第2章 河流及径流形成

2.1 自然界的水循环

大气中的水汽，地面上的河流、湖泊、沼泽、海洋、冰川中的水，地面下的土壤水和地下水，在太阳辐射和地球引力等作用下可以不断地相互转化，形成了全球水文循环。根据水体的不同过程而有不同称谓，气态水可因冷凝而成液态或固态，并以雨、雪、雹、霰、露等形式下降于大陆或海洋，称为降水；江、河、湖、海及地表以下的液态水或固态水，因太阳的热力作用而成气态水升入天空，称为蒸发；地表水在土壤颗粒分子引力、毛管力和重力作用下，进入土壤或岩层，称为入渗；沿地表及在土壤孔隙流动的水流，称为径流。其中沿地表流动的水流，称为地表径流；在土壤或岩石裂缝中流动的水流，称为地下径流，又称为基流；沿河川流动的水流，称为河川径流。降水、蒸发、入渗、径流等水文现象与市政工程、交通工程、环境工程以及水利工程等关系密切。

地球上的水因吸热而蒸发。蒸发的水汽随大气运动进入上空，然后凝结形成降水，产生径流，汇入河川、湖泊，再流入海洋，这种在太阳能和重力作用下循环往复的水循环称为水文循环，如图2.1所示。

图2.1 水文循环示意图

水文循环有水文大循环与水文小循环之分。

只发生在海洋上或陆地上的水文循环，称为水文小循环，即海洋上蒸发的水汽直接降落在海洋上，或者陆地上水分蒸发后又直接降落在陆地上。

发生在海洋与大陆之间的水文循环，称为水文大循环。

水文循环的运动空间是在地面以上平均高约11km的大气对流层顶至地面以下平均约1～2km深处的广大空间。全球不同纬度带的大气环流中，蒸发大于降水的区域称为水汽源区，在北纬10°～35°和南纬10°～40°的地区；蒸发小于降水的区域称为水汽汇区，在北纬10°至南纬10°左右之间的地区，以及北纬35°以北和南纬40°以南的地区；蒸发等于降水的区域称为水汽平衡区，在北纬10°、北纬35°附近以及南纬10°、南纬40°附近的地区。

水文循环是水文现象变化规律的基本描述。据统计，全球海洋上的多年平均蒸发量z₁=1400mm，多年平均降水量x₁=1270mm，可见z₁&gt；x₁，多余的水汽随大气运动进入大陆；而全球陆上的多年平均蒸发量z₂=485mm，多年平均降水量x₂=800mm，可见z₂＜x₂，多余的降水量则以径流形式流回大海。径流对陆地水系统而言是输出，对海洋水系统而言是输入。据估算，地球上每年参加水文循环的总水量（折合水深）为1130mm，大气对流层中的水分总量（折合水深）为25mm。这些水分通过蒸发和降水每年平均更换约45次，即更新周期约8d。河川径流的更新周期约16d，土壤水的更新周期约1年。

水文循环是地球上最重要的物质循环之一，它的主要作用有：形成各种不同的天气，调节气候变化，营造丰富的自然景观；参与陆地和海洋动植物的新陈代谢；影响各类生物的活动；向人类提供可再生的水资源和水能资源；可分散、悬移、溶解各种固体颗粒、气体、离子以及生物原生质等，形成水质的本底状态，对污染的水体有自净功效。例如，在水文循环的蒸发过程中，除极少数物质外，水中的杂质将不会转输入下一轮水文循环，因而使宝贵的淡水资源再生并有再利用的价值。同样产生的洪水与干旱会给人类和生物带来灾难。

影响水文循环的因素主要有以下三类。

1.气候因素

气压、气温、风向、风力等统称气候因素，它受大气环流、气团运动和海洋环流等多种运动机制的控制和支配，从而影响着水文循环。

大气环流的形成可来自高低纬度地区太阳辐射热量差，也可来自海陆吸热的不同。夏季大陆强烈高热可造成热低压，使气流由海洋向大陆运动；冬季则相反，气流由大陆向海洋运动，并形成一年中，风向随季节变换的“季风”。此外，受地球自转的影响，还形成了几个气压带和风带。

2.下垫面因素

水文循环所处的各种自然地理条件，称为下垫面因素。例如地形、地貌、土壤、地质构造、岩层性质、植被情况、水系组成、湖泊沼泽分布情况、道路、城市建造等对水文循环都有不可忽视的影响。

3.人类活动因素

随着人类改造自然活动的不断增强，人类活动因素对水文循环过程的影响日益明显。人类活动既可以通过兴修水利工程等供水活动和排水活动直接影响水文循环过程，也可以通过封山育林、水土保持、城市化进程等改变下垫面因素活动来影响水文循环过程，还可以通过排放温室气体等改变气候因素活动来影响水文循环过程。