第2章 河流及徑流形成

2.1 自然界的水循環(huán)

大氣中的水汽，地面上的河流、湖泊、沼澤、海洋、冰川中的水，地面下的土壤水和地下水，在太陽(yáng)輻射和地球引力等作用下可以不斷地相互轉(zhuǎn)化，形成了全球水文循環(huán)。根據(jù)水體的不同過(guò)程而有不同稱謂，氣態(tài)水可因冷凝而成液態(tài)或固態(tài)，并以雨、雪、雹、霰、露等形式下降于大陸或海洋，稱為降水；江、河、湖、海及地表以下的液態(tài)水或固態(tài)水，因太陽(yáng)的熱力作用而成氣態(tài)水升入天空，稱為蒸發(fā)；地表水在土壤顆粒分子引力、毛管力和重力作用下，進(jìn)入土壤或巖層，稱為入滲；沿地表及在土壤孔隙流動(dòng)的水流，稱為徑流。其中沿地表流動(dòng)的水流，稱為地表徑流；在土壤或巖石裂縫中流動(dòng)的水流，稱為地下徑流，又稱為基流；沿河川流動(dòng)的水流，稱為河川徑流。降水、蒸發(fā)、入滲、徑流等水文現(xiàn)象與市政工程、交通工程、環(huán)境工程以及水利工程等關(guān)系密切。

地球上的水因吸熱而蒸發(fā)。蒸發(fā)的水汽隨大氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)入上空，然后凝結(jié)形成降水，產(chǎn)生徑流，匯入河川、湖泊，再流入海洋，這種在太陽(yáng)能和重力作用下循環(huán)往復(fù)的水循環(huán)稱為水文循環(huán)，如圖2.1所示。

水文循環(huán)有水文大循環(huán)與水文小循環(huán)之分。

只發(fā)生在海洋上或陸地上的水文循環(huán)，稱為水文小循環(huán)，即海洋上蒸發(fā)的水汽直接降落在海洋上，或者陸地上水分蒸發(fā)后又直接降落在陸地上。

發(fā)生在海洋與大陸之間的水文循環(huán)，稱為水文大循環(huán)。

水文循環(huán)的運(yùn)動(dòng)空間是在地面以上平均高約11km的大氣對(duì)流層頂至地面以下平均約1～2km深處的廣大空間。全球不同緯度帶的大氣環(huán)流中，蒸發(fā)大于降水的區(qū)域稱為水汽源區(qū)，在北緯10°～35°和南緯10°～40°的地區(qū)；蒸發(fā)小于降水的區(qū)域稱為水汽匯區(qū)，在北緯10°至南緯10°左右之間的地區(qū)，以及北緯35°以北和南緯40°以南的地區(qū)；蒸發(fā)等于降水的區(qū)域稱為水汽平衡區(qū)，在北緯10°、北緯35°附近以及南緯10°、南緯40°附近的地區(qū)。

水文循環(huán)是水文現(xiàn)象變化規(guī)律的基本描述。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球海洋上的多年平均蒸發(fā)量z₁=1400mm，多年平均降水量x₁=1270mm，可見(jiàn)z₁&gt；x₁，多余的水汽隨大氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)入大陸；而全球陸上的多年平均蒸發(fā)量z₂=485mm，多年平均降水量x₂=800mm，可見(jiàn)z₂＜x₂，多余的降水量則以徑流形式流回大海。徑流對(duì)陸地水系統(tǒng)而言是輸出，對(duì)海洋水系統(tǒng)而言是輸入。據(jù)估算，地球上每年參加水文循環(huán)的總水量（折合水深）為1130mm，大氣對(duì)流層中的水分總量（折合水深）為25mm。這些水分通過(guò)蒸發(fā)和降水每年平均更換約45次，即更新周期約8d。河川徑流的更新周期約16d，土壤水的更新周期約1年。

水文循環(huán)是地球上最重要的物質(zhì)循環(huán)之一，它的主要作用有：形成各種不同的天氣，調(diào)節(jié)氣候變化，營(yíng)造豐富的自然景觀；參與陸地和海洋動(dòng)植物的新陳代謝；影響各類(lèi)生物的活動(dòng)；向人類(lèi)提供可再生的水資源和水能資源；可分散、懸移、溶解各種固體顆粒、氣體、離子以及生物原生質(zhì)等，形成水質(zhì)的本底狀態(tài)，對(duì)污染的水體有自凈功效。例如，在水文循環(huán)的蒸發(fā)過(guò)程中，除極少數(shù)物質(zhì)外，水中的雜質(zhì)將不會(huì)轉(zhuǎn)輸入下一輪水文循環(huán)，因而使寶貴的淡水資源再生并有再利用的價(jià)值。同樣產(chǎn)生的洪水與干旱會(huì)給人類(lèi)和生物帶來(lái)災(zāi)難。

影響水文循環(huán)的因素主要有以下三類(lèi)。

1.氣候因素

氣壓、氣溫、風(fēng)向、風(fēng)力等統(tǒng)稱氣候因素，它受大氣環(huán)流、氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)和海洋環(huán)流等多種運(yùn)動(dòng)機(jī)制的控制和支配，從而影響著水文循環(huán)。

大氣環(huán)流的形成可來(lái)自高低緯度地區(qū)太陽(yáng)輻射熱量差，也可來(lái)自海陸吸熱的不同。夏季大陸強(qiáng)烈高熱可造成熱低壓，使氣流由海洋向大陸運(yùn)動(dòng)；冬季則相反，氣流由大陸向海洋運(yùn)動(dòng)，并形成一年中，風(fēng)向隨季節(jié)變換的“季風(fēng)”。此外，受地球自轉(zhuǎn)的影響，還形成了幾個(gè)氣壓帶和風(fēng)帶。

2.下墊面因素

水文循環(huán)所處的各種自然地理?xiàng)l件，稱為下墊面因素。例如地形、地貌、土壤、地質(zhì)構(gòu)造、巖層性質(zhì)、植被情況、水系組成、湖泊沼澤分布情況、道路、城市建造等對(duì)水文循環(huán)都有不可忽視的影響。

3.人類(lèi)活動(dòng)因素

隨著人類(lèi)改造自然活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，人類(lèi)活動(dòng)因素對(duì)水文循環(huán)過(guò)程的影響日益明顯。人類(lèi)活動(dòng)既可以通過(guò)興修水利工程等供水活動(dòng)和排水活動(dòng)直接影響水文循環(huán)過(guò)程，也可以通過(guò)封山育林、水土保持、城市化進(jìn)程等改變下墊面因素活動(dòng)來(lái)影響水文循環(huán)過(guò)程，還可以通過(guò)排放溫室氣體等改變氣候因素活動(dòng)來(lái)影響水文循環(huán)過(guò)程。