淺議專業教材中對水文基本概念“水循環”的定義

劉建華，趙何冰，季海濱，趙新生

（1.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇南京210012；2.黃河水利委員會水文局，河南鄭州450004）

淺議專業教材中對水文基本概念“水循環”的定義

劉建華1，趙何冰2，季海濱2，趙新生2

（1.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇南京210012；2.黃河水利委員會水文局，河南鄭州450004）

水循環也稱水分循環或水文循環。專業書籍中對“水循環”概念的講解差異較大。列舉部分大學教材與專著作了對比分析，指出了異同。供讀者學習或相關書籍再版時參考借鑒。

水文；水循環；蒸發；降水

依據人力資源和社會保障部、水利部制定的《水文勘測工國家職業技能標準》的內容要求編寫的《水文勘測工》，是一部專業性、權威性、科學性和實用性強的職業技能培訓教材，在水文勘測工職業技能培訓等業務中廣泛使用，受到讀者歡迎。通過閱讀，發現該書，對于剛入職水文行業的新人來說，無論是基礎知識的獲取，還是基本操作的學習，以及技能水平的提高等方面，都是一本不可多得的好教材。在閱讀學習過程中，發現該書第2篇基礎知識第1章水文基本概念“自然界水循環的概念”一節中，P18的“圖2-1-1水文循環過程示意圖”的講解，與相關學科的書籍存在不同。經查閱多部大學教材與專著，發現對“水循環”這一水文基本概念有多種解釋，尤其是水循環過程示意圖的量化標示數據，差異較大?，F列舉如下，以就教編者并和讀者探討。

1 概念的定義與論述

1.1 概念的定義

對“水文循環”概念的定義，不同時期的解釋存在一些差異。

常錫厚［1］在《人怎樣征服水》一書中說，研究風雨的成因，以及蒸發、滲漏、河流、地下水等現象的學問叫做水文，這種循環，叫做水文循環。

施成熙等在《陸地水文學原理》一書中敘述，水在太陽輻射的作用下，不斷蒸發成為水汽，上升至空中；由于氣流的帶動，散布各處，并在適當條件下凝結，以降水的形式落到地面，到達地面的水分，除部分被植物截留和蒸發外，其余均沿地表和地下流動，仍回至河流海洋中，然后再重新進行蒸發、繼續運轉和流動，這種往復不停的過程，稱自然界的水分循環［2］。

徐世大等著《實用水文學》敘述，地球面上之水受日光所曬，化為水汽上升于天空中，遇冷而以液體或固體形態下降，存于地面，再遇熱而上升。太陽不停供給能量，水因而活動循環不息，此種現象乃謂之水文循環［3］。

郭雪寶著《水文學》敘述，地球上的水吸收了輻射于地表的1/4的太陽能并汽化。蒸發（或散發）的水汽隨大氣流傳輸，在一定的動力條件下，水汽以降水形式返回地表。降落在陸地表面，形成地表水和地下水，最后以徑流形式返回海洋。由于水的三態互變，形成水文要素（蒸發、降水、入滲、徑流）間交替轉換。這個過程稱為水分循環（或稱水文循環，水循環）［4］。

甄文超著《氣象學與農業氣象學基礎》敘述，在地氣系統中，水分蒸發、凝結及降水等過程緊密地聯系在一起，水從地表（主要從海洋表面）蒸發變為水汽，進入大氣中凝結為云進而為雨滴，然后又降落到地表。這種不斷往復的過程稱水分循環［5］。

陸桂華著書中敘述，水文循環是指地球上的水在太陽輻射和重力作用下，通過蒸發、水汽輸送、凝結降水、下滲以及徑流等環節，不斷地發生相態轉換周而復始運動的過程［6］。

牛占著書中敘述，在太陽能的作用下，水的這種不斷蒸發、輸送、凝結、降落、產流、匯流的轉化、遷移和交替的往復循環過程稱為水文循環（也稱為水分循環）［7］。

王文川著書中敘述，地球上各種形態的水，在太陽輻射、重力等作用下，通過蒸發、水汽輸送、凝結降水、下滲以及徑流等環節，不斷地發生相態轉換和周而復始運動的過程，稱為水循環［8］。

宋孝玉等著書中敘述，地球表面的各種水體，在太陽輻射作用下，從海洋和陸地表面蒸發，上升到空中，并隨空氣流動，在一定條件下，冷卻凝結形成降水又回到地面。降水的一部分經地面、地下形成徑流并通過江河流回海洋；一部分又重新蒸發，回到空中，繼續上述過程。各種水體的這種通過不斷蒸發、水汽輸送、凝結、降落、下滲、地面徑流和地下徑流的往復循環過程，稱為水文循環，也稱為水循環［9］。

沈冰等在書中敘述，水文循環是地球上一個重要的自然過程，它通過降水、蒸散發、下滲、地面徑流與地下徑流等環節，將大氣圈、水圈、巖石圈與生物圈聯系起來，并在它們之間進行水量和能量交換。正是由于水文循環，大氣水、地表水、土壤水和地下水之間才能相互轉化，形成不斷更新的統一系統。也正是由于水文循環作用，水資源才能夠成為可再生資源，才能被人類及一切生物持續利用［10］。

1.2 歷史論述

對于水循環，我國古代就有哲理性思考。《莊子·徐無鬼》篇，闡明了水面蒸發現象和河水經風吹日曬而不干涸的原因，是河水有源源不斷的補充。《呂氏春秋·圜道》篇，對自然界的水循環現象，給出了富于哲理性的論述：“云氣西行，云云然，冬夏不輟；水泉東流，日夜不休。上不竭，下不滿，小為大，重為輕，圜道也?！薄秴问洗呵铩纷钕忍岢鏊难h，至今尚為世界學術界所稱道［8］。東漢王充在《論衡》一書中論述了水文循環的概念；唐代文學家、哲學家柳宗元，在其名著《天問》中，將古代水循環學說，擴展到水向土中入滲和土壤水蒸發等更高一個層次。所以說，“古代水循環論述，包含了當代水循環理論中五個完整的環節：水汽輸送、蒸發、降水、下滲、徑流?！保?1］。正如英國著名科學史專家李約瑟的名著《中國科學技術史》一書所言，中國古代關于水循環的論述，不僅寓意確切，哲理深遠。而且，在提出的時間上，較歐洲要早1700余年。

1.3 現代講解

水文循環是水文學最基本的原理［12］。全球水平衡及水文循環各過程的年水量研究成果，在文獻上進行數值化表示，是在20世紀70年代后期。而被我國作為資料引用的，多是20世紀80年代以后的圖表，如表1［13］、圖1［14］所示。

表1 地球水平衡數據

圖1 水文循環過程圖

2 表述差異與分析

2.1 循環量數據類

對水文循環，使用循環過程各種循環量的數值描述，《水文勘測工》P18“圖2-1-1水文循環過程示意圖”如圖2所示。

圖2 水文循環過程示意圖

此類描述形式選取下列三部書籍為例。

郝樹堂編著高等學校教材《工程水文學》（2009年），第10頁“圖2-1水文循環示意圖”；王金亭主編全國水利水電類高職高專統編教材《工程水力水文學》（2008年），第152頁“圖7-1水文循環”［15］；楊文利主編《水利概論》（2012年），第2頁“圖1-1水循環示意圖”［16］。

2.2 循環量相對量類

（1）對水文循環，圖中數值表示各種循環量的年水量與降到陸地表面的年降水量的相對量（以百分比表示），如圖2所示。

此類表述方式還有下列書籍等文獻。

任樹梅主編《普通高等教育“十一五”國家級工規劃教材工程水文學與水利計算基礎》（2008年），第8頁“圖2-1水文循環過程圖”；［美］David R. Maidment主編，張建云、李紀生等譯《水文學手冊》（2002年），第6頁“圖1.2.1水文循環”等，屬于此類。

（2）以循環過程中降水量或蒸發量相對總量的百分比表示，如圖3所示。

曲仲湘，吳玉樹等《植物生態學第2版》（1983），第276頁“圖14-16地球水循環過程”［17］；胡慶永《農業環境保護概論》（1986），第21頁“圖5地球水循環過程”等，屬于此類。

圖3 地球水循環過程

2.3 其他數值類

此類表述與“2.1循環量數據類”類似。不同的是，數據存在較大差異。

（1）陸桂華著《水文循環過程與定量預報》（2010年），第1頁“圖1.1水文循環及全球水量平衡示意圖”，如圖4所示。

圖4 水文循環及水量平衡示意圖

（2）姜弘道主編《水利概論》（2010年），第9頁“圖1-5水文循環示意圖”［18］，如圖5所示。

圖5 水文循環示意圖

（3）宋志偉主編《普通生物學生命科學導論》（2006年），第292頁“圖8-9地球水循環過程”［19］，如圖6所示。

圖6 地球水循環過程示意圖

（4）石玉林主編《中國工程院院士文庫資源科學》（2006年），第121頁“圖6-6地球的水循環過程”［20］，如圖7所示。

圖7 地球的水循環過程示意圖

2.4 表格形式類

（1）李汝燊《自然地理統計資料新編第2版》（1984），第416頁“167地球水平衡”，如表1所示。

（2）中國技術經濟研究會《技術經濟手冊水利卷》（1990），第841頁“表14-18全地球水平衡”［21］，如表2所示。

表2 全地球水平衡統計表

2.5 無數值類

例如任樹梅，李靖主編《工程水文與水利計算》（2005年），第14頁“圖2-1水循環示意圖”，如圖8所示。

“水文循環”的講解，在相關專業教材或專著中，還有其他格式。前文所列舉的只是部分圖例，鑒于亦能說明問題和限于篇幅，本文不再贅述。

圖8 水循環（無數據標示）示意圖

2.6 數值解析

2.6.1 表述形式一的數據

圖2數據。（1）降水總量為45.8+11.9=57.7（萬km3），其中海洋占總量的79.4%，陸地占總量的20.6%；

海洋降水：陸地降水=45.8/11.9=3.85（倍）。（2）蒸發

總量為50.5+7.2=57.7（萬km3），其中海洋占總量的87.52%，陸地占總量的12.48%；

海洋蒸發：陸地蒸發=50.5/7.2=7.01（倍）。

2.6.2 表述形式二的數據

（1）圖1數據

海洋降水：陸地降水=385/100=3.85（倍）。海洋蒸發：陸地蒸發=424/61=6.95（倍）。（2）圖3數據海洋降水：陸地降水=77/23=3.35（倍）。海洋蒸發：陸地蒸發=84/16=5.25（倍）。

2.6.3 表述形式三的數據

（1）圖4數據

①降水

總量為385+111=496（×103km3），其中海洋占總量的77.62%，陸地占總量的22.38%；

海洋降水：陸地降水=385/111=3.47（倍）。②蒸發

總量為425+71=496（×103km3），其中海洋占總量的85.69%，陸地占總量的14.31%；

海洋蒸發：陸地蒸發=425/71=5.99（倍）。

（2）圖5數據

①降水

總量為458000+110000=568000（km3），其中海洋占總量的80.63%，陸地占總量的19.37%；

海洋降水：陸地降水=458000/110000=4.16（倍）。

②蒸發

總量為502800+65200=568000（km3），其中海洋占總量的88.52%，陸地占總量的11.48%；

海洋蒸發：陸地蒸發=502800/65200=7.71（倍）。

（3）圖6數據

①降水

總量為410+108=518（×106m3），其中海洋占總量的79.15%，陸地占總量的20.85%；

海洋降水：陸地降水=385/111=3.47（倍）。

②蒸發

總量為456+62=518（×106m3），其中海洋占總量的88.03%，陸地占總量的11.97%；

海洋蒸發：陸地蒸發=456/62=7.35（倍）。

注：圖7中數據有誤，因為標示單位為106m3。換算一下，無論降水或蒸發總量為518×106m3= 0.518×109m3=0.518km3。明顯的數據錯誤，可能是編、審、印多環節疏漏。

（4）圖7數據

①降水

總量為324+99=423（×103km3），其中海洋占總量的76.60%，陸地占總量的23.40%；

海洋降水：陸地降水=324/99=3.27（倍）。

②蒸發

總量為360+62=422（×103km3），其中海洋占總量的85.31%，陸地占總量的14.69%；

海洋蒸發：陸地蒸發=360/62=5.81（倍）。

2.6.4 表述形式四的數據

（1）表1數據

①降水

總量為411600+108400=520000（km3），其中海洋占總量的79.15%，陸地占總量的20.85%；

海洋降水：陸地降水=411600/108400=3.80（倍）。

②蒸發

總量為448900+71100=520000（km3），其中海洋占總量的86.33%，陸地占總量的13.67%；

海洋蒸發：陸地蒸發=448900/71100=6.31（倍）。

（2）表2數據

①降水

總量為458+119=57.7（萬億m3），其中海洋占總量的79.4%，陸地占總量的20.6%；

海洋降水：陸地降水=458/119=3.85（倍）。②蒸發

總量為505+72=577（萬億m3），其中海洋占總量的87.52%，陸地占總量的12.48%；

海洋蒸發：陸地蒸發=505/72=7.01（倍）。

2.6.5 數據統計與分析

（1）數據統計

前一節中，對“水文循環”圖例所列數據，進行了初步計算，結果統計見表3。海洋數據與陸地數據對比情況見表4。

表3 水循環量數據表

表4 海洋數據與陸地數據對比

（2）數據分析

從表3和表4可以看出，圖2示意圖標示各循環量數據與表2統計表所列水量數據一致。

而其他不同文獻，對水循環中各環節水量的標識不一致。也就是說，不同的教材與專著中，由于依據的資料來源不同，對“水文循環”概念的講解與水循環過程水量數據的標注，存在較大差異。有的數據出現錯誤，例如圖7，“錯誤”的數據被多版本教材引用。

3 結語

對于水文循環的學習，一般讀者，無可參閱相關資料時，只能依賴書本。不同的教材與專著中，對“水文循環”概念的講解存在不同，還有錯誤。學習時應當引起注意。

對于同一科學名詞，概念的定義應當科學、權威。本文所引用參考文獻為大學教材或專著，對水文循環過程示意圖的標注，差異較大。對于讀者，無所適從、難辨真偽。所以，作為“問題”提出，與編者商榷，與讀者探討。希望引起重視，相關書籍再版修訂時勘正錯誤，統一數據。

所列書籍本身無“錯誤”。建議教學與閱讀過程中，多做分析研究，有助于知識的傳授和獲取以及專業技能的提高。

［1］常錫厚.人怎樣征服水［M］.上海：開明書店，1951.

［2］施成熙，梁瑞駒.陸地水文學原理［M］.北京：中國工業出版社，1964.

［3］徐世大，等.實用水文學［M］.臺灣：臺灣東華書局股份有限公司，1970.

［4］郭雪寶.水文學［M］.上海：同濟大學出版社，1990.

［5］甄文超.氣象學與農業氣象學基礎［M］.北京：氣象出版社，2006.

［6］陸桂華.水文循環過程與定量預報［M］.北京：科學出版社2010.

［7］牛占.水文勘測工［M］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［8］王文川.工程水文學［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［9］宋孝玉，馬細霞.工程水文學（第2版）［M］.鄭州：黃河水利出版社，2014.

［10］沈冰，黃紅虎.水文學原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2015.

［11］陳先德.黃河水文［M］.鄭州：黃河水利出版社，1996.

［12］（美）David R.Maidmen t編；張建云，等譯.水文學手冊［M］.北京：科學出版社，2002.

［13］李汝燊.自然地理統計資料（新編第2版）［M］.北京：商務印書館，1984.

［14］任樹梅.工程水文學與水利計算基礎［M］.北京：中國農業大學出版社，2008.

［15］王金亭.工程水力水文學［M］.鄭州：黃河水利出版社，2008.

［16］楊文利.水利概論［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012.

［17］曲仲湘，吳玉樹，等編.植物生態學第2版［M］.北京：高等教育出版社，1983.

［18］姜弘道.水利概論［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［19］宋志偉.普通生物學生命科學導論［M］.北京：中國農業出版社，2006.

［20］石玉林.中國工程院院士文庫資源科學［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［21］中國技術經濟研究會.技術經濟手冊水利卷［M］.北京：中國科學技術出版社，1990.

TV11

A

1008-1305（2017）01-0075-06

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.024

2016-08-05

劉建華（1966年—），男，工程師。