第五節(jié)地球上的水循環(huán)與水量平衡課件

第五節(jié)地球上的水循環(huán)與水量平衡一、地球上水體的分布與水資源（一）水在地理環(huán)境中的地位與作用水是生命活動的物質(zhì)基礎，是人類賴以生存、發(fā)展的最寶貴的自然資源。無論是過去、現(xiàn)在或是將來，水始終是影響人類社會發(fā)展的重要因素。水——人體的重要組成生命來源于水：原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物質(zhì)，是細胞進行新陳代謝時最好的“營養(yǎng)品”；厚厚的水體又像一個“保護罩”使嬌弱的原始生命不致被太陽紫外線殺傷。生命運動離不開水：水是生物體的基本成分。在肌體內(nèi)起著輸送物質(zhì)的作用；維持著肌體養(yǎng)分平衡，起著吸收養(yǎng)分，排出廢物的作用；起著調(diào)節(jié)溫度的作用；具有支持營養(yǎng)的作用．一方面，水是人類必不可少的，并給人類帶來許多好處。但另一方面，水也給人們帶來了許多災害。如果水過多也會造成災害。水災給人類帶來的危害是巨大的，洪水災害是造成經(jīng)濟損失最大的自然災害之一。由于地球表層目前可供人類直接利用的水的有限性、時間與空間分布的不均勻性，使得世界一些地區(qū)或城市或多或少地出現(xiàn)了缺水問題。

水是生物體的基本成分。例如，哺乳動物體內(nèi)水約占65%。魚類占75%，藻類占95%，水母則高達95%～98%。水在人體中起著重要作用：在肌體內(nèi)起著輸送物質(zhì)的作用；維持著肌體養(yǎng)分平衡，起著吸收養(yǎng)分，排出廢物的作用；起著調(diào)節(jié)溫度的作用；具有支持營養(yǎng)的作用等。正常情況下，人體水分處于吸收與排出相等的平衡狀態(tài)，但當這種平衡狀態(tài)被打破時，就會影響人體正常生活。當一個人吸收的水量比維持平衡的水分少1%～2%，就會感到口渴；當減少5%時就會皮膚皺折，神態(tài)不清；當減少14～15%，就會死亡。故一般人幾天不吃東西尚可，若幾天不喝水，其結(jié)果就可想而知。生命運動離不開水（二）地球上水體的分布

水是由氫氧兩種元素組成的的化合物，它是如何形成的，目前學術(shù)界存在著較大的爭議，尚未定論。關于水的起源的認識仍存在很大的分歧,目前在約有32種關于水的形成的學說。這里簡述幾種主要學說。一種學說認為在地球形成之前的初始物質(zhì)中存在一種H2O分子的原始星云，類似于現(xiàn)在平均含水0.5%的隕石，地球形成后降到地球上，從而使地球上有了水。另一種學說認為在地球形成后才有形成水的原始元素（氫和氧）。氫與氧在適宜的條件下化合。生成羥基（OH）。羥基再經(jīng)過復雜的變化，形成水（H2O）。荷蘭的天文學家奧特認為，地球上的主要來源是我們這顆行星的內(nèi)部的巖石圈的上地幔。巖石圈的物質(zhì)一半是由硅組成，其中硅酸鹽和水分。這些巖石在一定的溫度和適宜的條件下（如火山爆發(fā)）脫水，從而形成了地球的水。美國學者肯尼迪等認為巖石在熔化中完全混合時，含有硅酸鹽75%，含水25%。在地球形成初期，火山爆發(fā)頻繁，從而加快了地球水的形成。由于地球內(nèi)部的高溫，地球的水還在增加。在研究中，有資料表明，大洋面近1000年內(nèi)上升了1.3m。不過近幾十年海洋水面快速升高可能主要由于全球氣候變暖造成。水圈是由地球地殼表層、表面和圍饒地球的大氣層中液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)的不組成的圈層，是地球四大圈層中最為活躍的圈層。在水圈內(nèi)，大部分水以液態(tài)形式存在，如海洋、地下水、地表水（湖泊、河流）和一切動植物體內(nèi)存在的生物水等，少部分以水汽形式存在于大氣中形成大氣水，還有一部分以冰雪等固態(tài)形式存在于地球的南北極和陸地的高山上。

水圈的構(gòu)成：水圈的范圍：上最高可達平流層頂部，高度約55000米；下（地表之下）儲存于地殼約10千米的地層中。1.水圈及其構(gòu)成水

體水儲量咸水淡水103km3%103km3%103km3%海

洋1338000.096.54133800099.04

冰川與永久積雪24064.11.74

24064.168.70地下水23400.01.69127800.9510530.030.06永凍層中冰300.00.02

0.86湖泊水176.40.01385.40.006

0.26土壤水16.50.001

0.017大氣水12.90.0009

0.037沼澤水11.50.0008

0.033河流水2.120.0002

0.006生物水1.120.0001

0.003總

計1385984.61001350955.410035029.21002.地球水圈水儲量的分布地球上的水量是極其豐富的，其總儲水量約為13.86億立方公里。水圈內(nèi)水量的分布是十分不均勻的，大部分水儲存在于低洼的海洋中，占96.54％，而且97.47%（分布于海洋、地下水和湖泊水中）為咸水，淡水僅占總水量的2.53%，且主要分布在冰川與永久積雪（占68.70%）和地下（占30.36%）之中。地球上水體的分布態(tài)勢考慮現(xiàn)有的經(jīng)濟、技術(shù)能力，扣除無法取用的冰川和高山頂上的冰雪儲量，理論上可以開發(fā)利用的淡水不到地球總水量1％，實際上，人類可以利用的淡水量遠低于此理論值。人與社會因素（三）水資源的涵義與特性

1.

水資源的涵義

在《英國大百科全書》中，水資源被定義為“全部自然界任何形態(tài)的水，包括氣態(tài)水、液態(tài)水和固態(tài)水”。此定義被廣泛引用，這與英國大百科全書權(quán)威性有很大關系。1977年聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）建議“水資源應指可資利用或有可能被利用的水源，這個水源應具有足夠的數(shù)量和可用的質(zhì)量，并能在某一地點為滿足某種用途而可被利用?！北容^公認的水資源的涵義：水資源包含水量與水質(zhì)兩個方面，是人類生產(chǎn)生活及生命生存不可替代的自然資源和環(huán)境資源，是在一定的經(jīng)濟技術(shù)條件下能夠為社會直接利用或待利用，參與自然界水分循環(huán)，影響國民經(jīng)濟的淡水（姜文來等，995a）2.水資源的特性

（1）

水資源的循環(huán)再生性與其有限性水資源與其它資源不同，在水文循環(huán)過程中使水不斷地恢復和更新，屬可再生資源。水循環(huán)過程具有無限性的特點，但在其循環(huán)過程中，又受太陽輻射、地表下墊面、人類活動等條件的制約，每年更新的水量又是有限的，而且自然界中各種水體的循環(huán)周期不同，水資源恢復量也不同，反映了水資源屬動態(tài)資源的特點。所以水循環(huán)過程無限性和再生聯(lián)補給水量的有限性，決定了水資源在一定限度內(nèi)才是“取之不盡，用之不竭”的。在開發(fā)利用水資源過程中，不能破壞生態(tài)環(huán)境及水資源的再生能力。作為水資源主要補給來源的大氣降水、地表徑流和底下徑流等都具有隨機性和周期性，其年內(nèi)與年際變化都很大，它們在地區(qū)分布上也很不均衡，有些地方干旱水量很少，但有些地方水量又很多而形成災害，這給水資源的合理開發(fā)利用帶來很大的困難。（2）時空分布的不均勻性水資源是生活資料又是生產(chǎn)資料，在國計民生中用途廣泛，各行各業(yè)都離不開它。從水資源利用方式看，可分為耗用水量和借用水體兩種。生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)用水等，都屬于消耗性用水，其中一部分回歸到水體中，但量已減少，而且水質(zhì)也發(fā)生了變化；另一種使用形式為非消耗性的，例如，養(yǎng)魚、航運、水力發(fā)電等。水資源這種綜合效益是其它任何自然資源無法替代的。此外，水還有很大的非經(jīng)濟性價值，自然界中各種水體是環(huán)境的重要組成部分，有著巨大的生態(tài)環(huán)境效益，水是一切生物的命脈。不考慮這一點，就不能真正認識水資源的重要性。隨著人口的不斷增長，人民生活水平的逐步提高，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展，用水量將不斷增加，這是必然的趨勢。所以，水資源已成為當今世界普遍關注的重大問題。（3）利用的廣泛性和不可代替性由于降水和徑流的地區(qū)分布的地區(qū)不平衡和時程分配的不均勻，往往會出現(xiàn)洪澇、旱堿等自然災害。開發(fā)利用水資源目的是興利除害，造福人民。如果開發(fā)利用不當，也會引起人為災害，例如，垮壩事故、水土流失、次生鹽漬化、水質(zhì)污染、地下水枯竭、地面沉降、誘發(fā)地震等，也是時有發(fā)生的。水的可供開發(fā)利用和可能引起的災害，說明水資源具有利與害的兩重性。因此，開發(fā)利用水資源必須重視其兩重性這一特點，嚴格按自然和社會經(jīng)濟規(guī)律辦事，達到興利除害的雙重目的。水資源不是自然之物，而且有商品屬性。一些國家都建立了有償使用制度，在開發(fā)利用中受經(jīng)濟規(guī)律制約，體現(xiàn)了水資源的社會性與經(jīng)濟性。（4）

利與害的兩重性(四)世界水資源

1.世界水資源現(xiàn)狀

1993年1月18日，第47屆聯(lián)合國大會根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會制定的《21世紀行動議程》中提出的建議，通過了193號決議，確定自1993年起，將每年的3月22日定為世界水日，旨在推動對水資源進行綜合性統(tǒng)籌規(guī)劃和管理，加強水資源保護，解決日益嚴峻的缺水問題，開展廣泛的宣傳教育以提高公眾對開發(fā)和保護水資源的認識。

正當人類為和平與發(fā)展而不懈奮斗之時，聯(lián)合國有關報告指出：缺水問題將嚴重制約下個世紀的經(jīng)濟和社會發(fā)展，并可能導致國家間的沖突?，F(xiàn)在世界上有大約300條主要河流穿越一些國家的邊界，這里生活著世界上40％的人口。由于水供應不足及由此而引起的糾紛，已有大大小小140個地區(qū)出現(xiàn)緊張局勢。為此，國際社會呼吁各國加強淡水資源管理，減少污染，保持水質(zhì)，并通過磋商談判解決地區(qū)水源分配問題。2.世界水資源供需簡要分析

1996年5月，在紐約召開的“第三屆自然資源委員會”上，聯(lián)合國開發(fā)支持和管理服務部(UnitedNationsDepartmentofDevetopmentSupportandManagment)對153個國家（占世界人口的98.93%）的水資源，采用人均占有水資源量、人均國民經(jīng)濟總產(chǎn)值、人均?。ㄓ茫┧康戎笜诉M行綜合分析，將世界各國分為四類，即水資源豐富國（包括吉布提等100多個國家）、水資源脆弱國（包括美國等17個國家）、水資源緊缺國（包括摩洛哥等17個國家）、水資源貧乏國（包括阿爾及利亞等19個國家）（潘理中等，1996）。

按此種評價法目前世界上有53個國家和地區(qū)（占全球陸地面積的60%）缺水。其中包括：西班牙、意大利南部、達爾馬提尼亞沿岸、希臘、土耳其、阿拉伯國家（敘利亞除外）、伊朗大部分地區(qū)、巴基斯坦、印度西部、日本、朝鮮、澳大利亞、新西蘭的西部地區(qū)和南部地帶、西北非和西南非沿岸、巴拿馬、墨西哥北部、智利中部和美國西南部、中國。目前的趨勢和預測已經(jīng)表明，到21世紀初，水危機將成為幾乎所有干旱和半干旱國家普遍存在的問題，聯(lián)合國發(fā)表的《世界水資源綜合評估報告》預測結(jié)果表明，到2025年，全世界人口將增加至83億，生活在水源緊張和經(jīng)常缺水國家的人數(shù)，將從1990年的3億增加到2025年的30億，后者為前者的10倍，第三世界國家的城市面積也將大幅度增加，除非更有效地利用淡水資源、控制對江河湖泊的污染，更有效地利用凈化后的水，否則，全世界將有1/3的人口遭受中高度到高度缺水的壓力。

如何合理地開發(fā)利用保護水資源，已是擺在全人類面前

刻不容緩的課題。

（五）中國水資源

1.水資源數(shù)量和質(zhì)量(1）水資源數(shù)量

我國是一個水資源短缺、水旱災害頻繁的國家，如果按水資源總量考慮，水資源總量居世界第六位，但是我國人口眾多，若按人均水資源量計算，人均占有量只有2500立方米，約為世界人均水量的1/4，在世界排第110位（按149個國家統(tǒng)計，統(tǒng)一采用聯(lián)合國1990年人口統(tǒng)計結(jié)果），已經(jīng)被聯(lián)合國列為13個貧水國家之一。

(2)水資源質(zhì)量

地表水資源質(zhì)量狀況多年來，我國水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境持續(xù)惡化，由于污染所導致的缺水和事故不斷發(fā)生，不僅使工廠停產(chǎn)、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)甚至絕收，而且造成了不良的社會影響和較大的經(jīng)濟損失，嚴重地威脅了社會的可持續(xù)發(fā)展，威脅了人類的生存。為了加強水資源管理，提高人們的環(huán)境意識，引起政府和更多民眾關注環(huán)境，我國每年6月5日“世界環(huán)境日”前夕均發(fā)表《中國環(huán)境公報》，其中水環(huán)境作為重要的組成部分予以公布，表1-1-3是我國地表水污染狀況。是根據(jù)全國2222個監(jiān)測站監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計：我國地表水資源污染嚴重，地下水資源污染也不容樂觀?！鞍宋濉逼陂g水利部組織有關部門完成了《中國水資源質(zhì)量評價》，其結(jié)果表明，我國北方五省區(qū)（新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古）和海河流域地下水資源，無論是農(nóng)村（包括牧區(qū)）還是城市，淺層水或深層水均遭到不同程度的污染，局部地區(qū)（主要是城市周圍、排污河兩側(cè)及污水灌區(qū)）和部分城市的地下水污染比較嚴重，污染呈上升趨勢（金傳良等，1996）。根據(jù)北方五省區(qū)（新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古）1995眼地下水監(jiān)測井點的水質(zhì)資料，按照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T14848-93）在69個城市中進行評價結(jié)果：(二)我國水資源簡評

1.水資源人均量低，分布極不均衡

我國河川徑流量27115億立方米，在世界主要國家中，僅次于巴西、前蘇聯(lián)、加拿大、美國和印尼，居世界第六位（表1-1-4）。國

家年徑流量

(億m3)單位國土面積

產(chǎn)水量

(萬m3/km2)人口

（億）人均占有水量

(m3/人)耕地

(108m2)單位耕地面積

水量

(m3/100m2)巴西6950081.51.494680832.3215170前蘇聯(lián)5466024.52.8019521226.724111加拿大2901029.30.2810360743.666536中國2711528.411.54235097.327867印尼25300132.81.831382514.2178169美國2478026.42.509912189.313090印度2085060.28.502464164.712662日本5470147.01.2444114.33126328全世界46800031.452.9488401326.035294流

域河川年徑流

(億立方米)人口

(萬)耕地

(萬畝)人均水量

(立方米/人)畝均水量

(立方米/畝)松花江7425112156621451474遼

河14834006643435223海灤河2881098716953262170黃

河661923318244716362淮

河6221416918453439337長

江9513379723517125052705珠

江33608202703240974778⑴黃、淮、海、遼

⑵長江、珠江1729

1287337789

4617460293

42203455

2788285

3050⑴/⑵（%）13.48214316.39.3我國主要流域年徑流及人均、畝均占有量資料來源:水利電力部水文局，1987，中國水資源評價，北京:水利電力出版社.

2.水資源供需矛盾加劇，威脅社會可持續(xù)發(fā)展

我國水資源供需狀況不容樂觀。長期以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展一直受缺水困繞，水資源成為國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”，缺水量越來越多，缺水地區(qū)迅速由點到面，幾乎成為全國性問題，并且此問題越來越突出。據(jù)統(tǒng)計，目前我國缺水量358億立方米（P=75%），其中農(nóng)業(yè)缺水300億立方米，工業(yè)及城鎮(zhèn)缺水58億立方米。據(jù)預測，2010年，全國總供水量為6200～6500億立方米，相應的總需水量將達7300億立方米，供需缺口近1000億立方米，2030年全國總需水量將達10000億立方米，全國將缺水4000～4500億立方米，到2050年全國將缺水6000～7000億立方米。值得說明的是，在1949～1994的46年間，我國的供水量僅增加4000億立方米，在此期間水資源開采利用較容易，難度較小，如果在今后30余年水資源供水量增加4000～4500億立方米（或者50多年增加6000～7000億立方米），完成這項任務非常艱巨。

地球上的水循環(huán)水圈中的水并不是靜止不變的，而是處于不斷的運動之中，存在著明顯的水文循環(huán)現(xiàn)象。

一一、水循環(huán)基本過程

水循環(huán)是指地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水氣輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷的發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復始運動的過程。水循環(huán)整個過程可分解為水汽蒸發(fā)、水氣輸送、凝結(jié)降水、水分入滲，以及地表、地下徑流等5個基本環(huán)節(jié)這5個環(huán)節(jié)相互聯(lián)系、相互影響，又交錯并存、相互獨立，并在不同的環(huán)境條件下，呈現(xiàn)不同的組合，在全球各地形成一系列不同規(guī)模的地區(qū)水循環(huán)。一、水循環(huán)機理

（一）循環(huán)服從質(zhì)量守恒定律。整個循環(huán)過程保持著連續(xù)性，既無開始，也沒有尾。從實質(zhì)上說，水循環(huán)乃是物質(zhì)與能量的傳送、儲存和轉(zhuǎn)化過程，而且存在于每一環(huán)節(jié)。

據(jù)測算全球海陸日平均蒸發(fā)量為1.5808萬億立米，是長江全年入海徑流量的1.6倍，蒸發(fā)這些水汽的總消耗量高大3.878×1021焦耳，如折合電能為10.77×1014千瓦時，等于1990年全世界各國總發(fā)電量的近100倍，所以地面潛熱交換成為大氣的熱量主要來源。

（二）太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本能力

（三）水循環(huán)廣及整個水圈，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)所組合而成的復雜巨系統(tǒng)。（四）全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)（在當前的認識水平下），得局部水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。因為地球與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)近似的視為既無輸入也無輸出的的一個封閉系統(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)，某個水體而言，既有水分輸入也有水分的輸出，因而是開放系統(tǒng)。（五）地理上的分在交替循環(huán)過程中，總是溶解并攜帶著某些物質(zhì)一起運動，諸如溶于水中的各種化學元、氣體及泥沙等固體雜質(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、人類活動對水循環(huán)的影響類活動對水循環(huán)的影響主要表現(xiàn)在調(diào)節(jié)徑流，加大蒸發(fā)，增加降水等方面上。水利措施，如修水庫建水塘、開河渠等能攔蓄洪水，擴大灌溉面積，增加枯水徑流和地下水的補給，但同時由于水面面積的擴大和地下水位的抬高，又可加大蒸發(fā)；修筑梯田、魚鱗坑、截水溝和平整土地，能增加入滲，削減洪峰，增加土壤水分，也可加大蒸發(fā)。在農(nóng)林措施中，“旱改水”，深耕細作，封山育林，植樹造林等，均能增加入滲，調(diào)節(jié)徑流，加大蒸發(fā)，在一定程度上可調(diào)節(jié)氣候，增加降水。以上的人類社會活動主要是通過改變地球表面的性質(zhì)，進而影響水循環(huán)過程的。而人工降雨、人工消雹和人工消霧等活動則直接影響水汽的運移途徑和降水過程，是通過改變局部水循環(huán)來達到防災抗災目的的有效措施。

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降水人類活動間接影響森林對降水的影響森林對降水的影響極為復雜，至今還存在著各種不同的看法。例如，法國學者F.哥里任斯基根據(jù)對美國東北部大流域的研究得出結(jié)論，大流域上森林覆蓋率增加10％，年降水量將增加3％。根據(jù)前蘇聯(lián)學者在林區(qū)與無林地區(qū)的對比觀測，森林不僅能保持水土，而且直接增大降水量，例如，在馬里波爾平原林區(qū)上空所凝聚的水平降水，平均可達年降水量的13％。我國吉林省松江林業(yè)局通過對森林區(qū)、疏林區(qū)及無林區(qū)的對比觀測，森林區(qū)的年降水量分別比疏林區(qū)和無林區(qū)高出約50毫米和83毫米林地由于林冠、枯枝落葉層的截留和增大土壤滲蓄能力而起到攔洪作用。在森林地區(qū)，通常約有20％左右的降水量為林冠所截留。林冠截留量主要與林木組成、林齡、郁閉度、前期降雨、雨強、降雨歷時等有關。林冠截留的雨量最終消耗于蒸發(fā)。下表為我國一些地區(qū)森林最大截留量的實測資料。林地上枯枝落葉層也能截留一定的降水量，從而減少地表徑流。截留能力與樹種及枯枝落葉層的厚度有關，一般森林可持水10毫米，最大持水量一般不超過20—30毫米，一般枯枝落葉層的截留能力由其自身重量的倍數(shù)表示。川西高山區(qū)林下枯枝落葉層每公頃約40噸（干重），其最大持水量為600％，即截留能力相當于24毫米的降水量。祁連山的苔蘚云杉林，其枯枝落葉層的最大持水為44毫米，圓柏林僅不足3毫米，苔蘚灌木云杉林則為20.6毫米，故不同條件下持水量相差甚大。水體的影響陸地上的江河、湖泊、水庫等水域?qū)邓康挠绊?，主要是由于水面上方的熱力學、動力學條件與陸面上存在差別而引起的?！袄子瓴贿^江”這句天氣諺語，形象地說明了水域?qū)邓挠绊?。這是由于大水體附近空氣對流作用，受到水面風速增大，氣流輻散等因素的干擾而被阻，從而影響到當?shù)責崂子甑男纬膳c發(fā)展。根據(jù)觀測，水域?qū)邓挠绊懀傮w來說是減少降水量，但因季節(jié)而有差異。例如，夏季在太湖、巢湖及長江沿岸地帶，存在程度不同的少雨區(qū)，以南京到揚中平原之間的長江沿岸較為典型，夏季降水量比周圍地區(qū)少50—60毫米，但冬季則比周圍略有增加，增加值不超過10毫米，所以從全年來說還是減少了降水量。又如，新安江水庫建成后，庫區(qū)北部的年降水量明顯減少，最大可減少100毫米/年，估計庫區(qū)中心可能減少150毫米，占全年降水量的11％左右。四、水體的更替周期水體的更替周期（一）計算：水體的更替周期，是指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所需的時間，通?？捎孟率阶鹘朴嬎悖菏街校琓為更替周期（年或日、時）；W為水體總貯水量（米3）；ΔW為水體年平均參與水循環(huán)的活動量（米3/年）。以世界大洋為例，總儲水量為13.38×1017米3，每年海水總蒸發(fā)量為50.5×1013米3，以此計算，海水全部更新一次約需要2650年；如果以入海徑流量4.7×1013米3為準，則更新一次需要28468年。又如世界河流的河床中瞬時貯水量為21.2×1011米3，而其全年輸送入海的水量為4.7×1013米3，因此一年內(nèi)河床中水分可更替22次，平均每16天就更新一次。大氣水更替的速度還要快，平均循環(huán)周期只有8天，然而位于極地的冰川，更替速度極為緩慢，循環(huán)周期長達萬年。實際情況要復雜得多，如深海盆的水需要依靠大洋深層環(huán)流才能緩慢地發(fā)生更替；其周期要超過2650年，而海洋表層的海水直接受到蒸發(fā)和降水的影響，其更替周期顯然無需2000多年。尤其是邊緣海受入海徑流影響，周期更短。以我國渤海為例，總貯水量約19.0×1011米3，而黃河、遼河、海河多年平均入海水量達14.55×1010米3，僅此一項就使渤水13年內(nèi)就可更新一次。又如世界湖泊平均循環(huán)周期需要17年，而我國長江中下游地區(qū)的湖泊，出入水量大，交換速度快，一年中就可更換若干次。（二）影響水體更新周期的因素（三）意義：

水體的更替周期是反映水循環(huán)強度的重要指標，亦是反映水體水資源可利用率的基本參數(shù)。因為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)的那部分水量，由于利用后能得到恢復，才能算作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5×1013米3，而實際參于循環(huán)的水量年平均為5.46×1011米3，僅為總貯水量的1/100左右，如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。五、水循環(huán)的作用與效應（一）水文循環(huán)與地球圈層構(gòu)造水循環(huán)---水循環(huán)深刻地影響了地球表層結(jié)構(gòu)的形成以及今后的演變與發(fā)展

它上達15公里的高空，成為大氣圈的有機組成部分，擔當了大氣循環(huán)過程的主角；下深地表以下1—3公里深處，積極參與巖石圈中化學元素的遷移過程，成為地質(zhì)大循環(huán)的主要動力因素；同時水作為生命活動的源泉，生物有機體的組成部分，它全面的參與了生物大循環(huán)，成為溝通無機界和有機界聯(lián)系的紐帶，并將4大圈層串聯(lián)在一起，組合成相互影響、相互制約的統(tǒng)一整體。（二）水循環(huán)與全球氣候首先，水循環(huán)是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、儲存和轉(zhuǎn)化者。其次，水循環(huán)通過對地表太陽輻射能的重新再分配，使不同緯度熱量收支不平衡矛盾得到緩解。再次，水循環(huán)的強弱及其路徑，還會直接影響到各地的天氣過程，甚至可以決定地區(qū)的氣候基本特征。（三）水循環(huán)與地貌形態(tài)及地殼運動水循環(huán)過程中的流水以其持續(xù)不斷的沖刷、侵蝕作用、搬運與堆積作用，以及水的溶蝕作用，在地質(zhì)構(gòu)造的基底上重新塑造了全球的地貌形態(tài)，從兩極與高山地區(qū)的冰川地貌、濱海地區(qū)的海岸地貌、到河流沖積、堆積地貌以及千姿百態(tài)的巖溶地貌，無不是水循環(huán)的杰作。全世界河流每年攜帶入海離子徑流總量為2.74×109噸，每年入海的固體物質(zhì)多達22.0×109噸，折合130×108米3。按此速率，只需2500萬年左右就可將大西洋填平，另據(jù)地質(zhì)學家斯·馬·格里戈也夫估算，按現(xiàn)今風吹、水蝕的速度，經(jīng)1.1億年，現(xiàn)在的陸地表面將被削成與世界大洋面齊平。

（四）水循環(huán)與生態(tài)平衡據(jù)計算地球上所有生物體中含有的水分總量約有11.2×1010噸，相當于世界河流瞬時貯水量的1/2，它們積極的參與了水循環(huán)過程，其平均循環(huán)周期僅幾小時，遠遠高于一般水體的循環(huán)速度。沒有水循環(huán)，就不會有生命活動，亦就不存在生物圈。同時，水循環(huán)的強度及其時空變化，還是制約一個地區(qū)生態(tài)環(huán)境平衡或失調(diào)的關鍵；是影響地區(qū)內(nèi)生物有機體活動旺盛，繁茂，或凋萎、貧泛的主要因子。對于同一地區(qū)來說，水循環(huán)強度的時空變化，又是造成本區(qū)洪、澇、旱等自然災害的主要原因，循環(huán)強度過大，可能引發(fā)洪水與澇漬災害；循環(huán)過弱，可能產(chǎn)生水資源不足，形成旱災。（五）水循環(huán)與水資源開發(fā)利用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繼利用不能簡單的理解為“取之不盡，用之不竭”。因為水資源永繼利用是以水資源開發(fā)利用后能獲得補充、更新為條件的。更新速度和補給量要受到水循環(huán)的強度、循環(huán)周期的長短的制約，一旦水資源開發(fā)強度超過地區(qū)水循環(huán)更新速度或者遭受嚴重的污染，那么就會面臨水資源不足，甚至枯竭的嚴重局面。第三節(jié)水量平衡一、水量平衡概述水量平衡概念：所謂水量平衡，是指任意選擇的區(qū)域（或水體），在任意時段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之間差額必等于該時段區(qū)域（或水體）內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。水平衡原理示意圖圖A圖B某一地區(qū)某一段時期內(nèi)某一地區(qū)某一段時期內(nèi)儲水變量（增加）儲水變量（減少）原有水量水量的支出水量的收入二、通用水量平衡方程

（P

+

R表

+

R地下）-（E+R′表+R′地下

+

q）=Δs

P為時段內(nèi)降水量；E分別為時段內(nèi)水汽凝結(jié)量和蒸發(fā)量；R表和R′表分別為時段內(nèi)地表流入與流出的水量；R地下、R′地下分別為時段內(nèi)從地下流入與流出的水量；q為時段內(nèi)工農(nóng)業(yè)及生活凈用水量；三、全球水量平衡方程

（一）海洋水量平衡方程式如以全球海洋為研究對象，則任意時段內(nèi)的水量平衡方程為：P海+R-E海=Δs海

多年平均狀態(tài)下Δs?！?，所以上式改寫為：

式中，P海，E海，R分別為海洋上任意時段降水量、蒸發(fā)量及入海徑流量，

為海洋蓄水變化量。在多年平均狀態(tài)下，整個海洋的降水量加上入海徑流量與海面水蒸發(fā)量處于動態(tài)平衡狀態(tài)。但對各大洋來說，降水量與入海徑流量之和并非等于蒸發(fā)量，例如，北冰洋區(qū)由于氣候寒冷，蒸發(fā)量小，全年匯入北冰洋的徑流量是蒸發(fā)量的1.6倍多，再加上洋面降水，北冰洋每年剩余0.73×1013米3水量。據(jù)統(tǒng)計太平洋每年剩余0.53×1013米3的水量；而印度洋和大西洋則分別虧損0.15×1013米3和1.1×1013米3的水量。這說明各大洋之間存在著水量交換。（二）陸地水量平衡方程式

1.外流區(qū)水量平衡方程對于外流區(qū)來說，任意時段的水量平衡方程為：P外-E外-R地表-R地下=△s外（2－7）對于多年平均而言Δs外→0，并以R=R地表

+

R地下，則有

式中；P外，E外，R地表，R地下，△S外分別為外流區(qū)任意時段內(nèi)降水

區(qū)多年平均降水量，蒸發(fā)量及徑流量。2.內(nèi)流區(qū)水平衡方程內(nèi)流區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)基本上呈閉合狀態(tài)，除上空存在與外界水汽發(fā)生交換外，內(nèi)流區(qū)的降水最終全部轉(zhuǎn)化為蒸發(fā)，沒有水量入海。因此在多年平均情況下的水量平衡方程，具有最簡潔的形式：

全球內(nèi)流區(qū)總面積約為3000×104平方公里，基本上均是降水不足、蒸發(fā)能力旺盛的荒漠、半荒漠和干旱地區(qū)，年總降水量為9000×109米3，僅為陸地總降水量的7％左右3.陸地水量平衡方程將上述外流區(qū)和內(nèi)流區(qū)水量平衡方程組合起來，就構(gòu)成整個陸地系統(tǒng)的水量平衡方程。

毫米，兩者之差即為陸地上剩余的水量為315毫米，它就是河流入海徑流量（三）全球水量平衡方程式

特別提示：在水循環(huán)過程中，全球總水量不變，不等于各種水體之間相對數(shù)量亦恒定不變。據(jù)分析，自本世紀初至60年代期間，全球氣溫平均上升了1.2℃，由此引起冰川消融，全球冰川體積每年大約減少250×109米3；這些消融的水入海后，使海平面上升了0.7毫米。與此同時，陸地上許多內(nèi)陸湖泊，亦受蒸發(fā)旺盛等影響，水位下降，湖泊蓄水量平均每年減少80×109米3，所減少的水量，最后以降水或徑流的形式匯入海洋，相應地促使海平面上升約0.2毫米/年。此外地下水亦因蒸發(fā)和開采，每年減少蓄量300×109米3，最后亦匯入海洋，促使海平面相應上升0.8毫米/年。以上三方面加在一起，促使海平面上升1.7毫米/年。在此期間，世界各地修建了一大批水庫，總蓄水量超過3000×109米3，引起每年入海徑流量減少50×109米3，海平面相應下降0.1毫米/年。這樣，在這一時期里世界海平面實際上升率為1.6毫米/年。水量平衡研究是水文、水資源學科的重大基礎研究課題，同時又是研究和解決一系列實際問題的手段和方法。因而具有十分重要的理論意義和實際應用價值。首先，通過水量平衡的研究，可以定量地揭示水循環(huán)過程與全球地理環(huán)境、自然生態(tài)系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系、相互制約的關系；揭示水循環(huán)過程對人類社會的深刻影響，以及人類活動對水循環(huán)過程的消極影響和積極控制的效果。其次，水量平衡又是研究水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運行機制，分析系統(tǒng)內(nèi)蒸