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单词 水量平衡
释义

【水量平衡】
 

拼译:water balance
 

是质量守恒定律在水文学上的应用,即在给定任意尺度的时域空间中,水的运动(包括相变)是连续的,遵从物质守恒,保持数量上的平衡。

水量平衡是水文学的一个主要课题,是解决水文科学中重大理论和实践问题的手段之一,根据水量平衡研究,有可能对水资源及其在人类活动影响下的变化进行定量评述,对湖泊、河流和地下水的水量平衡研究,将为水资源合理利用、调控和时间、空间上再分配(如跨流域调水、大型水利工程、河流流量控制等)的水利工程提供水文基础,同时对区域经济发展、工农业发展、城市规划等提供理论依据。

水量平衡对水文循环的研究亦极为重要,利用水量平衡资料对一个水文系统中不同时期的各个水源进行比较,可确定它们对水情变化的影响程度;再者,对各个水量平衡进行的计算和这些要素在水量平衡方程中之相互关系的初步分析,有可能判别水文测站分布上的不足,发现测量中的系统误差,同时,研究水量平衡有助于从已知要素之间的差值中间接求得未知的水量平衡要素,如通过降雨和径流差值可计算流域的长期蒸发。

通常水量平衡方程的入流部分包括降水量(P),即实际降到地面的雨量或雪量、从区域外进入本流域或水体的地表水和地下水入流量(Qso和Quo),方程式的出流部分包括流域陆面及水体表面蒸发(E)和从本区域或水体流向外区的地表水和地下水出流量(Qso和Quo),所有水量平衡要素都易于发生测验误差和估算误差,即误差项(η),因此,任何水体、任何时段的水量平衡一般形式为:

P+Qsi+Qur-E-Quo±△S土η=0

按系统的空间尺度,大至全球,小至一块陆地、水域或从大气层到地下水的任一层,均可根据上式写出不同的水量平衡方程,根据具体流域的水文地理特征,有的项要删除,有的相则需详细分解,全球水量平衡方程,对全大陆和全海洋分别为:

±SC=PC-Ec-R ±SM=PM-EM+R

其中P、E、R分别为大陆(脚标为C)和海洋(脚标为M)降水量、蒸发量与径流量。P/E和R为水量平衡的主要素。

前苏联李沃维奇(M.I.Lvovitch)在一般水量平衡方程基础上,提出了六要素水量平衡方程组,即:

P=S+G+E R=S+G W=P-S=G+E

其中P、R、E同前,W为地区湿度,G为地下径流,S为地表径流,根据上述水量平衡方程组可求得地下水补给系数Kg=G/W和蒸发系数Ke=E/W=1-Kg。李沃维奇认为水量平衡一般式的最大缺陷是没有反映出土壤水在水量平衡中的巨大作用。六要素水量平衡将径流量分为地表径流和地下径流,引出地区湿度W,进一步揭示水循环的本质,在水文学、土壤学、农学、地理学上都有重要意义。

在1965年国际水文10年(IHD)协调委员会第1次会议上,组建了世界水量平衡工作组(后来改为水量平衡工作组),其职权包括对水量平衡计算方法提出指南。水量平衡工作的第一步是提出一个计算平衡各要素的方案,这项工作首先设立在前苏联国立水文研究所和国际水文10年前苏联国家委员会,由阿柳维巴夫(V.A.Ouryvaev)指导的“水量平衡要素计算方法概要”的论文(1967)经工作组通过,并于1967年提交协调委员会第3次会议。从1965年到1967年起,世界各国对水量平衡的研究都重视起来,到1970年起,在联合国教科文组织(UNESCO)的130个成员中,已有104个成立了国际水文10年国家委员会,1970年7月在英国召开世界水量平衡大会,来自40多个国家的250余名代表参加了此次大会,相互交流了各自的研究成果,会议出版了论文集3册,不仅涉及到各水量平衡要素的计算,各大洲、各个国家、区域的水量平衡,而且涉及海洋、冰川、湖泊、地下水、土壤水等的水量平衡,同时还涉及到一些特殊地域的水量平衡,如喀斯特地区、森林、灌溉农田、岛屿等的水量平衡。1974年前苏联国际水文10个国家委员会出版了World Water Balance and Water Resources of the world一书(俄文版,英文版,1978),这是一部对第1个国际水文10年(1965~1974)研究成果的总结,书中不仅对水量平衡计算方法提出许多建议,而且对全球、大陆、各大洲水量平衡进行了估算,书中的定量数据至今仍是国际上的权威性数据。

中国水量平衡研究紧随国际动态,在全国水量平衡基础上,各大自然区、各省、市、自治区,乃至各县都进行水量平衡研究,为工农业生产提供了基本依据。

近年来,水量平衡问题在学术上和实践上显得愈来愈重要。例如,随着人类社会工业化,大量使用化石燃料,空气中CO2等温室气体浓度增高,造成全球性气候明显变暖,其对全球水文循环、区域水文情势都将产生明显影响。而水资源又与人类生活息息相关,为此国际水文科协(IAHS)、世界气象组织(WMO)、联合国粮农组织(FAO)等许多国际组织都重视这一领域的研究,IAHS阶段四(1995~2004)的研究主题便是“环境变迁中的水文学研究”。

人类的各种活动不仅影响水量平衡结构,区域水文情势,对工农业生产产生影响,而且水量平衡又是水文科学的基本依据。现今在人类活动对水文情势影响研究的主要模型乃是水量平衡模型或源于水量平衡模型。水量平衡与能量平衡方程联立,即水热平衡是现代自然地理学的主要研究方向之一,此外,水量平衡也是盐量平衡、沙量平衡等的基础。

【参考文献】:

1 Sokolov A A, Chapman T G. An International Guide for Research and Practice. The Unesco Press, 1974

2 Symposim on Wored Water Balance (1~3). IAHS Publication 92~94

3 World Water Balance and Water Resources of the Earth Vnesco,1978

4 左大康主编.现代地理学辞典.商务印书馆,1990

(中国科学院、国家计划委员会地理研究所傅国斌助理研究员撰)

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