Question

什么是水文循环？

Answer 1

地球表层存在于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈中的大气水、地表水、地下水和生物体中的水，构成一个巨大的系统，处于这一系统中的水相互联系、相互转化，形成地球上的水循环。

发生在大气水、地表水和地下水之间的水循环称为水文循环（图3.1）。在太阳辐射的作用下，地表水（包括海洋水、湖泊水、河水等）和浅部地下水通过蒸发或蒸腾进入到大气圈中成为大气水，大气水在重力的作用下通过降水（包括降雨、降雪等）的形式又落到地球表面返回到地表水和地下水之中。地球表面每年有577×10¹²m³的水通过蒸发进入到大气中，大约有458×10¹²m³的降水落到海洋中，约有119×10¹²m³的降水落到陆地上。

地表水和部分地下水通过蒸发和植物蒸腾变成水蒸气进入大气，水汽随风漂移，在适宜的条件下形成降水。落到陆地的降水部分汇集于江河湖泊，部分渗入地下，成为地下水，受到地形起伏等的影响，总的来说降水和地下水均向着海洋汇流。江河湖泊中的水部分重新蒸发返回大气，部分以地表径流的形式回到海洋。渗入地下的部分，部分滞留在包气带（这部分中有一部分通过士壤表面蒸发或被植物根系吸收后通过叶面蒸腾返回到大气中），其余部分渗入饱水带，通过地下径流直接返回海洋中，也有部分泄流到江河湖泊，或者蒸发返回大气，或者通过地表径流返回海洋。陆地上通过蒸发和蒸腾进入大气的水约为73×10¹²m³，通过地表径流和地下径流返回海洋的水分别约为45×10¹²m³和1×10¹²m³（Fitts，2002）。

总体来说，陆地上平均降水量超过其蒸发蒸腾量，而海洋上的情况则相反。总体而言，有更多的大气水从海洋转移到陆地。

图3.1 水文循环示意图（剖面图）

（据Bear，1979）

水文循环大体上可以分为大循环和小循环。水从海洋经蒸发成为大气水进入陆地上空，以降水的形式落到陆地地表再返回海洋，这种海洋和陆地之间的循环称为大循环。水从海洋进入大气再返回海洋，或者从陆地进入大气再返回陆地，这种海洋或陆地内部的水循环称为小循环。

地球表层周而复始的水循环，从多年来看，水量保持一个平衡状态。对于一个具体地区来说，不同时间进入和流出的水量是不同的，但是多年内进入和流出的水量基本保持一个平衡状态。只有少数地区，例如在沙漠地区，蒸发量大于降水量，而在多雨的热带海岸带，降雨量大于蒸发量。人为因素可以在一定程度上改变一定范围内的水循环状况，例如过量开采水资源或滥采植被，但仍无法改变大循环条件。

水循环使陆地上地表水和地下水不断得到补充和更新，使水资源可以持续利用，成为维持地球生命繁衍和人类社会发展的基本自然条件。

大气是水循环最活跃的因素，大气水总量小，更新快，循环更新一次只需8天。地表水参与地球上的水循环比较积极，河水更新期是16天，湖水是17年。海洋水体积巨大，全部更新一次约需2500年。地下水参与水循环的活跃程度取决于其埋藏条件，浅层地下水的更新周期为几个月到几十年，深层地下水由几十年到几十万年不等。一些埋深数千米的沉积盆地地下卤水是沉积物沉积时保留下来的，被认为是不参与现代水循环的。也可以用地下水停留时间的长短来说明地下水参与水循环的活跃程度。地下水停留时间是指水分子从进入地下开始到排泄出地表或者到采集水样时的时间。地下水停留时间也称为地下水年龄，采用地下水动力学的方法可以估算地下水的年龄。最近几十年来，利用放射性同位素（³H，¹⁴C，³⁶Cl等）的方法也可以测定地下水的年龄。

Answer 2

水文循环是指地球上不同的地方上的水，通过吸收太阳的能量，改变状态到地球上另外一个地方。
形成水文循环的外因是太阳辐射和重力作用，其为水文循环提供了水的物理状态变化和运动能量：形成水文循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态三种形态容易相互转化的特性。
降水、蒸发和径流是水文循环过程的三个最重要环节，这三个环节构成的水文循环决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。