）陸地小循環(huán)）陸地小循環(huán) 指陸地上蒸發(fā)的水汽隨同從海洋輸送來的指陸地上蒸發(fā)的水汽隨同從海洋輸送來的 水汽一起，被氣流輸向內(nèi)陸，遇冷凝結(jié)降水汽一起，被氣流輸

16、向內(nèi)陸，遇冷凝結(jié)降 落，仍降落到陸地上。這種發(fā)生在陸地與落，仍降落到陸地上。這種發(fā)生在陸地與 陸地上空之間的水分交換過程，稱為陸地陸地上空之間的水分交換過程，稱為陸地 小循環(huán)或陸上內(nèi)循環(huán)。小循環(huán)或陸上內(nèi)循環(huán)。 o 陸地小循環(huán)對內(nèi)陸地區(qū)的降水具有重要作用。內(nèi)陸地小循環(huán)對內(nèi)陸地區(qū)的降水具有重要作用。內(nèi) 陸地區(qū)距海洋遙遠(yuǎn)，從海洋直接輸送到內(nèi)陸的水陸地區(qū)距海洋遙遠(yuǎn)，從海洋直接輸送到內(nèi)陸的水 汽不多，需要通過內(nèi)陸局部地區(qū)的水分循環(huán)運(yùn)動，汽不多，需要通過內(nèi)陸局部地區(qū)的水分循環(huán)運(yùn)動， 使水汽不斷向內(nèi)陸輸送、推進(jìn)，這就是內(nèi)陸地區(qū)使水汽不斷向內(nèi)陸輸送、推進(jìn)，這就是內(nèi)陸地區(qū) 的主要水汽來源。由于水分向內(nèi)陸輸送過程

17、中，的主要水汽來源。由于水分向內(nèi)陸輸送過程中， 沿途會逐步損耗，故由沿海向內(nèi)陸，降水逐漸減沿途會逐步損耗，故由沿海向內(nèi)陸，降水逐漸減 少；另一方面，水分向內(nèi)陸推進(jìn)或告退，也會造少；另一方面，水分向內(nèi)陸推進(jìn)或告退，也會造 成降水在時(shí)間上的漸變規(guī)律，由沿海向內(nèi)陸，雨成降水在時(shí)間上的漸變規(guī)律，由沿海向內(nèi)陸，雨 季推遲和縮短。季推遲和縮短。 （二）全球水循環(huán)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（二）全球水循環(huán)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)P43 u如前所述，全球水循環(huán)是由海洋的、陸地的以及海洋與如前所述，全球水循環(huán)是由海洋的、陸地的以及海洋與 陸地之間的各種不同尺度，不同等級的水循環(huán)所組合而陸地之間的各種不同尺度，不同等級的水循環(huán)所組合而

18、 成的動態(tài)大系統(tǒng)。由于這些分子水循環(huán)系統(tǒng)既緊密聯(lián)系，成的動態(tài)大系統(tǒng)。由于這些分子水循環(huán)系統(tǒng)既緊密聯(lián)系， 相互影響，又相對獨(dú)立。所以對這個(gè)全球性的動態(tài)大系相互影響，又相對獨(dú)立。所以對這個(gè)全球性的動態(tài)大系 統(tǒng)，可以根據(jù)海陸分布，各分子系統(tǒng)的尺度、規(guī)模不同，統(tǒng)，可以根據(jù)海陸分布，各分子系統(tǒng)的尺度、規(guī)模不同， 以及相互之間上下隸屬關(guān)系，建立如圖以及相互之間上下隸屬關(guān)系，建立如圖2-3所示的水循環(huán)所示的水循環(huán) 分子等級系統(tǒng)。分子等級系統(tǒng)。 u陸地水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比海洋水循環(huán)系統(tǒng)要復(fù)雜，而且在陸地水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比海洋水循環(huán)系統(tǒng)要復(fù)雜，而且在 四級以下還可進(jìn)一步區(qū)分，例如長江流域?yàn)樗募壦h(huán)四級以下還可進(jìn)一步

19、區(qū)分，例如長江流域?yàn)樗募壦h(huán) 系統(tǒng)，漢江作為長江的一級支流，就屬于五級水循環(huán)系系統(tǒng)，漢江作為長江的一級支流，就屬于五級水循環(huán)系 統(tǒng)，而丹江是漢江的支流，是長江的二級支流，因而屬統(tǒng)，而丹江是漢江的支流，是長江的二級支流，因而屬 于六級水循環(huán)系統(tǒng)。于六級水循環(huán)系統(tǒng)。 三、水體的更替周期三、水體的更替周期 指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被更指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被更 新一次所需的時(shí)間，通常用下式近似計(jì)算：新一次所需的時(shí)間，通常用下式近似計(jì)算： 式中式中T為更替周期（年、日或時(shí)）；為更替周期（年、日或時(shí)）；W為為 水體總儲水量（水體總儲水量（m3）；為水體年平均參）；為水體年平均參 與水

20、循環(huán)的活動量（與水循環(huán)的活動量（m3/年）年） WWT/ W 以世界大洋為例，總儲水量為以世界大洋為例，總儲水量為13.381017米米3， 每年海水總蒸發(fā)量為每年海水總蒸發(fā)量為50.51013米米3，以此計(jì)算，以此計(jì)算， 海水全部更新一次約需要海水全部更新一次約需要2650年；如果以入海徑年；如果以入海徑 流量流量4.71013米米3為準(zhǔn)，則更新一次需要為準(zhǔn)，則更新一次需要28468年。年。 又如世界河流的河床中瞬時(shí)貯水量為又如世界河流的河床中瞬時(shí)貯水量為21.21011 米米3，而其全年輸送入海的水量為，而其全年輸送入海的水量為4.71013米米3， 因此一年內(nèi)河床中水分可更替因此一年內(nèi)河

21、床中水分可更替22次，平均每次，平均每16天天 就更新一次。大氣水更替的速度還要快，平均循就更新一次。大氣水更替的速度還要快，平均循 環(huán)周期只有環(huán)周期只有8天，然而位于極地的冰川，更替速天，然而位于極地的冰川，更替速 度極為緩慢，循環(huán)周期長達(dá)萬年。度極為緩慢，循環(huán)周期長達(dá)萬年。 各種水體的更替周期各種水體的更替周期 表 水體水體 周期周期水體周期水體周期 極地冰川極地冰川 10000a沼澤水沼澤水5a 永凍地帶地下冰永凍地帶地下冰 9700a土壤水土壤水1a 世界大洋世界大洋 2500a河水河水16d 高山冰川高山冰川1600a大氣水大氣水8d 深層地下水深層地下水1400a生物水生物水12h

22、 湖泊水湖泊水17a 水體的更替周期是反映水循環(huán)強(qiáng)度的重要指標(biāo)，水體的更替周期是反映水循環(huán)強(qiáng)度的重要指標(biāo)， 亦是反映水體水資源可利用率的基本參數(shù)。因?yàn)橐嗍欠从乘w水資源可利用率的基本參數(shù)。因?yàn)?從水資源永繼利用的角度來衡量，水體的儲水量從水資源永繼利用的角度來衡量，水體的儲水量 并非全部都能利用，只有其中積極參與水循環(huán)的并非全部都能利用，只有其中積極參與水循環(huán)的 那部分水量，由于利用后能得到恢復(fù)，才能算作那部分水量，由于利用后能得到恢復(fù)，才能算作 可資利用的水資源量。而這部分水量的多少，主可資利用的水資源量。而這部分水量的多少，主 要決定于水體的循環(huán)更新速度和周期的長短，循要決定于水體的循環(huán)更

23、新速度和周期的長短，循 環(huán)速度愈快，周期愈短，可開發(fā)利用的水量就愈環(huán)速度愈快，周期愈短，可開發(fā)利用的水量就愈 大。以我國高山冰川來說，其總貯水量約為大。以我國高山冰川來說，其總貯水量約為 51013米米3，而實(shí)際參于循環(huán)的水量年平均為，而實(shí)際參于循環(huán)的水量年平均為 5.461011米米3，僅為總貯水量的，僅為總貯水量的1/100左右，如左右，如 果我們想用人工融冰化雪的方法，增加其開發(fā)利果我們想用人工融冰化雪的方法，增加其開發(fā)利 用量，就會減少其貯水量，影響到后續(xù)的利用。用量，就會減少其貯水量，影響到后續(xù)的利用。 四、水循環(huán)的作用與效應(yīng)四、水循環(huán)的作用與效應(yīng)P4447 u水循環(huán)是地球上的物質(zhì)大

24、循環(huán)，巨大的能量流，水循環(huán)是地球上的物質(zhì)大循環(huán)，巨大的能量流， 對自然界和人類具有重大的作用和意義。對自然界和人類具有重大的作用和意義。 u（一）水循環(huán)是聯(lián)系大氣圈、水圈、巖石圈和生（一）水循環(huán)是聯(lián)系大氣圈、水圈、巖石圈和生 物圈的紐帶，并成為它們之間的能量調(diào)節(jié)器物圈的紐帶，并成為它們之間的能量調(diào)節(jié)器 u水循環(huán)的一系列過程中，通過降水、地表徑流、水循環(huán)的一系列過程中，通過降水、地表徑流、 入滲、地下徑流、蒸發(fā)和植物蒸騰等各個(gè)環(huán)節(jié)，入滲、地下徑流、蒸發(fā)和植物蒸騰等各個(gè)環(huán)節(jié)， 使地球四大圈層相互聯(lián)系起來，并在物質(zhì)流的同使地球四大圈層相互聯(lián)系起來，并在物質(zhì)流的同 時(shí)，伴隨能量流。時(shí)，伴隨能量流。 u

25、地球表層系由大氣圈、巖石圈，生物圈以及水圈地球表層系由大氣圈、巖石圈，生物圈以及水圈 組合而成。在這一有序的龐大層次結(jié)構(gòu)中，水圈組合而成。在這一有序的龐大層次結(jié)構(gòu)中，水圈 居于主導(dǎo)地位，正是水圈中的水，通過周流不息居于主導(dǎo)地位，正是水圈中的水，通過周流不息 的循環(huán)運(yùn)動，積極參于了圈層之間界面活動，并的循環(huán)運(yùn)動，積極參于了圈層之間界面活動，并 且深入且深入4大圈層內(nèi)部，將它們耦合在一起。大圈層內(nèi)部，將它們耦合在一起。 u水循環(huán)，它上達(dá)水循環(huán)，它上達(dá)15公里的高空，成為大氣圈的有公里的高空，成為大氣圈的有 機(jī)組成部分，擔(dān)當(dāng)了大氣循環(huán)過程的主角；下深機(jī)組成部分，擔(dān)當(dāng)了大氣循環(huán)過程的主角；下深 地表以

26、下地表以下13公里深處，積極參與巖石圈中化學(xué)公里深處，積極參與巖石圈中化學(xué) 元素的遷移過程，成為地質(zhì)大循環(huán)的主要動力因元素的遷移過程，成為地質(zhì)大循環(huán)的主要動力因 素；同時(shí)水作為生命活動的源泉，生物有機(jī)體的素；同時(shí)水作為生命活動的源泉，生物有機(jī)體的 組成部分，它全面的參與了生物大循環(huán)，成為溝組成部分，它全面的參與了生物大循環(huán)，成為溝 通無機(jī)界和有機(jī)界聯(lián)系的紐帶，并將通無機(jī)界和有機(jī)界聯(lián)系的紐帶，并將4大圈層串大圈層串 聯(lián)在一起，組合成相互影響、相互制約的統(tǒng)一整聯(lián)在一起，組合成相互影響、相互制約的統(tǒng)一整 體。從這一意義上說，水循環(huán)深刻地影響了地球體。從這一意義上說，水循環(huán)深刻地影響了地球 表層結(jié)構(gòu)的

27、形成以及今后的演變與發(fā)展。表層結(jié)構(gòu)的形成以及今后的演變與發(fā)展。 u（二）通過水循環(huán)，地球上各種水體相互聯(lián)系轉(zhuǎn)換，使水通過水循環(huán)，地球上各種水體相互聯(lián)系轉(zhuǎn)換，使水 資源得以再生，給人類提供取之不竭，用之不盡的水利資資源得以再生，給人類提供取之不竭，用之不盡的水利資 源源 u水是人類賴以生存、發(fā)展的寶貴資源，是廉價(jià)、清潔的能水是人類賴以生存、發(fā)展的寶貴資源，是廉價(jià)、清潔的能 源，是農(nóng)業(yè)的命脈、工業(yè)的血液和運(yùn)輸?shù)拇髣用}，它與其源，是農(nóng)業(yè)的命脈、工業(yè)的血液和運(yùn)輸?shù)拇髣用}，它與其 它自然資源相比較主要不同點(diǎn)是水資源具有再生性和可以它自然資源相比較主要不同點(diǎn)是水資源具有再生性和可以 永繼利用的特點(diǎn)。這一特

28、點(diǎn)正是水循環(huán)所賦予的。永繼利用的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)正是水循環(huán)所賦予的。 u如果自然界不存在水循環(huán)現(xiàn)象，那么水資源亦就不能再生，如果自然界不存在水循環(huán)現(xiàn)象，那么水資源亦就不能再生， 無法永繼利用。但必須指出的是水資源的再生性和可以永無法永繼利用。但必須指出的是水資源的再生性和可以永 繼利用不能簡單的理解為繼利用不能簡單的理解為“取之不盡，用之不竭取之不盡，用之不竭”。因?yàn)?。因?yàn)?水資源永繼利用是以水資源開發(fā)利用后能獲得補(bǔ)充、更新水資源永繼利用是以水資源開發(fā)利用后能獲得補(bǔ)充、更新 為條件的。更新速度和補(bǔ)給量要受到水循環(huán)的強(qiáng)度、循環(huán)為條件的。更新速度和補(bǔ)給量要受到水循環(huán)的強(qiáng)度、循環(huán) 周期的長短的制約，一

29、旦水資源開發(fā)強(qiáng)度超過地區(qū)水循環(huán)周期的長短的制約，一旦水資源開發(fā)強(qiáng)度超過地區(qū)水循環(huán) 更新速度或者遭受嚴(yán)重的污染，那么就會面臨水資源不足，更新速度或者遭受嚴(yán)重的污染，那么就會面臨水資源不足， 甚至枯竭的嚴(yán)重局面。所以對于特定地區(qū)而言，可開發(fā)利甚至枯竭的嚴(yán)重局面。所以對于特定地區(qū)而言，可開發(fā)利 用的水資源量是有限的。必須重視水資源的合理利用與保用的水資源量是有限的。必須重視水資源的合理利用與保 護(hù)。只有在開發(fā)利用強(qiáng)度不超過地區(qū)水循環(huán)更新速度以及護(hù)。只有在開發(fā)利用強(qiáng)度不超過地區(qū)水循環(huán)更新速度以及 控制水污染的條件下，水資源才能不斷獲得更新，才能永控制水污染的條件下，水資源才能不斷獲得更新，才能永 繼利

30、用。繼利用。 （三）水循環(huán)是聯(lián)系海洋與陸地的主要紐帶（三）水循環(huán)是聯(lián)系海洋與陸地的主要紐帶 海洋正是通過蒸發(fā)水分源源不斷地向大陸海洋正是通過蒸發(fā)水分源源不斷地向大陸 輸送水汽而形成降水，進(jìn)而影響陸地上的輸送水汽而形成降水，進(jìn)而影響陸地上的 一系列物理、化學(xué)與生物過程。而從陸地一系列物理、化學(xué)與生物過程。而從陸地 上回歸海洋的徑流，則不斷地向海冰輸送上回歸海洋的徑流，則不斷地向海冰輸送 大量的泥沙、有機(jī)雜質(zhì)、各種營養(yǎng)鹽類，大量的泥沙、有機(jī)雜質(zhì)、各種營養(yǎng)鹽類， 進(jìn)而影響海水的性質(zhì)、海水中的生物學(xué)過進(jìn)而影響海水的性質(zhì)、海水中的生物學(xué)過 程，以及海冰沉積與海盆形態(tài)等。程，以及海冰沉積與海盆形態(tài)等。 （

31、四）水循環(huán)是一切水文現(xiàn)象的根源。（四）水循環(huán)是一切水文現(xiàn)象的根源。 水循環(huán)是地球上一切水文現(xiàn)象的根源，沒有水循 環(huán)，地球上也就不會發(fā)生蒸發(fā)、降水，徑流；不 存在江河、湖泊。所以研究地球上的水循環(huán)，是 認(rèn)識和掌握自然界錯(cuò)綜復(fù)雜的水文現(xiàn)象的一把鑰 匙；是把握自然界各種水體的性質(zhì)、運(yùn)動變化及 其相互關(guān)系的有效方法和手段?？梢哉f水循環(huán)與 水量平衡的研究引導(dǎo)了以往水文學(xué)科的發(fā)展，亦 將指導(dǎo)水文學(xué)的未來，并正從宏觀與微觀雙向尺 度上，不斷拓寬與加深水文學(xué)科。 水分循環(huán)對于全球性水分和熱量的再分配起著重大的作用，這種作用與大氣水分循環(huán)對于全球性水分和熱量的再分配起著重大的作用，這種作用與大氣 循環(huán)相互聯(lián)系而

32、發(fā)生，從而影響了一地氣候的主要方面循環(huán)相互聯(lián)系而發(fā)生，從而影響了一地氣候的主要方面降水與氣溫。水降水與氣溫。水 分循環(huán)具有物質(zhì)分循環(huán)具有物質(zhì)“傳輸帶傳輸帶”的作用，而且又是巖石圈表層機(jī)械搬運(yùn)作用以及的作用，而且又是巖石圈表層機(jī)械搬運(yùn)作用以及 自然地理環(huán)境中無機(jī)成分和有機(jī)成分化學(xué)元素遷移的強(qiáng)大動力。在水分循環(huán)自然地理環(huán)境中無機(jī)成分和有機(jī)成分化學(xué)元素遷移的強(qiáng)大動力。在水分循環(huán) 過程中伴隨產(chǎn)生了各種常態(tài)地貌和河流、地下水、湖泊等等。水分循環(huán)也是過程中伴隨產(chǎn)生了各種常態(tài)地貌和河流、地下水、湖泊等等。水分循環(huán)也是 生物有機(jī)體維持生命活動和整個(gè)生物圈構(gòu)成復(fù)雜的水膠體系統(tǒng)的基本條件，生物有機(jī)體維持生命活動和

33、整個(gè)生物圈構(gòu)成復(fù)雜的水膠體系統(tǒng)的基本條件， 起著有機(jī)界和無機(jī)界聯(lián)系的紐帶作用?？傊?，起著有機(jī)界和無機(jī)界聯(lián)系的紐帶作用?？傊?，水分循環(huán)有如自然地理環(huán)境的水分循環(huán)有如自然地理環(huán)境的 “血液循環(huán)血液循環(huán)”，它溝通了各基本圈層的物質(zhì)交換，促使各種聯(lián)系的發(fā)生。水，它溝通了各基本圈層的物質(zhì)交換，促使各種聯(lián)系的發(fā)生。水 分循環(huán)過程同時(shí)起著水文過程、氣候過程、地形過程、土壤過程、生物過程分循環(huán)過程同時(shí)起著水文過程、氣候過程、地形過程、土壤過程、生物過程 以及地球化學(xué)過程等作用。以及地球化學(xué)過程等作用。 2.2水量平衡水量平衡P4751 水量平衡原理水量平衡原理 水量平衡方程水量平衡方程 全球降水量和蒸發(fā)量沿緯

34、度的分布全球降水量和蒸發(fā)量沿緯度的分布 研究水量平衡的意義研究水量平衡的意義 一、水量平衡原理一、水量平衡原理 對地球上的任何圈層或任何地段都是一個(gè)開放系對地球上的任何圈層或任何地段都是一個(gè)開放系 統(tǒng)，既有水分的輸入，又有水分的輸出。根據(jù)物統(tǒng)，既有水分的輸入，又有水分的輸出。根據(jù)物 質(zhì)不滅定律（質(zhì)量守衡定律）：質(zhì)不滅定律（質(zhì)量守衡定律）： 對于地球上的任何一個(gè)地區(qū)（或地段、流域、水對于地球上的任何一個(gè)地區(qū)（或地段、流域、水 體、圈層）在任意時(shí)段內(nèi)，收入的水量與支出的體、圈層）在任意時(shí)段內(nèi)，收入的水量與支出的 水量之差額必然等于該地區(qū)在該時(shí)段內(nèi)的蓄水變水量之差額必然等于該地區(qū)在該時(shí)段內(nèi)的蓄水變

35、化量，這就是水量平衡原理化量，這就是水量平衡原理(Water Balance)。 即：即： 式中：式中：I 叫為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)收入（輸入）水叫為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)收入（輸入）水 量；量； O 為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出（輸出）水量；為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出（輸出）水量； S1/S2為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的始末蓄水量為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的始末蓄水量; S S為為 區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的蓄水變量。在多水期區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的蓄水變量。在多水期S S為為 正值，表示蓄水量增加；在少水期正值，表示蓄水量增加；在少水期S S為負(fù)值，表為負(fù)值，表 示蓄水量減少；在多年情況下示蓄水量減少；在多年情況下S S 為零，表示多為零

36、，表示多 年中蓄水量平均起來是保持不變的，此時(shí)的平均年中蓄水量平均起來是保持不變的，此時(shí)的平均 水量即為：水量即為：I=O 。 水量平衡方程式是水分循環(huán)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)水量平衡方程式是水分循環(huán)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù) 不同的區(qū)域可建立不同的水量平衡方程。不同的區(qū)域可建立不同的水量平衡方程。 SSSOI 12 二、水量平衡方程式二、水量平衡方程式 （一）通用水量平衡方程（一）通用水量平衡方程 現(xiàn)以陸地上任一地區(qū)為研究對象，取其三度空間現(xiàn)以陸地上任一地區(qū)為研究對象，取其三度空間 的閉合柱體，其上界為地表面，下界為地下無水的閉合柱體，其上界為地表面，下界為地下無水 分交換的深度。這樣，對任一閉合柱體，任

37、一時(shí)分交換的深度。這樣，對任一閉合柱體，任一時(shí) 間內(nèi)的水量收入間內(nèi)的水量收入I為：為： 式中：式中：P區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的降水量；區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的降水量； E1 水汽凝結(jié)量；水汽凝結(jié)量；R表 表、 、R地下 地下 分別為在給定時(shí) 分別為在給定時(shí) 段內(nèi)地表、地下流入?yún)^(qū)域內(nèi)的徑流量段內(nèi)地表、地下流入?yún)^(qū)域內(nèi)的徑流量 地下表 RREPI 1 區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出水量區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出水量O為：為： E2區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)地表總蒸散發(fā)量；區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)地表總蒸散發(fā)量； R表 表/、 、R地下 地下/分別為地表、地下徑流流出量； 分別為地表、地下徑流流出量； q 研究時(shí)段內(nèi)工農(nóng)業(yè)和生活凈用水量（即區(qū)研究

38、時(shí)段內(nèi)工農(nóng)業(yè)和生活凈用水量（即區(qū) 域在給定時(shí)段內(nèi)人類凈用水量）域在給定時(shí)段內(nèi)人類凈用水量） qRREO / 2 地下表 則通用水量平衡方程式為則通用水量平衡方程式為 qSE)RR()RR(P q)SS()RR()EE()RR(P SSS EEEE q)SS()RR()EE()RR(P )qRRE()RREP( OISSS / 12 / 12 / 12 121 12 / 12 / / 2 12 即 水量平衡方程式為： 域在任意時(shí)段內(nèi)的通用為時(shí)段蓄水變量，則區(qū) 為時(shí)段凈蒸發(fā)量；為負(fù)蒸發(fā)量，令由于上式中， 或 地下地下表表 地下地下表表 地下地下表表 地下表地下表 （二）全球水量平衡方程（二）全球水

39、量平衡方程 1、全球海洋水量平衡方程、全球海洋水量平衡方程 全球海洋收入水量有大氣降水P和入海徑流 量R；支出水量有蒸發(fā)量E，則全球海洋水 量平衡方程為： SS2S1（PR）E 多年平均而論， S0，則有E0P0R0， 即全球海洋蒸發(fā)量大于降水量，海洋是大 氣水分和陸地降水的來源。海洋提供了海 洋降水量的85%和陸地降水量的89% 2、全球陸地水量平衡方程、全球陸地水量平衡方程 全球陸地在任一時(shí)段收入水量為大氣降水全球陸地在任一時(shí)段收入水量為大氣降水P； 支出水量有蒸發(fā)量支出水量有蒸發(fā)量E和地表、地下徑流量和地表、地下徑流量R （入海徑流量），則全球陸地水量平衡方（入海徑流量），則全球陸地水量

40、平衡方 程：程： SS2S1P（ER） 多年平均，多年平均， S0，則，則P0E0R0，即全，即全 球陸地降水量大于蒸發(fā)量，以徑流形式補(bǔ)球陸地降水量大于蒸發(fā)量，以徑流形式補(bǔ) 充海洋，實(shí)現(xiàn)全球水量平衡。充海洋，實(shí)現(xiàn)全球水量平衡。 3、全球水量平衡方程、全球水量平衡方程 降水、蒸發(fā)和徑流在整個(gè)水循環(huán)中，是三降水、蒸發(fā)和徑流在整個(gè)水循環(huán)中，是三 個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在全球水量平衡中，它們個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在全球水量平衡中，它們 同樣是最主要的因素。同樣是最主要的因素。 全球海陸降水量之和等于全球海陸蒸發(fā)量全球海陸降水量之和等于全球海陸蒸發(fā)量 之和，說明全球水量保持平衡，基本上長之和，說明全球水量保持平衡，基本

41、上長 期不變。即多年平均有，期不變。即多年平均有， P0E0。 。 注：關(guān)于全球水量平衡數(shù)據(jù)不同學(xué)者研究結(jié)果不一樣。注：關(guān)于全球水量平衡數(shù)據(jù)不同學(xué)者研究結(jié)果不一樣。 （三）流域水量平衡方程（三）流域水量平衡方程 1、閉合流域水量平衡方程、閉合流域水量平衡方程 流域流域指河流的集水區(qū)域（補(bǔ)給區(qū)域），即分指河流的集水區(qū)域（補(bǔ)給區(qū)域），即分 水線所包含的區(qū)域，包括地表集水區(qū)和地下集水水線所包含的區(qū)域，包括地表集水區(qū)和地下集水 區(qū)。地表分水線與地下分水線完全重合一致的流區(qū)。地表分水線與地下分水線完全重合一致的流 域稱為閉合流域；反之，二者不重合的流域?yàn)榉怯蚍Q為閉合流域；反之，二者不重合的流域?yàn)榉?閉合

42、流域。閉合流域。 可見，閉合流域與相鄰流域之間沒有水量交換，可見，閉合流域與相鄰流域之間沒有水量交換， 因此其水量的收入因此其水量的收入I只有大氣降水只有大氣降水P；水量支出項(xiàng)；水量支出項(xiàng) 目目O有：蒸發(fā)量有：蒸發(fā)量E和地表地下徑流量和地表地下徑流量R（RRs RssRg） 則閉合流域水量平衡方程式為：則閉合流域水量平衡方程式為： 之和。和徑流量 等于多年平均蒸發(fā)量即多年平均降水量 即有論，但就多年平均而 時(shí)，表明陸地上變干。 為負(fù)值；當(dāng)為正值時(shí)，陸地上加濕 當(dāng)可正可負(fù)。在短期內(nèi)，蓄水變量 或 0 00 000 R EP REP 0,S SS S SERPE)(R-PS 在內(nèi)流河區(qū)域，由于內(nèi)流河最終在內(nèi)流河區(qū)域，由于內(nèi)流河最終 消失于沙漠區(qū)的蒸發(fā)和下滲，而消失于沙漠區(qū)的蒸發(fā)和下滲，而 無徑流注入海洋，則有徑流流出無徑流注入海洋，則有徑流流出 量量R00，則在內(nèi)流域有：，則在內(nèi)流域有： P0E0 即多年平均降水量等于多年平