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水量平衡及其應(yīng)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(jìn)行涉及。但縱觀進(jìn)幾年的高考題中都有所涉及,水量平衡的部分內(nèi)容讓部分老師和同學(xué)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(nèi),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(jù)水平衡原理,一條外流河流域內(nèi)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(jù)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(jīng)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(xiàn)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(diào)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(dāng)?shù)馗淖兯臅r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(chǎn)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(xiàn)象,水量平衡是水循環(huán)內(nèi)在的規(guī)律。水量平衡方程式則是水循環(huán)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(dāng)中、一部分會被植物的根系吸收轉(zhuǎn)化為生物水,再通過植被的蒸騰作用散發(fā)的大氣當(dāng)中轉(zhuǎn)化為大氣水,一部分也會直接從土壤當(dāng)中蒸發(fā)掉轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為地下徑流量,沒有轉(zhuǎn)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(dāng)中,所以:

下滲量和地下徑流量呈正相關(guān)關(guān)系

下滲量和蒸發(fā)量呈正相關(guān)關(guān)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(guān)關(guān)系

或者,我們可以再用上面的幾組關(guān)系來推斷。下滲量越多,蒸發(fā)量就越多,根據(jù)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(guān),下滲量增加,地下徑流量也是增加的,根據(jù)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(dāng)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(guān)關(guān)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(dá)2 000毫米,湖水淺,鹽度飽和,水下已形成較厚鹽層,據(jù)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(yuǎn)大于2 000毫米  

B.約為2000毫米

C.約為210毫米      

D.遠(yuǎn)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(dǎo)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(nèi),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(gòu)成。在生態(tài)文明建設(shè)過程中,該山地被破壞的森林植被得以恢復(fù),隨之河流徑流量發(fā)生了變化,河流徑流的年內(nèi)波動也減緩了。據(jù)此完成4~6題。


4.森林植被遭破壞后,河流徑流量年內(nèi)波動強(qiáng)烈,是由于

A.降水更多轉(zhuǎn)化為地下水

B.降水更多轉(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)化為河流徑流,那么森林植被恢復(fù)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(jù)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(fù)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(cè)山坡的地下徑流通過地下的透水巖層流到乙河這一側(cè)山坡,并滲出轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(shù)量關(guān)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(shù)量關(guān)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(nèi)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(kuò)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(zhì));隨著濕地水分蒸發(fā),鹽分(礦物質(zhì))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(dá)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(dá)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(nèi)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(zhì)疏松;山區(qū)夏季常有暴雨,易出現(xiàn)攜帶大量泥沙的山洪;當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)致入湖水量減少,鹽湖面積縮?。畸}湖面積縮小,導(dǎo)致生物多樣性減少。(6分)

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