水文循环

第一章水文循环

第一节地球上的水（简单概念）

地球是一个富水的行星。

地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。

即：地球浅部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中；地球深部的地幔和地核中。

（1）地球浅部层圈水

分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水均以自由态H2O 分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。

我们从表1-1中，可以建立地球浅部层圈水的分布状况与数量概念。

（2）地球浅部层圈水的淡水

从表1-1中可知，浅部层圈中水的总体积约为13.86×108。若将这些水均匀平铺在地球体表面，水深约为2718m。

但是，其中海水等咸水约占97.47%，淡水只占2.53%。

各淡水体的比例：约68.8%为冰川与积雪，0.3%为河湖，30%为地下水，其他淡水占0.9%。

（3）地球深层圈水（一般性了解）

地球深层圈水分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。在地壳下部深约

15~35km处，地温达400℃以上，压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而成为被压密的气水溶液。

表1-1 地球浅部层圈水的分布

关于地幔的含水量，有关学者通过不同方式得到的结论基本一致。认为未经去气作用的地幔物质约含5％—7％的水。假定地幔总重量为4×1027g，其中熔融物质占25％，则地幔软流层中所含的水分总量约相当于现代海洋水总量的35~50

倍。据推测，在极高的温压下，这里的水电离为及，甚至近一步电离为

及。当软流层的岩浆沿通道上升，温压降低时，氢、氧离子将结合为自由态的水（）而析出〔区永和等，1988〕。

第二节水循环

水循环概念：上述讨论的地球上各部位（层圈的）的水是相互联系、相互转化

的，这一过程称为水循环。

地球上各层圈的水也是称水系统。

自然界的水循环分为

图1-1 自然界的水循环

〔据阿勃拉莫夫〕

Ⅰ—海洋水；Ⅱ—沉积盖层；Ⅲ—地壳的晶质岩；Ⅳ—岩浆源；Ⅴ—地幔岩；Ⅵ—大陆冰盖；1—来自地幔源的初生水；2—返回地幔的水；3—岩石重结晶脱出水（再生水）；4—沉积成岩时排出的水；5—和沉积物一起形成的埋藏水；6—与热重力和化学对流有关的地内循环；7—蒸发和降水（小循环）；8—蒸发和降水（大循环）；9—地下径流；10—地表径流

地质循环的概念：地球深部层圈水与表层圈水之间的转化过程称为地质循环。水文循环的概念：地球表层圈的水，即大气水、地表水和地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化。

水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环。水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换，通常更替较快。水文循环对地球的气候、水资

源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有直接的密切联系。

水文循环

下图显示地球表层圈的水（大气水、地表水和地壳岩石空隙的地下水）的分布形式

水文循环的组成：蒸发、水汽输送、降水和径流，通过四个环节水文循环周而复始的进行。

水文循环的特点：与地质循环比较水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。

图1-2给出了水文循环概念与路径

图1—2 水文循环示意图

；1—隔水

层；2—透水层；3—植被；4—云；5—大循环各环节；6—小循环各环节；a—海洋蒸发；b—大气中水汽转移；c—降水；d—地表径流；e—入渗；f—地下径流；g—水面蒸发；h—土面蒸发；i—叶面蒸发（蒸腾）

水文循环根据路径分为大循环和小循环

从水文循环的时空尺度也可以分为，全球水文循环，流域（区域）水文循环和水-土-生系统水文循环。

水文循环的作用：水通过不断转化水质得以净化，水通过不断循环水量得以更新再生。

水文循环的资源意义：水作为资源不断更新再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用。

第三节与水文循环有关的气象、水文因素

自然界中水文循环的重要环节——蒸发、降水，与大气的物理状态密切相关；气象和气候因素对水资源的形成与分布具有重要影响。

一、主要气象因素

主要包括气温、气压、湿度、蒸发和降水

气温的影响，由于地球是大气的第二热源，因此地表的热力状况随时间和空间的变化必然导致气温的相应变化。气温在一个地区气温的昼夜变化、季节变化和多年变化。

气压的影响，由于大气的质量随高度增加而降低，因此压力也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异，则造成气压在水平方向的变化。地表覆盖状况不同，热力状态有很大差异。例如，由于水和岩石的热容量差别较大，因此，冬季大陆气温较海洋低，气压则高于海洋地区，夏季则正好相反。这就造成了海陆之间的气压差，而形成了周期性的季风。气压差别引起气流，气流运动使大气中的水分与热量重新分配，从而引起各种复杂的天气现象。

湿度的影响，气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重量，所以也有压力。空气中水汽含量的多少，可以用重量或压力表示。湿度分为绝对湿度和相对湿度两种。由于饱和水汽含量随温度降低而减小，因此当绝对湿度不变时，随气温下降，相对湿度随之增高。当绝对湿度与饱和水汽含量相等，相对湿度等于100％。空气中水汽达到饱和时的气温称为露点。当气温降到露点以下，空气中过剩的水汽即凝结而形成不同形式的液态或固态降水。

蒸发的影响，在常温下水由液态变为气态进入大气的过程称为蒸发。空气中的水汽主要来自地表水、地下水、土壤和植物的蒸发。有了蒸发作用，水循环才得以不断进行。

降水的影响，降水是水循环的主要环节之一，一个地区降水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度，对地下水资源的形成具有重要影响。

蒸发与降水对水文循环特别是地下水资源的形成与分布影响重大，后续课程还会涉及。

二、水文因素（径流）

径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素。