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水量平衡及其應用

 hjh2004 2020-09-11

      在高中地理中對于水循環(huán)只涉及到了其發(fā)生的具體區(qū)域、環(huán)節(jié)等,而對于水循環(huán)中的水量平衡一部分沒有進行涉及。但縱觀進幾年的高考題中都有所涉及,水量平衡的部分內容讓部分老師和同學感到困惑。

一、水量平衡

地球上的水時時刻刻都在循環(huán)運動,從長期來看,全球水的總量沒有什么變化。但是,對一個地區(qū)來說,有的時候降水量多,有的時候降水量少。某個地區(qū)在某一段時期內,水量收入和支出的差額,等于該地區(qū)的儲水變化量。這就是水平衡原理。

根據水平衡原理,一條外流河流域內某一段時期的水平衡方程式為:

P-E-R=ΔS

式中P為流域降水量,E為流域蒸發(fā)量,R為流域徑流量,ΔS為流域儲水變量。從多年平均來說,流域儲水變量ΔS的值趨于零。

流域多年水平衡方程式為:

P0=E0+R0

式中P0、E0、R0分別代表多年的平均降水量、蒸發(fā)量、徑流量。


海洋的蒸發(fā)量大于降水量,多年平均降水量平衡方程式可寫為:

P0=E0-R0

全球多年平均水平衡公式為:P0=E0

根據估算全球平均狀況,每年海洋上約有505000立方千米的水蒸發(fā)到空中,而總降水量約為458000立方千米,總降水量比總蒸發(fā)量少47000立方千米,這同陸地注入海洋的總徑流量相等。每年陸地上約有72000立方千米的水蒸發(fā)到空中,而總降水量約為119000立方千米,總降水量比總蒸發(fā)量多47000立方千米,這也同陸地注入海洋的總徑流量相等。

我們已經知道,水循環(huán)是通過大氣中的水汽輸送和陸地上的徑流輸送而實現的。目前,人類活動對全球大氣的水汽輸送幾乎沒有影響,而對地表徑流輸送,在局部地區(qū)卻可以施加某些影響。例如一個地區(qū)修建水庫,引水灌溉,跨流域調水等,就是利用水循環(huán)和水平衡的規(guī)律,改變水的時間和空間分布,化害為利。人類活動如果忽視了該地區(qū)水循環(huán)和水平衡的規(guī)律,不恰當地改變水的時間和空間分布,如大面積地濫伐森林,大面積地排干湖泊和沼澤,過度抽取地下水,就會給生產和生活帶來不利的后果。因此,了解水平衡原理,采取合理措施,合理利用自然界的水資源,是十分重要的。

二、水量平衡補充解讀

      水循環(huán)是地球上客觀存在的自然現象,水量平衡是水循環(huán)內在的規(guī)律。水量平衡方程式則是水循環(huán)的數學表達式,其方程式為:

多年平均降水量=多年平均徑流量+多年平均蒸發(fā)量

而徑流量包括地表徑流和地下徑流,所以:

多年平均徑流量=多年平均地表徑流量+多年平均地下徑流量

地表水下滲到地下之后,一部分會儲存在地下的土壤當中、一部分會被植物的根系吸收轉化為生物水,再通過植被的蒸騰作用散發(fā)的大氣當中轉化為大氣水,一部分也會直接從土壤當中蒸發(fā)掉轉化為大氣水,所以:

多年平均下滲量>多年平均地下徑流量

下滲的水越多,地下徑流量也就越多,但下滲的水沒有完全轉化為地下徑流量,沒有轉化為地下徑流量的那一部分,大部分通過植被蒸騰和土壤水蒸發(fā)循環(huán)到了大氣當中,所以:

下滲量和地下徑流量呈正相關關系

下滲量和蒸發(fā)量呈正相關關系

下滲量越多,地表的水就越少,所以:

下滲量和地表徑流量呈反相關關系

或者,我們可以再用上面的幾組關系來推斷。下滲量越多,蒸發(fā)量就越多,根據多年平均降水量=多年平均徑流量+多年平均蒸發(fā)量,可以推斷在降水量保持穩(wěn)定的前提下,蒸發(fā)量增加,必然徑流量減少。雖然徑流總量減少,但是下滲量又和地下徑流量呈正相關,下滲量增加,地下徑流量也是增加的,根據多年平均徑流量=多年平均地表徑流量+多年平均地下徑流量,可以推斷當徑流總量減少、地下徑流增加時,地表徑流一定是減少的。依然得出:

下滲量和地表徑流量呈反相關關系

三、地理試題中的水量平衡

(2017全國I卷)圖2示意我國西北某閉合流域的剖面。該流域氣候較干,年均降水量僅為210毫米,但湖面年蒸發(fā)量可達2 000毫米,湖水淺,鹽度飽和,水下已形成較厚鹽層,據此完成1-3題。

1.鹽湖面積多年穩(wěn)定,表明該流域的多年平均實際蒸發(fā)量

A.遠大于2 000毫米  

B.約為2000毫米

C.約為210毫米      

D.遠小于210毫米

2.流域不同部位實際蒸發(fā)量差異顯著,實際蒸發(fā)量最小的是

A.坡面       B.洪積扇

C.河谷       D.湖盆

3.如果該流域大量種植耐旱植物,可能會導致

A.湖盆蒸發(fā)量增多    

B.鹽湖面積縮小

C.湖水富養(yǎng)化加重    

D.湖水鹽度增大

1.C  在一閉合流域內,因為沒有徑流流出,所以年均降水量=年均實際蒸發(fā)量,湖泊的入湖水量和出湖水量基本一致,才能使鹽湖面積多年穩(wěn)定。

2.A  實際蒸發(fā)量是地表水和地下水蒸發(fā)量的和,坡面為基巖且坡度較大,地表和地下都不易存水,故蒸發(fā)量最小。

3.B  植物生長需要水分,大量種植使得入湖水量減少,故湖泊面積縮小,但因為原來鹽度就已飽和,所以鹽度不會再變大。

(2016全國三卷)圖1所示山地為甲、乙兩條河流的分水嶺,由透水和不透水巖層相間構成。在生態(tài)文明建設過程中,該山地被破壞的森林植被得以恢復,隨之河流徑流量發(fā)生了變化,河流徑流的年內波動也減緩了。據此完成4~6題。


4.森林植被遭破壞后,河流徑流量年內波動強烈,是由于

A.降水更多轉化為地下水

B.降水更多轉化為坡面徑流

C.降水變率增大

D.河道淤積

5.森林植被恢復后,該山地的

①降水量增加

②坡面徑流增加

③蒸發(fā)(騰)量增加

④地下徑流增加

A.①②        B.②③

C.③④        D.①④

6.如果降水最終主要轉化為河流徑流,那么森林植被恢復后,甲、乙兩條河流徑流量發(fā)生的變化是

A.甲增加,乙減少,總量增加

B.甲減少,乙增加,總量增加

C.甲增加,乙減少,總量減少

D.甲減少,乙增加,總量減少

根據上面的講解,相信你一定可以選出正確的答案,要注意的是:(1)局地植被恢復增加濕度但不足以就增加降水(大背景氣候穩(wěn)定,降水變化不大);第9題的巖層傾斜,會使甲河這一側山坡的地下徑流通過地下的透水巖層流到乙河這一側山坡,并滲出轉化為地下徑流補給乙河。

正確答案是:B C D。

7.(2018年全國Ⅰ卷37題)烏裕爾河原為嫩江的支流。受嫩江西移、泥沙沉積等影響,烏裕爾河下游排水受阻,成為內流河。河水泛濫,最終形成面積相對穩(wěn)定的扎龍濕地。扎龍濕地面積廣大,積水較淺。

(1)分析從烏裕爾河成為內流河至扎龍濕地面積穩(wěn)定,烏裕爾河流域降水量、蒸發(fā)量數量關系的變化。

 (2)指出未來扎龍濕地水中含鹽量的變化,并說明原因。

(1)答案:降水量基本不變化,蒸發(fā)量逐漸增大,二者數量關系由降水量大于蒸發(fā)量最終變?yōu)榻邓康扔谡舭l(fā)量。

解析:①烏裕爾河與嫩江相連接時:降水量=蒸發(fā)量+流入嫩江水量

②烏裕爾河初成為內流河時:降水量>蒸發(fā)量(此時入流嫩江量為0,但面積還在擴大)

③扎龍濕地面積穩(wěn)定:降水量=蒸發(fā)量(此時地表水、地下水不再變化,可排除其影響,水平衡限制在降水和蒸發(fā)這兩個因素),本題?、冖奂纯?。

氣候穩(wěn)定,降水量變化不大(略有增加),此地影響蒸發(fā)唯一的變量,是“裸露的水域表面積”在變大,蒸發(fā)量在變大

 (2)答案:變化:水中含鹽量逐漸增加。原因:河水不斷為濕地帶來鹽分(礦物質);隨著濕地水分蒸發(fā),鹽分(礦物質)富集(最終飽和)。

解析:

①鹽分隨徑流匯入,帶來鹽分“補給”。

②扎龍濕地為封閉流域,演分布在隨徑流流走,鹽分“損耗”環(huán)節(jié)消失。

③氣候干旱,蒸發(fā)量大,鹽分積累,因而水體鹽度上升,最終達到飽和。

8.閱讀圖文資料,完成下列問題。(22分)

下圖示意我國西北某閉合流域的剖面。該流域氣候較干,年均降水量僅為210毫米,夏季常有暴雨,但湖面年蒸發(fā)量可達2 000毫米,湖水淺,鹽度飽和,水下已形成較厚鹽層。目前,該流域正計劃大量種植耐旱作物。

(1)推測圖中洪積扇的形成原因。(8分)

(2)判斷流域內實際蒸發(fā)量最小的部位,并說明判斷理由。(8分)

(3)從自然地理環(huán)境整體性角度,分析該流域大量種植耐旱作物可能帶來的影響。(6分)

參考答案:

(1)該流域氣候干旱,植被覆蓋率低,土質疏松;山區(qū)夏季常有暴雨,易出現攜帶大量泥沙的山洪;當山洪沖出山口,由于地勢突然趨于平緩,山洪流速減慢,泥沙堆積形成洪積扇。(8分)

(2)坡面(2分)該流域氣候干旱少雨,蒸發(fā)旺盛,湖面蒸發(fā)量大;洪積扇和河谷儲水量大,蒸發(fā)量較大;坡面地勢起伏大,不易儲水,導致地下水水位較深,實際蒸發(fā)量較小。(6分)

(3)該流域氣候干旱,大量種植耐旱作物,則可能加劇水資源短缺狀況;大量種植耐旱作物需引水灌溉,導致入湖水量減少,鹽湖面積縮??;鹽湖面積縮小,導致生物多樣性減少。(6分)

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