1.水循环的类型
水循环系统是多环节的庞大动态系统,自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的,它的范围可由地表向上伸展至大气对流层顶以上,地表向下可到达上千米的深度。
全球性的水循环称为大循环,由海洋、陆地和一系列大小区域的水循环所组成。水循环按其发生的空间又可以分为海洋水循环、陆地水循环(包括内陆水循环)和海陆间循环。
(1)海洋水循环是指海洋上的水蒸发成水汽,进入大气后在海洋上空凝结,形成降水又回到海洋的局部水分交换过程。这个循环过程所交换的水量是最大的。
(2)陆地水循环是指储存在河流、湖泊(水库)、冰川、土壤及地下含水层中的水,在陆面蒸发为水汽,它们在大气中传输、凝结成降水再次落到地表,渗入土壤,补给地下水,形成径流,再蒸发返回大气的循环过程。
陆地上的大气降水、地表径流及地下径流之间可以相互转化。
(3)海陆间循环是指从海洋蒸发出来的水蒸气,被气流带到陆地上空,凝结为雨、雪、雹等落到地面,一部分被蒸发返回大气,其余部分成为地面径流或地下径流等,最终又回到海洋的过程。海陆间循环相对于海洋水循环、陆地水循环来说,地理意义更为重要。
水循环将储存在大气、海洋、陆地上不同形态的水周而复始地转化运动起来。水在这个无止境的相互转变过程中,使局部和全球范围内产生了水量和热量的重新分配,从而发生了洪水、干旱等灾害,也出现了供人利用的淡水资源。
只是在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环,如海洋水循环和陆地水循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的,并在全球范围内和在地球上各个地区间不停地进行着。
2.水交换周期
水循环使地球上各种形式的水以不同的周期或速度得到更新。
如深海盆的水需要依靠大洋深层环流才能缓慢地发生更替,其周期要超过2650年;而海洋表层的海水直接受到蒸发和降水的影响,其更替周期显然无需2000多年。尤其是边缘海受入海径流影响,周期更短。以我国渤海为例,总储水量约19×1011立方米,而黄河、辽河、海河多年平均注入水量达14.55×1010立方米,仅此一项就可使渤海水13年内更新一次。又如世界湖泊平均循环周期需要17年,而我国长江中下游地区的湖泊,出入水量大,交换速度快,一年之中就可更换若干次。
水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标,也是反映水体水资源可利用率的基本参数。因为从水资源永久利用的角度来衡量,水体的储水量并非全部都能利用,只有其中积极参与水循环的那部分水量,由于利用后能得到恢复,才能算作可资利用的水资源量。而这部分水量的多少,主要决定于水体的循环更新速度和周期的长短,循环速度愈快,周期愈短,可开发利用的水量就愈大。以我国高山冰川来说,其总贮水量约为5×1013立方米,而实际参与循环的水量年平均为5.46×1011立方米,仅为总贮水量的1/100左右。如果我们想用人工融冰化雪的方法,增加其开发利用量,就会减少其贮水量,影响到后续的利用。
由于各种形式水的贮蓄形式不一致,各种水的交换周期也就不一致。有的更新时间较长,有的更新时间极短,下表是各类水体的循环更替时间。
从表中可以看出,各种淡水更新周期存在着较大的差异。大气中的水只需8天时间就能更新一次,是可更新资源;而极地冰川需要9700年,深层地下水更新一次得需要1400年,时间也较长。它告诉我们对于这种近似于不可更新的水资源而言,在开发利用时必须慎而又慎。