第一节 水循环
课前引入
江河奔流不息，最终注入大海，为什么大海的水没有增多？几千年来很多先哲都试图回答这一问题。公元5世纪，《宋书·天文志》中有人对此问题作了解释（图3.1）：太阳加热海水，使海水蒸发；河流注入大海，补充蒸发的消耗，使海水不会增多也不会减少。这种对海水水量维持稳定的解释科学吗？蒸发的海水去哪儿了呢？
水循环的过程及类型
水循环是指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中，通过蒸发（蒸腾）、水汽输送、降水、下渗、径流等环节连续运动的过程。自然界的水循环时刻都在进行着。根据发生的空间范围，水循环可分为海陆间循环、陆地内循环和海上内循环。
（一）海陆间循环：海陆间循环是指发生在海洋与陆地之间的水循环。海洋表面的水经过蒸发变成水汽。水汽上升到空中，被气流输送到大陆上空，部分在适当条件下凝结，形成降水。降落到地面的水，一部分在地面流动，形成地表径流；一部分渗入地下，形成地下径流。两者经过江河汇集，最后又回到海洋。这种海陆间的循环又称为大循环。通过这种循环运动，陆地上的水就不断得到补充，水资源得以再生。
（二）陆地内循环：陆地内循环就是陆地上的水，一部分或全部通过地面、水面蒸发和植物蒸腾，形成水汽，被气流带到陆地上空，冷却凝结形成降水，仍降落在陆地上。陆地内循环运动对水资源的更新也有一定作用。
（三）海上内循环：海上内循环就是海面上的水蒸发形成水汽，进入大气后在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面。
综上所述，水循环的过程可以概括为：地球上的各种水体，在太阳辐射作用下大量蒸发，形成水汽。水汽上升到空中，在一定条件下形成降水。降落到地面的水，或被蒸发（蒸腾），或沿地面流动形成地表径流，或渗入地下形成地下径流。两者汇集成河，最后又返回海洋（图3.2）。
活动：认识砂田影响的水循环环节
宁夏中部气候干旱，人们在耕作土壤表面铺设厚10—15厘米的砂石覆盖层，发展农作物种植，这就是砂田（图3.3）。砂田作物的产量较高，品质较好。
1. 分析砂石覆盖层对水的下渗的影响。
2. 读图3.4，比较砂田和裸田蒸发量的差异，说明砂石覆盖层对蒸发的影响。
3. 读图3.5，比较4月末砂田和裸田土壤含水量，归纳砂田影响的水循环环节及其作用。
水循环的地理意义
水循环把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈有机联系起来，使地球上各种水体处于不断更新状态，从而维持全球水量的动态平衡。在一定时期内，全球的海洋水、陆地水和大气水不会增多，也不会减少。
不同水体以不同的周期自然更新（表3.1），因此，在一定的空间与时间范围内，水资源是有限的。如果人类用水过多，超过了水体更新的速度，或者水资源遭受污染，
就会导致水资源的短缺。
水循环是地球上物质迁移和能量转换的重要过程。降水和地表径流不断塑造着地表形态，地表径流源源不断地向海洋输送大量的泥沙、有机物和无机盐类，水循环成为海陆间联系的主要纽带。水循环对到达地表的太阳辐射能起到吸收、转化和传输的作用，缓解了不同纬度地区热量收支不平衡的矛盾。
水循环还影响着全球的气候和生态，对全球自然环境产生深刻而广泛的影响。
自学窗：塞纳河的水是从哪里来的
河流源源不断地注入湖泊或大海，但是17世纪之前，人们一直没有找到对河水来源的合理解释。许多人都认为降水量太少，不能成为河水的主要来源。法国水文学家佩罗通过3年的实地观测，计算出塞纳河（图3.6）流域的降水量，并估算出河流径流量。他发现，塞纳河流域的年降水量是年径流量的6倍。1674年，佩罗在《泉水之源》一书中公布了这一成果，这是人们首次通过定量的方法证明降水是河水的主要来源。后来，佩罗的结论得到科学精密观测的证实。
探索：模拟水循环
1.在一个平底器皿中加少量的水，布满底部即可。把一个装有沙子的小瓶放入水中。
2.把一块塑料纸盖在器皿上并用橡皮筋扎紧，然后把一块品头放在塑料纸上，压住塑料纸。后头要放在装沙小瓶的正上方。
3.将器皿放在阳光下直晒一个白天，然后在户外放置一个夜晚。观察器皿内和塑料纸会有什么变化。
思考：这个实验展示了水的什么现象?在自然界中，这种现象是怎么体现的?
学习指南
地球上的水是怎样循环的?简述自然界水循环的地理意义。
提示：学习本课时，认真阅读自然界的水循环示意图，并思考水循环对地理环境产生的影响。
本节的主要概念是水循环。
水循环
在自然界中，水通过蒸发、植物蒸腾、水汽输送、凝结降水、下渗和径流(地表径流、地下径流)等环节，在各水体之间进行着连续不断变化的过程，称为水循环。
水循环是一个复杂的过程，时-时刻刻都在全球范围内进行着。水循环主要包括海陆间循环、海上内循环和陆地内循环。在水循环中，蒸发是初始环节。海洋水和陆地上的河流、湖泊、沼泽及土壤表层的水分，都会因吸收太阳辐射而蒸发进入大气。植物蒸腾作用也会向大气输送水汽。其中海水蒸发是大气中水汽的主要来源。
海陆间循环：海水蒸发形成水汽进入大气，其中一部分水汽被输送到陆地上空以雨、雪等形式降落到地面。降落到陆地上的水除部分蒸发外，一部分沿地表流动，形成地表径流;一部分渗入地下，形成地下径流。二者经过江河等汇集，最后又回到海洋。这种海陆之间的水分交换称为海陆间循环。
海上内循环：海水蒸发形成的水汽进入大气，大部分在海洋上空适宜的条件下凝结，形成降水降落在海洋中，实现海洋与海洋上空大气之间的水分交换，这种水分交换称为海上内循环。
陆地内循环：陆地水中的一部分或全部(指内流区)通过陆面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽，被气流带到高空，冷却凝结形成降水，降落到陆地上，这种陆地与陆地上空大气之间的水分交换称为陆地内循环。
由此可见，水在自然界中的三态变化是水循环的内因;太阳辐射和重力作用为水循环提供了能量和动力，是水循环的外因。
阅读：全球水量平衡
公元前，人类就有了水循环的观念。随着对降水量和河流流量的观测增多，人们对水循环的研究得以深化，并得出水量平衡的概念。许多学者对全球水量进行了多次计算，得到全球水量平衡总的状况:从长期看，全球范围的总蒸发量等于总降水量。具体来讲，海洋的蒸发量大于降水量，其差值为入海径流量;陆地的降水量大于蒸发量，其差值也为入海径流量。
20世纪30年代以来，随着流域水文观测的进一步发展，水量平衡转向中小尺度的研究，包括主要流域及国家范围内的水量平衡研究。
活动：分析认识水的更新周期
各种形式的水在循环中以不同周期自然更新。水的赋存形式不同，更新周期差别很大。多年冻土带的地下冰和极地冰盖更新周期最长，约10000年。海水更新周期约为2500年，山岳冰川视其规模不同约为数十年至1600年，深层地下水约为1400年。湖泊为数年至数十年，沼泽为1-5年，土壤水为280天至1年，河水为10-20天，大气水为8-9天，生物水则仅为数小时。
比较不同形式水的更新周期，体会更新的含义。
水循环的地理意义
水循环作为地球上基本和活跃的自然现象，深刻而广泛地影响着全球地理环境。
不断更新陆地水资源，维持全球水量动态平衡：在水循环这个庞大系统中，水在连续不断地进行运动和转化，使地球上各种水体均处于不断更新的状态，维持着全球水量的动态平衡。进行能量交换和物质迁移：水循环参与太阳辐射能的重新分配过程，对到达地表的太阳辐射能起着吸收、转化和传递的作用，这一过程缓解了高低纬度间的热量不平衡。水循环是海陆间联系的主要纽带，地表径流源源不断地向海洋输送大量的泥沙、有机质和各种营养盐类。
塑造地表形态：水循环过程中的流水以其持续不断的冲刷、侵蚀、搬运、堆积和溶蚀，不断塑造着全球地貌形态。从两极地区的冰川地貌，到滨海地区的海岸地貌，再到河流流经地区的流水地貌，以及变化万千的喀斯特地貌，无一不是水循环作用的结果。
水是人类赖以生存和发展的宝贵资源，水资源具有可再生和可持续利用的特点，这一特点正是水循环所赋予的。人类在对水资源的开发利用过程中不断地对水循环产生影响。例如，人类通过人工增雨、修建水库、跨流域调水等方式对水循环的部分环节施加影响。
思考：人类能对水循环施加影响吗?如果能，有哪些途径?人类对水循环施加影响的有利和不利方式各有哪些?
案例研究：北京推动海绵城市建设
海绵城市是城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的”弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水和净水，需要时将蓄存的水”释放”并加以利用。”海绵”既包括河湖水系、湿地、蓄滞洪区，也包括城市配套设施，如绿地、花园、集雨池、可浸透路面等。为了保持”海绵”吸放雨水的”弹性”，今后将停止填湖造地、截弯取直、河道硬化等。在过去，人们常把自然河道修整得外形规矩，并以水泥护砌岸坡。这是因为河道越直，雨洪就越易倾泻，管护的难度小、成本低，但会造成大量河水白白流走，河流自净能力降低。今后，管理河湖坑塘时，应更重视水体的曲折岸线，恢复水体的天然状态。
目前，北京正在推动海绵城市建设，治水新理念已在局部河段得以实施。在已完成治理的通惠河段，混凝土河槽不见了，岸坡覆上了厚实的青草，栽种了芦苇、蒲草等水生植物。
北京已建成的小区、道路、绿地、广场等，也将陆续开展海绵化改造。大型公共建筑要率先落实海绵城市建设要求，尤其是规划用地面积2000平方米以上的新建建筑，都要配套建设雨水收集利用设施。截至2023年8月，北京市建成区31%以上的面积完成海绵城市建设，七成雨水可就地消纳。
随着海绵城市理念的推广，北京市在中心城区规划建设73处蓄滞洪区，总蓄水量超1000万立方米。北京如再遇暴雨，这些雨水将被收集到蓄滞洪区，待暴雨过后再排往下游河道，或加以利用。
北京城区东北部的温榆河湿地公园，于2018年开工建设。温榆河公园湿地总面积44平方千米，能够存蓄1200万立方米的两洪，相当于一个中型水库。建成后，温榆河湿地公园将成为该市最大的蓄滞洪区。它既是改善生态的环境”绿肺”，又能把下游通州新城的防洪标准从50年一遇提高到100年一遇。
在山区，蓄滞雨洪主要靠大大小小的水库。根据规划，北京市将再建钻子岭、西峰山、陈家庄、二道河和张坊5庄水库，与现有的邱庄水库一起，可将山区83%的雨水收入囊中。
思考：1.海绵城市的建设影响了水循环的哪些环节?
2.请坪价海绵城市建设对北京地理环境的影响，分析建设海绵城市在解决北京市缺水问题中的作用。
作业题
1.在农业生产中使用农用薄膜可有效防止土壤水分流失。大规模使用农用薄膜改变了水循环的哪个环节?大规模使用农用薄膜对干旱区农业生产有何影响?
2根据材料，完成下列各题。
在某海滨城市，一些居民议论”喝了淡化海水，会不会对身体不好?”事实上，海水淡化的过程就是把海水中的淡水和盐类分开，是对大自然水循环的模拟。因此，经过科学淡化的海水，不仅安全可靠，口感也不错。淡化海水各项水质指标均达到，甚至优于我国《生活饮用水卫生标准》。同时，由于钙、镁离子含量少，水的硬度较低，淡化海水相对更加纯净。淡化海水不淹地、不移民、不争水、不受气候变化影响，截至2022年底，我国海水淡化总规模已达到每天235万吨以上。
(1)请你运用水循环的知识解答居民对淡化海水的疑问。
(2)截至2022年底，我国每年海水淡化总规模已达到多少吨?这对于解决沿海地区缺水问题有什么意义？
3.联系本节案例研究中关于海绵城市的介绍，结合实际生活，谈谈”海绵”蓄水后还可以发挥哪些作用。
课题2：检查进度：搜查身边人类活动影响水循环某一环节的案例，在班上交流。
课前探究
如图4-1所示，若将①地球上的水，②沼泽、河流、湖泊和地下水中的液态淡水，③河流和湖泊中的淡水三者分别汇集起来，只不过形成三个小水珠。这三个水珠相对地球来说并不太大，直径分别约为1384千米、273千米、56千米。
1.图中的三个水珠并不太大，但地球却被称为“水的行星”，你知道其中的原因吗？
2.地球上淡水资源的储量并不多，而人类每天都在大量取用它，这会不会造成水资源的枯竭呢？为什么？
一、“水的行星”
在太阳系八大行星中，地球被称为“水的行星”。从太空巡望地球，宇航员看到的水面远大于陆地。地球约有71%的表面覆盖着水。
地球上的水呈固态、液态、气态，分布于海洋、陆地和大气之中，形成各种水体，共同组成水圈。地球上的各种水体，海洋水是主要的，它约占全球水储量的97%。分布于陆地上的各种水体，包括河水、湖泊水、沼泽水、地下水、冰川等，水量还不足全球水储量的3%。冰川是地球淡水的主体，主要分布在两极地区和中低纬度高山地区，水量占全球淡水储量的2/3以上。目前人类利用较多的淡水资源，主要是河水、淡水湖泊水以及浅层地下水，水量约占全球淡水储量的0.3%。大气层中也有少量的水，基本上是以水汽的形态存在。
二、自然界的水循环
水循环是指自然界的水在地理环境中的移动，以及与之相伴的状态变化。在太阳能和地球重力的作用下，水在陆地、海洋、大气之间，通过吸收或释放热量，固、液、气三态转化，形成了永无休止的循环运动。
自然界的水循环时刻都在进行，它主要发生于海洋与陆地之间、陆地与陆地上空之间、海洋与海洋上空之间。
广阔海洋表面的水经过蒸发变成水汽，水汽上升到空中随着气流运行，被输送到大陆上空，其中一部分水汽在适宜的条件下凝结，形成降水。到达地表的降水，一部分通过蒸发或植物蒸腾返回大气；一部分形成地表径流汇入江河、湖泊，最终汇入海洋；一部分渗入地下，或者成为土壤水，通过蒸发或植物蒸腾进入大气中，或者形成地下径流排入江河、湖泊，最终汇入海洋。水的这种循环运动称为海陆间循环，又称为大循环。海陆间循环是地表水的主要循环方式。通过这样的循环运动，陆地上的水得到持续补充，水资源得以再生。
储藏于地下的水，一部分向深层渗透，在一定的地质构造条件下溢出地表，成为不同形式的泉水。返回地面的地下水，最终要流入海洋或蒸发到大气中去。
降落到大陆上的水，部分或全部通过陆面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽，被气流带到上空，冷却凝结形成降水，仍降落到大陆上，这就是陆地内循环。
由陆地内循环运动而补给陆地水体的水量较少。海洋表面的水蒸发成水汽，进入大气后在海洋上空凝结，形成降水，又降落到海洋表面，这就是海上内循环。
活动
读图4-3，完成相关任务。
- 有人认为，水循环的内因，是水在常温常压条件下固、液、气三态的转化，外因是太阳能和地球重力的作用。你是否同意这一观点，为什么？
2.画一幅海陆间水循环示意图（可用电脑制作动画），标明其主要环节，并与同学交流。
活动：水循环主要环节模拟
一、实验用品烧瓶、石棉网、带有弯玻璃导管的橡皮塞、玻璃板、托盘、铁架台、酒精灯、火柴、自来水、冰块等。
二、实验步骤
1.往烧瓶内加入适量的自来水。按图4-2所示，将装置连接好。
2.用酒精灯加热烧瓶，待玻璃导管中有充足的水蒸气释放出来，在玻璃板上放置若干冰块。
3.水蒸气遇到玻璃板后，冷却凝结形成水滴，再降落到托盘中。
三、实验思考
1.描述实验中水的运动过程，据此推测自然界水循环的主要环节。
2.若要改变托盘中水量的多少，可以通过哪些措施来实现？以小组为单位进行讨论，并通过实验验证小组的想法。
三、水循环的地理意义
水循环把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈有机地联系起来，构成一个庞大的系统。在这个系统中，水在连续不断地运动、转化，使地球上的各种水体处于不断更新状态，形成了人类赖以生存的水资源。水循环还维持了全球水的动态平衡，即从总体来看，海洋水、陆地水、大气水不会增多，也不会减少。
水循环深入大气系统内部，深刻地影响着全球气候的变化。水循环作为大气系统能量的主要传输、储存和转化者，通过对地表太阳辐射的重新分配，使得不同纬度热量收支不平衡的矛盾得以缓解。同时，水循环的强弱及路径，直接影响到各地的天气过程，乃至区域的基本气候特征；水循环的强弱变化，往往引发区域性的洪涝、干旱等自然灾害。
水循环是海陆间联系的主要纽带，陆地径流源源不断地向海洋输送大量的泥沙、有机物和无机盐类。在水循环的驱动下，地表物质被侵蚀、搬运和堆积，地貌得到发育、演化，形成了多姿多彩的地表形态。
阅读：黄河输沙造陆
黄河以高含沙量而闻名。它流经黄土高原，从那里带来大量泥沙。黄河每年从中游带入下游的泥沙约为16亿吨，其中4亿吨淤积在下游河床，其余输入渤海，在入海口处形成黄河三角洲。1954—1982年，黄河造陆面积达1100平方千米，平均每年造陆约39平方千米，三角洲一带的海岸线平均每年外延470米。
1999年以来，我国在黄土高原地区实施了退耕还林（草）工程及其他水土保持生态工程。高强度、大规模治理取得显著成效，黄河年均输沙量从16亿吨减少到近年来的3亿吨左右。
四、洪涝灾害防治
洪涝灾害是我国主要的自然灾害之一，发生频率高，影响范围广，对经济社会发展和人民生命财产安全构成严重威胁。
洪涝灾害包括洪水灾害和雨涝灾害。洪水灾害是指由于暴雨或冰雪融化以及水利工程失事等引起的江河湖泊水量迅猛增加，水位急剧上涨，水流冲出天然水道或人工堤坝所造成的灾害。雨涝灾害是指由于大雨、暴雨或持续降雨等使低洼地区积水、淹没的现象。
利用气象卫星对强降雨天气、水情进行监测，能够有效防御洪涝灾害。提高强降雨天气预报的准确率，可以减轻洪涝灾害的损失。防御洪涝灾害，需要工程措施与非工程措施相结合。工程措施有修筑堤坝，整治河道，修建水库和分洪区（或滞洪区、蓄洪区），完善排涝设施等。非工程措施主要是加强洪泛区的建设管制、建立洪水预警机制、落实居民撤离应急预案、推行防洪保险等。
活动
1.关于水循环的地理意义，除课文的相关描述外，你还有哪些看法？提出来，与同学们共同探讨。
2.鱼鳞坑是黄土高原常用的生态整地方式，是在较陡的山坡上，有序挖掘半月形坑穴。这些坑穴呈品字形交错排列，状若鱼鳞，故称鱼鳞坑。鱼鳞坑具有一定的蓄水能力，再加上植树造林，可保土、保水、保肥。试从水循环的角度想一想，鱼鳞坑为什么能保土、保水、保肥？
3.1998年长江流域发生特大洪水时，我国气象卫星对洞庭湖区进行了实时监测。图4-9是气象卫星拍摄的多光谱合成遥感图像，其中右图中的红色部分表示洪水新淹没的范围，通过与没有发生洪水时的遥感图像（左图）进行对比分析，就可以获得受灾区域的分布及面积。洪水分析是抗洪救灾与减灾决策的重要依据。读图，完成相关任务。
（1）从水循环角度，分析长江流域易发生洪涝灾害的原因。
（2）议一议，遥感技术与传统水文资料收集方式相比较，在洪水分析方面具有哪些显著的优势？
课前引入
亚马孙河流域面积691.5万平方千米，流量每秒21.9万立方米，均为世界诸河之最。大量的淡水注入大西洋，在河口附近约160千米范围内形成“淡水海”。
问题：亚马孙河的水从哪里来？江河之水汇入海洋，海水会增多吗？海水性质会变化吗？
一、水圈的组成
水圈的质量虽然只占地球质量的万分之四，但是它在人类赖以生存的地表环境的形成和演化过程中有着不可替代的作用。
海水是水圈的主体，占地球水体总储量的96.538%。陆地淡水仅占2.526%，而且绝大多数又以冰川的形式存在于极地和高纬度、高海拔地区，可供人类直接利用的淡水很有限。因此，我们要节约用水并保护水资源。
四、水循环过程及意义
水循环是指自然界的水在地球表层通过蒸发、降水、径流等环节连续不断、周而复始地运动的过程。水循环按其发生的空间范围，分为海上内循环、陆上内循环和海陆间大循环。
海上内循环是指从海洋表面蒸发的水汽，在海洋上空成云致雨，直接降落到海面上的循环过程。陆上内循环指陆地表面蒸发和植物蒸腾的水汽，在陆地上空成云致雨，降落至陆地表面的循环过程。
海洋表面蒸发形成的水汽，随着气流运动被输送到陆地上空，在一定条件下形成降水，降落到地面形成径流，返回海洋。水的这种循环过程称为海陆间大循环。
水循环使地表不同区域的各种水体相互联系、相互转化，使水体得以更新。不同水体循环更新周期不同，大气水、河流水、土壤水等更新循环速度较快；深层地下水等水体循环更新的周期很长、速度很慢，一旦污染很难在短期内净化。
水本身又是一种很好的溶剂，在与岩石、土壤的接触过程中不断溶解和带走其中的矿物质，促进了地球表层区域之间、圈层之间的物质迁移。
水循环促进了水圈、大气圈和生物圈之间的能量交换，对地表温度具有一定的调节作用。蒸发、蒸腾有利于减缓地面或者植物温度升高的速度和幅度，降水也可降低地面和近地面大气的温度。
水循环可以改变一些地区的生态和生活环境。如尼罗河所流经的下游地区，荒漠中形成了一条绿色走廊。
水在循环过程中，还不断进行着势能和动能的转换，由此产生了流水侵蚀、搬运和沉积作用，从而改造着地表形态。
