探究1 水循环与水量平衡

　水循环与水量平衡
　　核心知识
一、自然界的水循环

掌握水循环的主要环节：蒸发—水汽输送—降水—地表径流—(下渗)—地下径流。
二、影响水循环主要环节的因素
1．影响蒸发的因素

2．蒸发与降水量、流量的关系
只要空气的相对湿度没有达到饱和状态，暴露在空气中的液体或者固体的水分就会往空气中跑，这就是蒸发过程。在空气比较干、风比较大、阳光比较足、温度比较高的时候，蒸发过程就进行得比较快，否则蒸发就比较慢。
蒸发是地面的水分升到空气中，而降水是空气中的水分降落到地面上。它们既是两个相反的气象过程，又是相互依存的两个过程。
蒸发不仅与降水相互依存，还与地面的河流有关。在极度干旱的地区，降水量很小，它的实际蒸发量与降水量是相等的，地面上没有河流，连干枯的小河沟也没有。在河流的源头或上游地区，降水量比实际的蒸发量要大。这些多余的水分形成了河流，并且沿着河谷慢慢地流进了海洋或者湖泊。
农田、森林、草地、花盆里的水分除了通过土壤蒸发以外，还有很多水分是通过植物体，主要是植物的叶子蒸发到空气中的，这种通过植物而蒸发的过程称为蒸腾。
为什么植物也要蒸发水分？实际上，植物的光合作用和蒸发(蒸腾)过程是同时进行的化学和物理过程。一般说来，植物蒸发的水分越多它生长也越快，或者说蒸发越多农作物积累(形成)的干物质也越多。如果没有植物的蒸发(蒸腾)，植物本身不能生长。
在任何一个自然流域，它的蒸发、降水与河水流量都是基本平衡的。
3．影响水汽输送的因素：风
①风
②距海远近。
③地形地势。
4．影响降水的因素


5.影响下渗的因素

6．影响地表径流的因素

影响因素	对地表径流的影响
年降水量	决定地表径流流量大小的最主要的因素
流域面积 (支流数量)	同地表径流流量呈正相关
植被	涵养水源，起到“削峰补枯”的作用
地质条件 (土壤质地)	河流流经喀斯特地貌区、沙质土壤时，河水易下渗，减少地表径流的流量
蒸发	主要在干旱、半干旱地区对地表径流的影响大
人类活动	沿岸取水会导致径流量减少

　　7.影响地下径流的因素
影响地下径流的因素可参考影响地表径流、下渗的因素，并重点考虑喀斯特地貌(岩溶地貌)，因为喀斯特地貌区地下溶洞、地下河众多，储存有众多的地下水。
三、人类对水循环的利用和影响
1．正向利用
(1)修建水库，改变地表径流的季节分配，减少洪水期径流量，增加枯水期径流量；同时，由于水面面积的扩大和下渗增加使地下水位提高，可加大蒸发量和降水量。
(2)跨流域调水，改变地表径流的空间分布，也可以使蒸发量增加，大气中水汽增多，从而增加降水量。
(3)植树造林、保护湿地资源，起到涵养水源的作用，使下渗增多，减少地表径流。
(4)城市铺设渗水砖，可减小地表径流，增加下渗，增大地下径流量。
(5)实施人工降雨，加大降水量。
合理的人类活动，对水循环某些环节进行正向利用，不仅可以提高水资源的利用率，而且能够有效改善生态环境。如修建水库进行拦蓄洪水，可减少洪水威胁和水灾发生，城市铺设渗水砖可防治城市内涝现象。
2．负向影响
(1)滥伐森林，破坏地表植被，会减少蒸腾，使空气中水汽减少，降水量减少；同时会使下渗减少，大量地表径流产生汇聚，容易发生洪涝灾害。
(2)围湖造田则减少了湖泊自然蓄水量，削弱了其防洪抗旱能力，也减弱了湖泊水体对周围地区气候的调节作用。
(3)城市路面硬化，增加地表径流，减少下渗，减小地下径流，地面蒸发量减少，易造成城市内涝。
(4)河流上游地区过度引水灌溉，会导致下游水量减少，甚至出现断流；对地下水的过量开采和使用，造成地下水位下降，会使有泉水出露的地方出现断流，绿洲地区出现生态恶化和土地荒漠化。
四、水量平衡
1．概念：指任意选择的区域(水体)，在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域(水体)内蓄水的变化量，即水循环过程中，总体上收支平衡。
全球海陆降水量之和等于全球海陆蒸发量之和，说明全球水量保持平衡，基本上长期不变。即从多年平均情况来看，蒸发量＝降水量。
2．水量平衡规律：流域是指河流的集水区域(补给区域)，即分水线所包含的区域，包括地表集水区和地下集水区。地表分水线与地下分水线完全重合的流域为闭合流域，二者不重合的流域为非闭合流域。
(1)闭合流域水量平衡方程
①在外流河区域，在任一时段内的收入水量只有大气降水，支出水量有蒸发量和(地表、地下)径流量，则闭合流域水量平衡方程：蓄水变量＝大气降水－(蒸发量＋径流量)。
从多年平均情况来看，蓄水变量趋于零，即大气降水＝蒸发量＋径流量。
②在内流河区域，经过蒸发和下渗，内流河最终消失于沙漠区，无径流注入海洋，则流出量＝0，故内流河区域水量平衡方程：大气降水＝蒸发量，即多年平均降水量等于多年平均蒸发量。
(2)非闭合流域水量平衡方程
非闭合流域的地表分水线与地下分水线不一致，可能有相邻流域的地下径流的流入，也可能有流到相邻流域的地下径流，则水量平衡方程中存在着该流域与相邻流域之间的地下径流交换量，即蓄水变量＝大气降水－(蒸发量＋径流量)±相邻流域间地下径流交换量。在喀斯特地区，地下水系发达，通常要考虑与相邻流域的地下水交换量。但在其他地区，尤其是大型流域，与相邻流域间的地下径流交换量所占比重很小，常常忽略不计。
3．水量平衡原理的运用
利用水量平衡原理来解释某些自然 地理现象的形成或分析某水体及其特征的演变时，要特别注意以下两个方面：一是抓住水循环涉及的关键环节，说明这些环节在 地理事象及其演变过程中的变化或影响；二是分析透彻其中的因果关系，水循环环节中的“因”导致自然 地理特征的“果”，只有因果分明、逻辑清楚，才能准确地阐释地理问题。
4．陆地水的动态平衡
在水循环稳定的前提下，水量收支保持平衡。但在自然演变和人类生产、生活的过程中水量必然发生一定的变化，如水的形态发生变化、水体之间的相互转化以及河流在发展过程中形成牛轭湖等。
　　强化训练
(2022湖南)位于中亚的某内陆咸水湖，拥有较丰富的湿地和动植物资源，该湖泊近60年水量变化显著。湖滨地下水与湖泊互为补给，但补给量较少。下图示意该湖泊1961—2020年各时期入湖地表径流量、降水量、蒸发量的变化。据此完成(1)～(3)题。

(1)引起该湖泊近60年水量变化的主导因素是(　　)
A．气温B．降水量
C．蒸发量D．地表径流量
(2)推测湖滨地下水补给该湖泊较多的时期是(　　)
A．1961—1979年B．1970—1989年
C．1980—1999年D．2000—2020年
(3)与20世纪80年代相比，2000年以来该湖泊湖岸地区(　　)
A．沙尘天气增多B．灌溉面积扩大
C．湖岸线较稳定D．绿洲面积增加
【解析】(1)读图可知，该湖泊的降水量和蒸发量变化不大，但该湖泊地表径流输入量变化明显。材料信息表明，湖滨地下水与湖泊相互补给量较少，根据湖水收支变化状况判断，引起该湖泊近60年水量变化的主导因素是地表径流量，不是气温、降水量、蒸发量，D符合题意，排除A、B、C。故选D。
(2)材料信息表明，湖滨地下水与湖泊互为补给，补给方向取决于两者的水位高低。读图可知，1961—1969年，入湖径流量与降水量之和大于蒸发量，湖水水位上升，此时湖水补给湖滨地下水；1970—1989年，入湖径流量与降水量之和小于蒸发量，湖水水量明显减小，水位明显下降，此时湖滨地下水补给湖水明显；1990—2020年，入湖径流量与降水量之和略大于蒸发量，湖水水位缓慢上升，此时湖滨地下水与湖水之间相互补给量不大，因此湖滨地下水补给该湖泊较多的时期是1970—1989年，B符合题意，排除A、C、D。故选B。
(3)由前面分析可知，20世纪80年代湖水水位明显下降，而2000年以来湖水水量略有上升，湖水水位略有上升，该湖泊湖岸地区出露的湖滩减少，沙源减少，因此当地沙尘天气增多的可能性小，排除A；2000年以来入湖地表径流量比80年代明显增加，因此利用入湖河流水源进行灌溉的用水量可能减小，因此当地灌溉面积扩大的可能性小，排除B；入湖径流增加，湖水水位上涨，因此湖岸线应向陆地方向后退，两时期相比海岸线不稳定，排除C；与20世纪80年代相比，2000年以来该湖泊水量增大，水面扩大，为周边提供较多的水源，因此有可能绿洲面积增加，D符合题意。故选D。
【参考答案】(1)D　(2)B　(3)D
阅读图文材料，回答下列问题。
人工植树造林和植被自然恢复是黄土高原坡面生态治理最主要的措施。杨家沟和董庄沟两个小流域位置相邻，面积和降水量相近，中科院某研究团队从1954年开始，对杨家沟人工植树造林和董庄沟植被自然恢复进行了60多年对比观测研究。目前，杨家沟已经形成人工森林小流域，董庄沟则形成自然草地小流域。下图是2016—2018年两个小流域径流量差异对比统计图。

(1)说明杨家沟和董庄沟小流域水土流失状况的差异及其原因。
(2)根据水量平衡原理(多年平均降水量＝多年平均蒸发量＋多年平均径流量)，指出杨家沟小流域径流量大小，并解释其原因。
(3)比较杨家沟和董庄沟小流域水资源的数量差异，并说明理由。
(4)若黄土高原推广杨家沟人工植树造林的生态治理经验，分析其对黄河下游地区可能产生的不利影响。
【解析】(1)由“杨家沟已经形成人工森林小流域，董庄沟则形成自然草地小流域”，结合图中图例准确判断两个区域，获取图中信息即可比较差异。注意图中数据为径流量，则从径流对土壤的侵蚀角度分析即可。
(2)图示杨家沟径流量基本为0，从人工森林对径流、降水、蒸发蒸腾的影响角度分析即可。
(3)水资源主要是指径流量，由图可得出答案。
(4)杨家沟人工森林使径流量减少，则对下游河流的水量、含沙量有较大影响，注意要分析不利影响。
【参考答案】(1)杨家沟径流量近乎为零，径流对流域侵蚀作用小，水土流失较少；董庄沟径流量较大，对流域侵蚀作用较大，水土流失较大。
(2)杨家沟小流域水量平衡：年降水量与蒸发量相等，径流量(地表、地下径流)近乎为零。
原因：在降水方面，经过树冠截留、根系吸收作用，地表径流小；年降水量较小，降水仅维持森林生长需水要求，下渗作用较弱，地下径流近乎为零。在蒸发方面，黄土高原气候较干旱，主要通过森林蒸腾作用，水分大量损耗。
(3)水资源杨家沟小于董庄沟。水资源径流量多少取决于降水量与蒸发量之差，杨家沟径流量近乎为零，水资源较小；董庄沟径流量较大，所以，水资源较杨家沟丰富。
(4)河流含沙量减少，引起黄河变清，黄河入海口三角洲从沉积转变为侵蚀；河流径流量近乎为零，黄河径流量减少，下游水资源短缺；黄河入海水量减少，引起海水倒灌，近海地区盐碱化加剧。

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