第五节 水分循环和水量平衡方程

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1、第五节水分循环和水量平衡方程一、水分循环（hydrologicalcycle）水覆盖了地球表面约71％的面积。全球水量大约14.1亿km3。如果将这些水均匀地分布在地球表面，可以形成一个近3000m厚的水层。但是，这样巨大的水量中98％是人类不适用的海水，只有不足3％是淡水。据专家推算，淡水总量为15.2亿km3，如果将其均匀地分布在地球表面，水层厚度只有0.32m。（一）水分循环的定义水在太阳辐射作用下，由地球水陆表面蒸发变成水汽，水汽在上升和输送过程中遇冷凝结成云，又以降水的形式返回地表，水分进行这种不断的往复过程，叫做水分循

2、环。（二）水分循环的种类自然界的水分循环分为水分大循环和水分小循环。1、水分大循环由海洋蒸发到大气中的水汽，一部分被气流带至大陆上空，以凝结降水的形式降落地面。这些降水一部分蒸发回到大气中，一部分形成地表远流，流入河流，再以河川径流的形式注入海洋，另一部分渗入土壤后，以地下水的形式注入海洋，使海洋失去的水分得到补偿。这种海陆之间的水分循环，称为大循环，又叫外循环。水分大循环是指水从海洋以水汽形式随大气环流运送到大陆上空，凝结成降水，落到地面形成径流，沿地表或地下流入海洋的过程。2、水分小循环由海洋蒸发的水汽，上升到高空，凝结致雨，

3、又降落到海洋上，或陆地蒸发的水汽，上升到高空，凝结致雨，又降落到陆地上，这种局部的水分循环，称为小循环，又叫内循环。水分小循环是指水在陆地蒸发到大气中，凝结成各种形式的降水（雨、雪、雾、露、冰雹、霰等等）又落到地面的过程，或海洋中的水蒸发到海洋上空，降水后又落到海洋中的过程。二、水量平衡方程根据长期观测及物质不灭定律，地球上的总水量大体上是不变的，因而地球上的水分总收入与总支出是平衡的，但在短时期内，局部地区水分总收入与总支出则不一定相等，其收支差值造成了该地区该时段内蓄水量的变化，这时水分收人应等于水分支出与蓄水量变化。这就叫做

4、水量平衡。水量平衡是水分循环过程的结果。大陆上的水量平衡方程：海洋上的水量平衡方程：上式中，E陆和E海分别是大陆和海洋的蒸发量；P陆和P海分别为大陆和海洋的降水量；R为径流量；ΔS陆和ΔS海分别为该时段内大陆和海洋蓄水量的变化值。对于任意地区、任意时段，可以发现有时水分的收入大于支出，ΔS为正值，即水分有盈余；有时水分收入小于支出，ΔS为负值，即水分有亏损。但对大范围地区，如整个大陆或整个海洋，多年平均的情况下，水分的盈余与亏损相抵后，剩余值极小。可略而不计。因此可从水量平衡方程中去掉ΔS项。大陆的多年平均水量平衡方程为：海洋的多

5、年平均水量平衡方程为：上式中，和分别为陆地和海洋的多年平均蒸发量；和分别为陆地和海洋的多年平均降水量；为多年平均径流量。全球的多年平均水量平衡方程为：多年平均情况，地球上的总蒸发量与总降水量相等。整个地球上的水分总量大体上是恒等的。水量平衡方程各分量的大小不是固定不变的，只要改变下垫面的构造和特征，就能使水量平衡的各个分量发生变化。如大面积修建水库，拦蓄洪水。使水面面积增大，地下水位提高，径流量减少，蒸发随之增大，改善了农业生产的自然条件。又如大面积植树造林可减少地表径流，使蒸发量和土壤蓄水量相应增大，从而起到涵养水源和保持水土的

6、作用等。三、森林的水量平衡方程（一）森林对降水的重新分配由于森林的存在，使到达林地的降水与空旷地有很大不同。到达林区的大气降水要发生两次再分配过程。首先，大气降水到达林冠作用层以后，一部分被林冠截留，一部分通过林冠空隙直接到达林地表面，被林冠截留的降水，一部分直接蒸发返回到大气中；一部分顺着枝条和树干流到林地表面，形成树干迳流（茎流或干流），而大部分以水滴或雪团的形式从枝叶上滴落到林地表面，形成滴流，这是降水的第一次再分配过程。到达林地的降水，要发生第二次再分配。其中一部分向地下渗透；一部分沿地表迳流。在下渗部分中，一部分被土壤吸

7、附，改变土壤含水量；一部分渗入到土壤中，通过地中而流出，成为土壤迳流；一部分渗透到深层去，形成地下迳流；再有一部分被土壤直接蒸发到大气中，或由乔灌木、活地被物的根部吸收，通过蒸腾作用返回到大气中。林冠戴持降水的蒸发、土壤蒸发和森林植物蒸腾共同构成森林蒸散量，林区降水主要消耗于森林的蒸散上。林区的降水量为收入，森林蒸散量和林地迳流量的损失为支出，收支相抵后剩余部分储存在森林土壤中，引起土壤含水量的变化。（二）森林的水量平衡方程根据物质不灭定律，森林对水分的总收入应该等于其总支出，这种水分收支在数量上的平衡关系就是森林的水量平衡方程。

8、1、林冠层的水量平衡方程式中：Pf为大气降水；Q为乔灌木根系吸水量；E1为林冠物理蒸发量；E1′为林冠蒸腾量；rp为透过林冠直接到达林地的降水量；rf为树干迳流量，ΔS为植物体含水量的变化；Δq为林内空气水汽含量的变化。2、林地的水量平衡方程式中：