二、水量平衡

(一)水量平衡概念

所谓水量平衡，是指任意选择的区域(或水体)，在任意时段时，其收入的水量与支出的水量之差额必等于该时段区域(或水体)内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。

水量平衡概念是建立在现今的宇宙背景下和地球上的总水量接近于一个常数，自然界的水循环持续不断，并具有相对稳定性这一客观的现实基础之上的。

水量平衡是地球上水循环能够持续不断进行下去的基本前提。一旦水量平衡失控，水循环中某一环节就要发生断裂，整个水循环亦将不复存在。反之，如果自然界根本不存在水循环现象，亦就无所谓平衡了。因而，两者密不可分。水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡是水循环内在的规律。

水量平衡方程式则是水循环的数学表达式，而且可以根据不同水循环类型，建立不同的水量平衡方程。诸如通用水量平衡方程、全球水量平衡方程、海洋水量平衡方程、陆地水量平衡方程、流域水量平衡方程、水体水量平衡方程等。

(二)水量平衡方程式

1.通用水量平衡方程式

如果把研究的空间作为一个系统，那么系统中输入的水量I(t)，应等于系统中蓄水变量ds/dt加上系统输出的水量O(t)：

上式是水量平衡的基本表达式。

也就是说，以陆地上任一地区为研究对象，取其三度空间的闭合柱体，其上界为地表，下界为水分交换的深度。这样，对任一闭合柱体，任一时间内的水量平衡方程式为：式中：P为时段内降水量；R₁，R₁'分别为时段内地表流入与流出水量；R₂，R₂'分别为时段内从地下流入与流出的水量；q为时段内工农业及生活净用水量；E为时段内净蒸发量，Δu为时段内蓄水变量。上式即为通用水量平衡方程式。

2.流域水量平衡方程

若将通用公式应用于一个流域内，则称流域水量平衡方程。流域有非闭合流域和闭合流域之分。河流水量的补给通常包括地表水和地下水两部分。地表水的分水线主要受地形影响，地下水的分水线主要受地质构造和岩性的控制。地表分水线和地下分水线重合的流域，称闭合流域，反之称为非闭合流域。

若所研究的水量平衡区为非闭合流域，则通用水量平衡方程式中的R₁=0，故其水量平衡方程式为：

若所研究的水量平衡区为闭合流域，因地表分水线和地下分水线重合，流域水流除出口外与其他流域没有交换，故地表径流流入量与地下径流流入量都为0，即通用水量平衡方程式中的R₁=0，R₂=0，如再令R₁'+R₂'+q=R，则其水量平衡方程式为：在多年的情况下，蓄水变量(Δu)趋于零。于是多年闭合流域的水平衡方程式为：

3.全球水量平衡方程

地球上多年水量并无明显的增减现象。对于海洋上，多年平均降水量(－P洋)和大陆上流入海洋的多年平均径流量(－R)之和应等于多年平均蒸发量(－E洋)，其水量平衡方程式为：

在大陆上，多年平均降水量(－P陆)与流出大陆的多年平均径流量(－R)之差等于多年平均蒸发量(－E陆)，其水量平衡方程式为：

式(9-7)+式(9-8)，即得全球水量平衡方程式：即全球的降水量(－P全)与蒸发量(－E全)相等：

从全球水量平衡中可以看出，它具有如下几个特点：全球水量是平衡的；海洋蒸发量大于降水量，而陆上蒸发量小于降水量；海洋是大气水和陆地水的主要来源；海洋气团在陆地降水中起主要作用。

地球上的水量平衡各要素值，见表9-2。

表9-2　地球上水量平衡表