水是人類生產和生活不可缺少的自然資源,也是世間萬物賴以生存、發展的生命之源。生物體中含水量占70%~90%,岩石、土壤也富含水分。如果沒有水,物種就要滅絕,人類無以生存,地球將成為一片死寂之地。
水循環的定義
水循環分為大循環和小循環。地球上的水在太陽熱能的作用下,不斷蒸發成為水汽,上升到高空,隨大氣運動而散布到各處。這種水汽遇適當條件與環境,則凝結而成為降水,下落到地麵。到達地麵的雨水,除部分為植物截留並蒸發外,一部分沿地麵流動成為地麵徑流,一部分滲入地下,沿含水層流動而成為地下徑流,最後,它們之中的大部分都流歸大海。然後,又重新蒸發,繼續凝結形成降水,運轉流動,往複不停。這種過程即自然界的水循環,也叫大循環。僅在局部地區(陸地或海洋)進行的水循環稱為水的小循環。環境中水的循環是大、小循環交織在一起的,並在全球範圍內和在地球上各個地區內不停地進行著。
形成水循環的內因是水在通常環境條件下具有易於在氣態、液態、固態三種形態之間轉化的特性,外因是太陽輻射和重力作用,為水循環提供了水的物理狀態變化和運動的能量。地球上的水分布廣泛,儲量巨大,是水循環的物質基礎。由於地球上太陽輻射的強度不均勻,不同地區的水循環的情況也就不相同,如在赤道地區太陽輻射強度大,降水量一般比中緯度地區多,尤其比高緯度地區多。
影響水循環的因素很多。自然因素主要有氣象條件(大氣環流、風向、風速、溫度、濕度等)和地理條件(地形、地質、土壤、植被等)。人為因素對水循環也有直接或間接的影響。人類活動不斷改變著自然環境,越來越強烈地影響水循環的過程。人類修建水庫,開鑿運河、渠道、河網以及大量開發利用地下水等,改變了水的原來徑流路線,引起水的分布和水的運動狀況的變化,農業的發展、森林的破壞引起蒸發、徑流、下滲等過程的變化,城市和工礦區的大氣汙染和熱島效應也可改變本地區的水循環狀況。
環境中許多物質的交換和運動依靠水循環來實現。水循環的主要作用表現在三個方麵:水是所有營養物質的介質,營養物質的循環和水循環不可分割地聯係在一起;水是很好的溶劑,在生態係統中起著能量傳遞和利用的作用;水是地質變化的動因之一,一個地方礦質元素的流失,而另一個地方礦質元素的沉積往往要通過水循環來完成。
降水、蒸發和徑流是水循環過程的三個最主要環節,這三者構成的水循環途徑決定著全球的水量平衡,也決定著一個地區的水資源總量。水量平衡是說在一個足夠長的時期裏,全球範圍的總蒸發量等於總降水量。
徑流是一個地區(流域)的降水量與蒸發量的差值。多年平均的海洋水量平衡方程為:蒸發量=降水量+徑流量;多年平均的陸地水量平衡方程是:降水量=徑流量+蒸發量。但是,無論是海洋還是陸地,降水量和蒸發量的也理分布都是不均勻的,這種差異最明顯的就是不同緯度的差異。
水循環的量
全球水補給依賴於海洋表麵的蒸發。每年海洋要蒸發掉50.5×104km3的海水,即約1.4m厚的水層。此外,陸地表麵還要蒸發7.2×104km3。
所有降水中有80%降落到海洋,即45.8×104km3/a,其餘11.9×104km3/a的降水降落於陸地。每年陸地表麵的降水量超過蒸發量,地表降水量和蒸發量之差就形成了全球地表徑流和地下水的補給量--大約4.7×10/4km3/a。
地球每年的水循環中,海洋以及陸地的蒸發可以看成是水循環的起點,通過蒸發、輸送、降水、滲流等複雜的過程,完成水的水文循環運動。