大自然的水循环以及水量平衡的方程式

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大自然的水循环以及水量平衡的方程式

你知道自然界的水是怎样循环的吗？

解释自然界中的水循环现象

上天入地——大自然中的水循环

一、大自然的水循环以及水量平衡的方程式

水循环系统是多环节的庞大动态系统，自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的。

其范围可由地表向上伸展至大气对流层顶以上，地表向下可及的深度平均约1000米。

全球性的水循环称为大循环，由海洋、陆地和一系列大小区域的水循环所组成。

水循环按其发生的空间又可以分为海洋水循环、陆地水循环（包括内陆水循环）。

因此，水循环的尺度大至全球，小至局部地区。从时间上划分，可以是长时期的平均，也可以是短时段的状况。

相应的，研究水循环时，研究的区域可大至全球、某一流域，也可小至某一地域内的土壤或地下含水层内的水循环，时间也可长可短。

形成水循环的原因

形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性，外因是太阳辐射和重力作用，为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量。

地球上的水分布广泛，贮量巨大，是水循环的物质基础。

由于地球上太阳辐射的强度不均匀，不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大，降水量一般比中纬地区多，尤其比高纬地区多。

影响水循环的因素

自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。

人类生产和消费活动排出的污染物通过不同的途径进入水循环。矿物燃料燃烧产生并排入大气的二氧化硫和氮氧化物，进入水循环能形成酸雨，从而把大气污染转变为地面水和土壤的污染。大气中的颗粒物也可通过降水等过程返回地面。土壤和固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用，其中的有害物质通过径流、渗透等途径，参加水循环而迁移扩散。人类排放的工业废水和生活污水，使地表水或地下水受到污染，最终使海洋受到污染。

水在循环过程中，沿途挟带的各种有害物质，可由于水的稀释扩散，降低浓度而无害化，这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移，造成其他地区或更大范围的污染。

地理意义

水循环的地理意义有五方面：

①水在水循环这个庞大的系统中不断运动、转化，使水资源不断更新。

②水循环维护全球水的动态平衡。

③水循环进行能量交换和物质转移。陆地径流向海洋源源不断地输送泥沙、有机物和盐类；对地表太阳辐射吸收、转化、传输，缓解不同纬度间热量收支不平衡的矛盾。

④造成侵蚀、搬运、堆积等外力作用，不断塑造地表形态。

⑤水循环可以对土壤的优质产生影响。

水量平衡方程式 水量平衡方程式可由水量的收支情况来制定。系统中输入的水(I)与输出的水(O)之差就是该系统内的蓄水量(△S)，其通式为：I-O=±△S按系统的空间尺度，大可到全球，小至一个区域；也可从大气层到地下水的任何层次，均可根据通式写出不同的水量平衡方程式。

大气系统，其水量平衡方程式为：Ai-+E-P=±△A 式中Ai和 分别为大气层中除降水与蒸发以外的其他收入水量和支出水量；P和E分别为降水量和蒸发量;△A为大气系统中的蓄水量。

流域系统，其水量平衡方程式为：

P-R-E=±△S 式中流域蓄水量 (△S)为降水量(P)减去流量(R)和蒸发量(E)之差。

土壤系统，其水量平衡方程式为：P +Cm-R +Si--E=±△W

式中Cm为土壤中的凝结水,Si为由地下水和壤中流形式进入土壤层的水；为由土壤层向下渗入地下水和壤中流形式流出土壤层的水；△W为土壤层中的蓄水量。

地下水系统，其水量平衡方程式为：αP +Ui--Eu=±△U

式中 α为地下水的降水入渗补给系数；Eu为地下水上升经土壤到地面后的蒸发量；Ui为地下流入系统的水量；为地下流出系统的水量；△U为地下的蓄水量。

水循环的数量表示在给定任意尺度的时域空间中，水的运动（包括相变）有连续性，在数量上保持着收支平衡。平衡的基本原理是质量守恒定律。水量平衡是水文现象和水文过程分析研究的基础，也是水资源数量和质量计算及评价的依据。

水量平衡可与能量平衡结合起来进行研究，即水热平衡的研究。它是现代自然地理学物质与能量交换研究的主要内容之一。水量平衡各要素组合特征（它们的数量和对比关系）构成地理地带划分的物理背景，常用以划分地理区域。因受人类活动影响而出现一系列的环境问题，多数与人们改变了水量平衡有关。

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一、你知道自然界的水是怎样循环的吗？

自然界的水循环详解自然界的水循环过程水循环是多环节的自然过程，全球性的水循环涉及蒸发、大气水分输送、地表水和地下水循环以及多种形式的水量贮蓄降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。蒸发是水循环中最重要的环节之一。由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋，一部分还来自大陆表面的蒸散发。大气层中水汽的循环是蒸发－凝结—降水—蒸发的周而复始的过程。海洋上空的水汽可被输送到陆地上空凝结降水，称为外来水汽降水；大陆上空的水汽直接凝结降水，称内部水汽降水。一地总降水量与外来水汽降水量的比值称该地的水分循环系数。全球的大气水分交换的周期为10天。在水循环中水汽输送是最活跃的环节之一。径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程为：蒸发量=降水量-径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量+蒸发量。但是，无论是海洋还是陆地，降水量和蒸发量的地理分布都是不均匀的，这种差异最明显的就是不同纬度的差异。中国的大气水分循环路径有太平洋、印度洋、南海、鄂霍茨克海及内陆等 5个水分循环系统。它们是中国东南、西南、华南、东北及西北内陆的水汽来源。西北内陆地区还有盛行西风和气旋东移而来的少量大西洋水汽。陆地上（或一个流域内）发生的水循环是降水－地表和地下径流－蒸发的复杂过程。陆地上的大气降水、地表径流及地下径流之间的交换又称三水转化。流域径流是陆地水循环中最重要的现象之一。地下水的运动主要与分子力、热力、重力及空隙性质有关，其运动是多维的。通过土壤和植被的蒸发、蒸腾向上运动成为大气水分；通过入渗向下运动可补给地下水；通过水平方向运动又可成为河湖水的一部分。地下水储量虽然很大，但却是经过长年累月甚至上千年蓄集而成的，水量交换周期很长，循环极其缓慢。地下水和地表水的相互转换是研究水量关系的主要内容之一，也是现代水资源计算的重要问题。据估计，全球总的循环水量约为496′1012立方米/年，不到全球总储水量的万分之四。在这些循环水中，约有22.4%成为陆地降水，这其中的约三分之二又从陆地蒸发掉了。但总算蒸发量小于降水量，这才形成了地面径流。

二、解释自然界中的水循环现象

水循环是指水由地球不同的地方透过吸收太阳以来的能量转变存在的模式到地球中另一些地方，例如：地面的水份被太阳蒸发成为空气中的水蒸汽。而水在地球的存在模式包括有固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层中、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水会透过一些物理作用，例如：蒸发、降水、渗透、表面的流动和表底下流动等，由一个地方移动至另一个地方。如水由河川流动至海洋。

水循环的主要作用表现在三个方面：①水是所有营养物质的介质，营养物质的循环和水循化不可分割地联系在一起；②水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起着能量传递和利用的作用；③水是地质变化的动因之一，一个地方矿质元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往往要通过水循环来完成。

地球上的水圈是一个永不停息的动态系统。在太阳辐射和地球引力的推动下，水在水圈内各组成部分之间不停的运动着，构成全球范围的大循环，并把各种水体连接起来，使得各种水体能够长期存在。海洋和陆地之间的水交换是这个循环的主线，意义最重大。在太阳能的作用下，海洋表面的水蒸发到大气中形成水汽，水汽随大气环流运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下形成雨雪等降水；大气降水到达地面后转化为地下水、土壤水和地表径流，地下径流和地表径流最终又回到海洋，由此形成淡水的动态循环。这部分水容易被人类社会所利用，具有经济价值，正是我们所说的水资源。

降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。水量平衡是说，在一个足够长的时期里，全球范围的总蒸发量等于总降水量。

径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程为：蒸发量=降水量+径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量 +蒸发量。但是，无论是海洋还是陆地，降水量和蒸发量的地理分布都是不均匀的，这种差异最明显的就是不同纬度的差异。

据估计，全球总的循环水量约为496′1012立方米/年，不到全球总储水量的万分之四。在这些循环水中，约有22.4%成为陆地降水，这其中的约三分之二又从陆地蒸发掉了。但总算蒸发量小于降水量，这才形成了地面径流。

定义 在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。

概述 水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。

地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为1.4×1013 m3，其中97%在海洋中，约覆盖地球总面积的70%。陆地上、大气和生物体中的水只占很少一部分。

水的大循环和小循环
水循环分为大循环和小循环。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。

水循环的形成和影响因素

形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性，外因是太阳辐射和重力作用，为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量。地球上的水分布广泛，贮量巨大，是水循环的物质基础。由于地球上太阳辐射的强度不均匀，不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大，降水量一般比中纬地区多，尤其比高纬地区多。

影响水循环的因素很多。自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。

人类活动的干预

人类活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环的过程。人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以及大量开发利用地下水等，改变了水的原来径流路线，引起水的分布和水的运动状况的变化。农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市和工矿区的大气污染和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。

环境中许多物质的交换和运动依靠水循环来实现。陆地上每年有3.6×1013 m3的水流入海洋，这些水把约3.6×109 t的可溶解物质带入海洋。

人类生产和消费活动排出的污染物通过不同的途径进入水循环。矿物燃料燃烧产生并排入大气的二氧化硫和氮氧化物，进入水循环能形成酸雨，从而把大气污染转变为地面水和土壤的污染。大气中的颗粒物也可通过降水等过程返回地面。土壤和固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用，其中的有害物质通过径流、渗透等途径，参加水循环而迁移扩散。人类排放的工业废水和生活污水，使地表水或地下水受到污染，最终使海洋受到污染。

水在循环过程中，沿途挟带的各种有害物质，可由于水的稀释扩散，降低浓度而无害化，这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移，造成其他地区或更大范围的污染。

三、上天入地——大自然中的水循环

“上天入地”这种本领，貌似只有《西游记》中孙悟空才会有。难道水也能做到？不错，还真是可以做到。

小水滴旅程的真正起点是从蒸发开始，太阳带着小水滴飘飘然地进入大气中，来到了小水滴的旅程第一站---实现了真正的“上天”。这个环节是水循环中最重要的。由蒸发产生的水汽，进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽，最主要的部分来自海洋，一部分还来自大陆表面的蒸发。今天我们的小水滴，来自海洋母亲的怀抱，当太阳公公暖暖的将这些液态的小精灵换装成气态小天使带到大气中，随着风伯伯的带领从海洋的上空游玩到了陆地上空的过程，在水循环中叫做水汽输送，它可是水循环中是最活跃的环节之一。

小水滴旅程的第二站，是通过降水实现的，天空游玩后的小水滴，重新换回原来的精灵装，带着天空对大地的问候，飘飘扬扬来到了小水滴旅程的第三站——地面，有了一种踏实的感觉。这个旅行的方式是通过径流完成的。径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程为：蒸发量=降水量-径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量+蒸发量。但是，无论是海洋还是陆地，降水量和蒸发量的地理分布都是不均匀的，这种差异最明显的就是不同纬度的差异。小水滴旅程的第四站，让我们也来感受一下小水滴的“入地”吧。其实就是我们说的下渗和地下径流环节，指水透过地面渗入土壤的过程。水在分子力、毛细管引力和重力的作用下在土壤中发生的物理过程，是径流形成的重要环节。

经历了“上天入地”的小水滴还真有点的想家了，在快乐的大江大河中畅游，或在不同的地下河中漫步，最终回到了自己的家----大海中。许许多多的小水滴，在它们快乐的旅途中，让水充满了灵性，让水的世界生生不息。我们把小水滴的旅行过程称之为水循环。

作者：张莉

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