水量平衡

水循環的數量表示在給定任意尺度的時域空間中，水的運動（包括相變）有連續性，在數量上保持著收支平衡。平衡的基本原理是質量守恆定律。水量平衡是水文現象和水文過程分析研究的基礎，也是水資源數量和質量計算及評價的依據。

基本介紹

• 中文名：水量平衡
• 大氣系統公式：Ai-+E-P=±△A
• 流域系統：P-R-E=±△S
• 地下水系統：αP +Ui--Eu=±△U
• 研究方向：水熱平衡的研究

簡況

水量平衡可與能量平衡結合起來進行研究，即水熱平衡的研究。它是現代自然地理學物質與能量交換研究的主要內容之一。水量平衡各要素組合特徵（它們的數量和對比關係）構成地理地帶劃分的物理背景，常用以劃分地理區域。因受人類活動影響而出現一系列的環境問題，多數與人們改變了水量平衡有關。

水量平衡

研究

公元前，人類就有了水循環的觀念。17世紀時，隨著人們對降水量和河流流量的觀測增多，促進和加深了人類對水量平衡的認識。當時法國的E.馬略特確定了塞納河的年徑流少於年降水量的六分之一。此後，許多學者對全球水量平衡進行了多次計算。20世紀60年代以來，由於開發利用水資源的需要，已逐漸轉向對中小尺度區域，包括流域及國家範圍內的水量平衡研究。中國各地區水文和水資源的研究中，均包含有水量平衡各要素如降水、蒸發、徑流、地下水等和水量平衡的計算。

方程式

水量平衡方程式 　水量平衡方程式可由水量的收支情況來制定。系統中輸入的水(I)與輸出的水(O)之差就是該系統內的蓄水量(△S)，其通式為：

I-O=±△S按系統的空間尺度，大可到全球，小至一個區域；也可從大氣層到地下水的任何層次，均可根據通式寫出不同的水量平衡方程式。

全球水量平衡方程式可寫為：

式中圶c為大陸的降水量；為海洋的降水量；為大陸的蒸發量；為海洋的蒸發量。局部區域可理解為任意給定的空間，如河流、湖泊、冰雪等水體，各大小流域，山區、平原、盆地、農田、城鎮、森林、草場等各種自然土地和土地利用的不同地段。還有按自然和行政劃分的海洋區域。它們的區域界線可以是閉合的，也可以是非閉合的。從水量交換的角度也可把水量平衡的區域劃分為4個自然系統，並可相應列出水量平衡方程式。

水量平衡

大氣系統，其水量平衡方程式為：

Ai-+E-P=±△A

式中Ai和 分別為大氣層中除降水與蒸發以外的其他收入水量和支出水量；P和E分別為降水量和蒸發量;△A為大氣系統中的蓄水量。

流域系統，其水量平衡方程式為：

P-R-E=±△S

式中流域蓄水量 (△S)為降水量(P)減去徑流量(R)和蒸發量(E)之差。

土壤系統，其水量平衡方程式為：

P +Cm-R +Si--E=±△W

式中Cm為土壤中的凝結水,Si為由地下水和壤中流形式進入土壤層的水；為由土壤層向下滲入地下水和壤中流形式流出土壤層的水；△W為土壤層中的蓄水量。

地下水系統，其水量平衡方程式為：

αP +Ui--Eu=±△U

式中 α為地下水的降水入滲補給係數；Eu為地下水上升經土壤到地面後的蒸發量；Ui為地下流入系統的水量；為地下流出系統的水量；△U為地下的蓄水量。

以上 4個系統的水量平衡可以相互結合列成聯立方程，用於水循環或水量交換的研究。對於特定區域、空間層或水體的水量平衡方程可視具體的條件列出。

全球水量平衡

由大洋和大陸的水量平衡組成的全球水量平衡,是全球水循環的定量描述。這種描述從1905年開始以後,不同的學者提出的估算值都不相同（表1）。 　從資料的系列和數量看，近期的估算值比較接近實際。全球的水量平衡要素中，大洋與大陸不同，前者蒸發量大於降水量，其差值作為大陸水體的來源，參加降水過程；後者則是降水量大於蒸發量，其差值為徑流量，成為大洋水量的收入項之一。在大洋多年平均的水量平衡中，出現了淡水平衡的概念，年平均大洋淡水平衡可用下式表示：

水量平衡

P +R-E=0

式中P為年降水量；R為大陸入海年徑流量;E為年蒸發量。在大洋的海冰中還包含著大量的淡水。大陸湖泊、水庫、地下水及大陸冰川的蓄水變化，均會導致海平面的升降，對地球的生態環境有重要意義。

大陸水量平衡各洲都不相同，降水量、蒸發量、徑流量、入海徑流量等收支情況見表（表2 ）。

中國水量平衡

與世界大陸相比，中國年降水量偏低，但年徑流係數均高，這是中國多山地形和季風氣候影響所致。中國內陸區域的降水和蒸發均比世界內陸區域的平均值低，其原因是中國內陸流域地處歐亞大陸的腹地，遠離海洋之故（表3 ）。

水量平衡

中國水量平衡要素組成的重要界線，是1200毫米年等降水量。年降水量大於1200毫米的地區，徑流量大於蒸散發量；反之，蒸散發量大於徑流量，中國除東南部分地區外，絕大多數地區都是蒸散發量大於徑流量。越向西北差異越大。水量平衡要素的相互關係還表明在徑流量大於蒸發量的地區，徑流與降水的相關性很高，蒸散發對水量平衡的組成影響甚小。在徑流量小於蒸發量的地區，蒸散發量則依降水而變化。這些規律可作為年徑流建立模型的依據。另外，中國平原區的水量平衡均為徑流量小於蒸發量，說明水循環過程以垂直方向的水量交換為主。