水文科学水文循环地球上现有约13.9亿立方公里的水，它以液态、固态和气态分布于地面、地下和大气中，形成河流、湖泊、沼泽、海洋、冰川、积雪、地下水和大气水等水体，构成一个浩瀚的水圈
水圈处于永不停息的运动状态，水圈中各种水体通过蒸发、水汽输送、降水、地面径流和地下径流等水文过程紧密联系，相互转化，不断更新，形成一个庞大的动态系统
在这个系统中，海水在太阳辐射下，蒸发成水汽升入大气，被气流带至陆地上空，在一定的天气条件下，形成降水落到地面
降落的水一部分重新蒸发返回大气，另一部分在重力作用下，或沿地面形成地面径流，或渗入地下，形成地下径流，通过河流，汇入湖泊，或注入海洋
从海洋或陆地蒸发的水汽，上升凝结，在重力作用下直接降落在海洋或陆地上
水的这种周而复始不断转化、迁移和交替的现象称水文循环
不过，上述只是全球水文循环轮廓的几笔速写，而水文循环的实际情况要复杂得多
在地面以上平均约11公里的大气对流层顶至地面以下1～2公里深处的广大空间，无处不存在水文循环的行踪
不同纬度带的大气环流使一些地区成为水汽源地，那里蒸发大于降水，而使另一些地区成为水汽辐合区，那里降水大于蒸发；不同规模的跨流域调水工程能够改变地面径流的路径，全球任何一个地区或水体都存在着各具特色的区域水文循环系统，各种时间尺度和空间尺度的水文循环系统彼此联系着、制约着，构成了全球水文循环系统
全球每年约有577000立方公里的水参加水文循环
水文循环的内因，是水在自然条件下能进行液态、气态和固态三相转换的物理特性，而推动如此巨大水文循环系统的能量是太阳的辐射能和水在地球引力场所具有的势能
水文循环是自然界最重要的物质循环之一
它成云致雨，影响着一个地区的气候和生态，塑造地貌和实现地球化学物质的迁移，像链条一样连结着全球的生命，为人类提供不断再生的淡水资源和水能资源
水文循环使我们生活的星球变得生机勃勃
不难想象，倘若没有水和水文循环，我们的星球会像月球一样，是一幅没有生命，寂静荒漠的图景
在一定的气候条件下，从长时期（数十年乃至数百年）考察全球水文循环，可以看到，水文循环的各个要素的水量基本是恒定的
就多年平均而言，全球陆地的年入海水量基本不变，全球的年蒸发量与年降水量大体相等；而在任一局部地区和时段内，收入的水量恒等于支出的水量与蓄水变量之和
水文循环过程中，蒸发、降水、径流等要素间的这种数量关系叫做水量平衡，它是物质不灭定律在水文循环过程中的体现，也是水文科学最基本的原理之一
水在循环过程中的存在和运动的各种形态，例如蒸发、降水、河流和湖泊中的水位涨落、冰情变化、冰川进退、地下水的运动和水质变化等，统称水文现象
水文现象在各种自然因素和人类活动影响下，在空间分布或时间变化上都显得十分复杂
尽管如此，人们经过长期研究，认识到水文现象具有下列特点
第一，在全球水文循环过程中，发生在不同地点不同时间的水文现象并不是各自孤立的，而是在空间上和时间上存在着一定联系的
例如，在空间上，一个地区发生洪水或干旱往往与另一些地区水文现象的异常变化有联系；在时间上，今天的水文现象是昨天的水文现象的延续，而明天的水文现象则是在今天的基础上向前发展的结果
在永无休止的全球水文循环过程中，任何地方任何时候出现的水文现象，都是全球水文现象整体中的一部分和在时间长河中的一幕
第二，水文现象的时间变化过程存在着有周期而又不重复的性质，一般称为“准周期”性质
例如，潮汐河口的水位存在以半个或一个太阴日（24小时50分）为周期的日变化；河流每年出现水量丰沛的汛期和水量较少的枯季，表现出一年内的季变化；通过长期观测可以看到，河流、湖泊的水量存在着连续丰水年与连续枯水年的交替，表现出多年变化
形成这种周期变化的基本原因，是地球的公转和自转，地球和月球的相对运动，还包括太阳活动如太阳黑子的周期性运动的影响
它们导致太阳辐射的变化和季节的交替，使水文现象也出现相应的周期变化
周期变化反映了水文现象的时间变化过程有确定性的一面
然而，水文现象还受众多其他因素的影响
这些因素自身在时间上也不断地变化，并且相互作用和相互影响着
因此，水文现象的周期变化规律并不是十分严格的，表现出既有周期又不重复的特点
例如，河流汛期的水量及其变化过程每年并非一样，河流、湖泊的丰枯水的多年变化周期可以有很大的差异
这种不重复性表明水文现象在时程变化方面存在不确定性的一面
第三，水文现象在地理分布上既存在地带性，又具有局部变化的特点
例如，东亚地区的年雨量和年径流量都存在着随纬度和离海洋距离的增大而自东南向西北逐渐减小的趋势，形成这种趋势的原因是各地的气候条件随地理位置呈有规律的变化
地带性反映水文现象在空间变化方面存在确定性的一面
然而，当某些地区下垫面因素呈现出十分明显的局地性时，水文现象的地带性规律在这些地区会变得模糊甚至被掩盖，而表现出局地变化的特征
例如，岩溶地区的径流特征与它周围地区的径流特征往往迥然不同，这种局地变化反映水文现象在空间变化方面也存在不确定性的一面
值得指出的是，无论在时间上或空间上，水文现象的确定性和不确定性并不是互相排斥的，任何水文现象都同时存在这两方面的性质
只是当某种情况下，更多地表现出确定性规律，而在另一种情况下，更多地表现不确定性的特点
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