3.1.1 水循环

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本节课由北京师范大学附属中学的孙静老师讲授

重点探讨水循环及其相关地理现象

分析水的运动及多个环节之间的关系

使用沙田的案例说明人类活动对水循环的影响

进行模拟实验以加深理解

各位同学，大家好！我是北京师范大学附属中学的地理教师孙静老师。今天我们来一起学习水循环的第一课。

事古诗有云, "君不见黄河之水天上来, 奔流到海, 不复回"。千百年来，很多人都试图回答这个问题，"百川归海, 但海水为什么没有增加?" 河流中的水又为什么会源源不绝呢？

公元五世纪，诵书天文之中，有人做出了如下解释："百川发源, 皆自山出, 由高趋下, 归住入海。" 译为：太阳加热海水，使海水蒸发，河流流入大海，补充蒸发的消耗，使海水不会增多，也不会减少。

我们尝试着用试一课和地理语言来直观地说明这段话。太阳加热海水，使海水蒸发，地表水汇聚流动，形成地表浸流，最终流入大海，补充海水的蒸发损失。

这种解释科学吗？有没有不完备的地方呢？是的，这个解释从某种程度上说明了海水的收支平衡，但未能解释为什么河流源源不绝，也没能解释蒸发的海水去了哪里。也就是说，这张图并不能完整地说明自然界中水的运动过程。

在这节课，我们就一起来探究自然界中的水是怎样运动的呢？我们已经了解，水圈是地球四大圈层中最活跃的圈层，自然界中的水体以不同形态，无时无刻不再运动着。

那么你在日常生活中是否经常能观察到自然界中水的运动呢？大家可以列举一些实例吗？没错，雨雪的坠落、云的飘移、河流的奔涌，这都是大家生活中常见的水的运动。

还有一些水的运动，或是因为水以气态的形式参与，或是因为远离大家的生活环境，可能不被大家注意或熟知，比如冰川的运动、地表水的蒸发、植物的蒸腾、地下暗河的流动等。

那么，这些运动彼此之间有何关联？我们试着把这些过程汇制到示意图上进行分析。雨、雪、冰雹等过程我们称之为降水，这应该是大家最熟悉的水的运动环节。

我们见到的一般是陆地降水，但由于海陆面积的巨大差异，地球上大部分降水都落在海面。海洋蒸发的水气在合适的条件下凝结形成降水，再落回到海洋，这个过程很好理解。

那么，陆地降水的水源从哪里而来？刚才列举的水的运动环节中哪个可以为陆地提供水源呢？正如大家所想，海洋蒸发的大量水气有一部分会借助大气的水平运动，将水气从海上输送到陆地上并在陆地上形成降水。

我们日常所见的云的移动正是这种输送的显性化。台风就是海陆间大规模水气输送的一种特殊形式。

它的运动过程大家可以从左侧的动图中看到。台风在海面生成，携带着巨量海洋蒸发的水气，其登陆的过程就是海洋向陆地水气输送的过程。

画面右侧视频展示的就是2020年第6号台风米克拉在厦门登陆时的场景。大家可以直观地看到台风把水气从海洋输送到陆地上并在陆地上形成降水的过程。

除了水气输送之外，地表水的蒸发和植物的蒸腾也可以为陆地降水提供水源。地下水可能是大家最不熟悉的水体，它的运动也很少有人能够亲眼见到，但这并不代表它离我们的生活很遥远。

事实上，我国很多地区的生产和生活相当依赖地下水。自古以来，人们就通过水井对地下水进行开采。根据全国地下水污染防治规划(2011-2020)中的数据显示，北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。

地下水主要是由地表水顺着土壤孔系向下流动形成的，这个过程称为下渗。如图所示，城市道路和农田都要规划排水及下渗系统，以避免积水。

在示意图中，大家请注意下渗的表示方法。大气降水和地表水的下渗补给汇集形成地下浸流。

画面右侧的动画展示的就是一条地下暗河，在我国西南喀斯特地区。由于地表孔洞众多，地表水顺着裂缝大量流入地下，形成发达的地下水系。人们甚至可以在地下暗河中进行漂流，成为观察地下浸流的绝佳地点。

右侧图就是贵州清镇市地下河从洞中流出时的场景。至此，当我们把上述水体的运动画在这张示意图上，就会发现水通过蒸发、植物蒸腾、水气输送、降水、地表浸流、下渗、地下浸流等环节在水圈、大气圈、生物圈、岩石圈四大圈层中进行着连续的运动。

这个过程就叫做水循环。我们需要明确水循环的主要环节和过程。

现在我们尝试用水循环的原理解释一些相关的地理现象。2020年入夏以来，我国南方地区发生多轮强降雨过程，武汉、重庆等地多发超警戒洪水。

那么，怎样结合示意图中的这些水循环的环节，运用水循环的原理描述我国东部夏季洪水的发生过程呢？相信大家已经梳理出来了：海洋水气蒸发，由于夏季风输送到我国东部地区，凝结形成降水，降水落到陆地后，与地表浸流汇聚。

2020年下季风比往年偏强，水气输送量增大，造成了多轮强降水。地表浸流增加，很多河流也因此超出了警戒水位，造成了洪水危害陆地的水体彼此连通，地表浸流的增加会通过下渗环节使地下浸流增加，地下水的水位升高。

画面左侧的视频展示的就是2020年6月重庆连续暴雨后当地地下河水位暴涨溢出地表的场景。以上这些环节在海洋和陆地之间组成了一个相互连接的水循环过程，这被称为海陆间循环。

海陆间循环也叫做大循环。其过程是海洋表面的水蒸发形成水气，上升到空中后在大气运动的作用下被输送到陆地上空形成降水，降水落到地面一部分形成地表浸流，一部分下渗形成地下浸流，两者最终又回到海洋。这个过程循环往复，陆地上的水资源得以再生，因此它对于人类及陆地生态系统都是至关重要的。

世界上大部分人口都生活在距离海平面较近的平原及大江大河的中下游沿岸地带。比如我们看到的这张图片就展现了长江沿岸城市的繁华景象。一条条大河承载着人类文明的过去、现在和未来，向海洋奔涌而去。

可以说，海陆间循环是对人类影响最大的水循环。这两幅图展示的是我国塔里木河流域，它为代表的广大内陆地区受海洋的影响较小，其水循环的过程与海陆间循环有什么区别呢？

陆地上的水一部分或全部通过地面水面蒸发和植物蒸腾形成水气，被气流带到陆地上空，冷却凝结形成降水，仍落回到陆地上，这就是第二类水循环——陆地内循环。

请注意，陆地内循环不是仅发生在深居内陆的地区，在所有陆地和陆地的上空之间都会发生，但就其影响来看，虽然参与陆地内循环的水量可能较少，但对广大内陆地区特别是气候干旱的内流区来说，其意义有重大。

第三类水循环发生在海上。海洋上蒸发的水气凝结形成降水，再回归海洋，这种水循环叫海上内循环。我们生活在陆地上，海上内循环难得一见，但我们知道地球面积71%都是海洋，所以海上内循环是地球上参与水量最大的水循环。

这就是水循环运动的过程和三种类型。这三种类型是按照其发生的空间范围的不同来划分的：

海陆间循环发生在海洋和陆地之间，也被称为大循环；
海上内循环发生在海洋表面与海洋上空之间，是参与水量最大的水循环；
陆地内循环发生在陆地上空和陆地表面之间，对水资源的更新也有一定的作用。

水作为纽带，使水圈、大气圈、生物圈、岩石圈等地球圈层有机地连接起来，并在这个过程中促进了整个自然界的发展演化，实现了全球的水量平衡。

水循环过程与人类的生产生活息息相关，没有水循环带来的水资源，人类的生产生活就难以继续。而人类在利用改造自然环境的同时，往往也会影响到水循环的过程。

在诸多水循环的环节中，地表浸流是受人类影响最大的。以现在的科技和工程水平，通过修建水利工程或跨流域水资源调配等活动，人类可以在局部地区改变地表浸流。

而在我国的农业生产中，人们一直都很重视利用与水相关的自然规律进行因地制宜的发展生产。比如在我国宁夏中部，气候干旱，人们在耕作土壤的表面覆盖一层沙石，这种农田被称为沙田。与裸田相比，沙田上种植的作物产量较高、质量较好，其中最著名的就是沙田西瓜，被称为“石头缝里长出来的西瓜”。

现在我们尝试从水循环的角度分析沙田和裸田有什么区别，为什么在干旱气候下沙田上种植的作物产量和质量一般都优于裸田呢？首先我们来分析沙石覆盖层对下渗的影响。想象同样强度的降水落到沙田和裸田上，哪个更有利于地表水的下渗呢？对，因为沙石覆盖层的孔隙更大，降水更容易流入孔隙中，所以沙田更利于地表水的下渗。

接下来，我们来分析沙石覆盖层对蒸发的影响。请大家讨论沙田和裸田的蒸发量有何差异呢？是的，沙田的蒸发量要小于裸田。这意味着沙石覆盖层可以减少土壤水分的蒸发量。这是为什么呢？相信大家还记得之前的结论：同样的降水，沙田更容易下渗，那么留在沙田表面可供蒸发的地表水就更少了，相应的蒸发量也就更小了。

此外，沙石覆盖层可以保护土壤层，避免直接的风吹日晒，这也能减少土壤内部水分的蒸发量。最后，我们来总结一下沙田影响的水循环环节及其在农业生产中的作用。请同学们比较4月末沙田和裸田的土壤含水量有何差异？没错，沙田不同深度的土壤含水量都显著高于裸田。这个差异是由哪些因素导致的呢？正如我们刚才分析的，沙田促进下渗，减少蒸发，此消彼长，那么留在土壤中的水分自然就增加了。

现在我们可以归纳出沙田影响的水循环环节主要有蒸发和下渗。宁夏中部的人们铺设沙田的原因，正是因为其可以在4月末农作物种植前增加土壤含水量，这对维持和提高干旱地区作物产量有重要的作用。

现在我们来总结一下本课所学：我们学习了海陆间循环、陆地内循环、海上内循环这三种水循环的环节和过程，并用沙田的例子分析了人类活动对水循环部分环节的利用和影响。最后，我们来进行一个模拟水循环的实验。

请大家准备好相关的实验器材并进行如下操作：