浅议专业教材中对水文基本概念“水循环”的定义

刘建华，赵何冰，季海滨，赵新生

（1.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012；2.黄河水利委员会水文局，河南郑州450004）

浅议专业教材中对水文基本概念“水循环”的定义

刘建华1，赵何冰2，季海滨2，赵新生2

（1.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012；2.黄河水利委员会水文局，河南郑州450004）

水循环也称水分循环或水文循环。专业书籍中对“水循环”概念的讲解差异较大。列举部分大学教材与专著作了对比分析，指出了异同。供读者学习或相关书籍再版时参考借鉴。

水文；水循环；蒸发；降水

依据人力资源和社会保障部、水利部制定的《水文勘测工国家职业技能标准》的内容要求编写的《水文勘测工》，是一部专业性、权威性、科学性和实用性强的职业技能培训教材，在水文勘测工职业技能培训等业务中广泛使用，受到读者欢迎。通过阅读，发现该书，对于刚入职水文行业的新人来说，无论是基础知识的获取，还是基本操作的学习，以及技能水平的提高等方面，都是一本不可多得的好教材。在阅读学习过程中，发现该书第2篇基础知识第1章水文基本概念“自然界水循环的概念”一节中，P18的“图2-1-1水文循环过程示意图”的讲解，与相关学科的书籍存在不同。经查阅多部大学教材与专著，发现对“水循环”这一水文基本概念有多种解释，尤其是水循环过程示意图的量化标示数据，差异较大。现列举如下，以就教编者并和读者探讨。

1 概念的定义与论述

1.1 概念的定义

对“水文循环”概念的定义，不同时期的解释存在一些差异。

常锡厚［1］在《人怎样征服水》一书中说，研究风雨的成因，以及蒸发、渗漏、河流、地下水等现象的学问叫做水文，这种循环，叫做水文循环。

施成熙等在《陆地水文学原理》一书中叙述，水在太阳辐射的作用下，不断蒸发成为水汽，上升至空中；由于气流的带动，散布各处，并在适当条件下凝结，以降水的形式落到地面，到达地面的水分，除部分被植物截留和蒸发外，其余均沿地表和地下流动，仍回至河流海洋中，然后再重新进行蒸发、继续运转和流动，这种往复不停的过程，称自然界的水分循环［2］。

徐世大等著《实用水文学》叙述，地球面上之水受日光所晒，化为水汽上升于天空中，遇冷而以液体或固体形态下降，存于地面，再遇热而上升。太阳不停供给能量，水因而活动循环不息，此种现象乃谓之水文循环［3］。

郭雪宝著《水文学》叙述，地球上的水吸收了辐射于地表的1/4的太阳能并汽化。蒸发（或散发）的水汽随大气流传输，在一定的动力条件下，水汽以降水形式返回地表。降落在陆地表面，形成地表水和地下水，最后以径流形式返回海洋。由于水的三态互变，形成水文要素（蒸发、降水、入渗、径流）间交替转换。这个过程称为水分循环（或称水文循环，水循环）［4］。

甄文超著《气象学与农业气象学基础》叙述，在地气系统中，水分蒸发、凝结及降水等过程紧密地联系在一起，水从地表（主要从海洋表面）蒸发变为水汽，进入大气中凝结为云进而为雨滴，然后又降落到地表。这种不断往复的过程称水分循环［5］。

陆桂华著书中叙述，水文循环是指地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换周而复始运动的过程［6］。

牛占著书中叙述，在太阳能的作用下，水的这种不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的转化、迁移和交替的往复循环过程称为水文循环（也称为水分循环）［7］。

王文川著书中叙述，地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环［8］。

宋孝玉等著书中叙述，地球表面的各种水体，在太阳辐射作用下，从海洋和陆地表面蒸发，上升到空中，并随空气流动，在一定条件下，冷却凝结形成降水又回到地面。降水的一部分经地面、地下形成径流并通过江河流回海洋；一部分又重新蒸发，回到空中，继续上述过程。各种水体的这种通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面径流和地下径流的往复循环过程，称为水文循环，也称为水循环［9］。

沈冰等在书中叙述，水文循环是地球上一个重要的自然过程，它通过降水、蒸散发、下渗、地面径流与地下径流等环节，将大气圈、水圈、岩石圈与生物圈联系起来，并在它们之间进行水量和能量交换。正是由于水文循环，大气水、地表水、土壤水和地下水之间才能相互转化，形成不断更新的统一系统。也正是由于水文循环作用，水资源才能够成为可再生资源，才能被人类及一切生物持续利用［10］。

1.2 历史论述

对于水循环，我国古代就有哲理性思考。《庄子·徐无鬼》篇，阐明了水面蒸发现象和河水经风吹日晒而不干涸的原因，是河水有源源不断的补充。《吕氏春秋·圜道》篇，对自然界的水循环现象，给出了富于哲理性的论述：“云气西行，云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休。上不竭，下不满，小为大，重为轻，圜道也。”《吕氏春秋》最先提出水文循环，至今尚为世界学术界所称道［8］。东汉王充在《论衡》一书中论述了水文循环的概念；唐代文学家、哲学家柳宗元，在其名著《天问》中，将古代水循环学说，扩展到水向土中入渗和土壤水蒸发等更高一个层次。所以说，“古代水循环论述，包含了当代水循环理论中五个完整的环节：水汽输送、蒸发、降水、下渗、径流。”［11］。正如英国著名科学史专家李约瑟的名著《中国科学技术史》一书所言，中国古代关于水循环的论述，不仅寓意确切，哲理深远。而且，在提出的时间上，较欧洲要早1700余年。

1.3 现代讲解

水文循环是水文学最基本的原理［12］。全球水平衡及水文循环各过程的年水量研究成果，在文献上进行数值化表示，是在20世纪70年代后期。而被我国作为资料引用的，多是20世纪80年代以后的图表，如表1［13］、图1［14］所示。

表1 地球水平衡数据

图1 水文循环过程图

2 表述差异与分析

2.1 循环量数据类

对水文循环，使用循环过程各种循环量的数值描述，《水文勘测工》P18“图2-1-1水文循环过程示意图”如图2所示。

图2 水文循环过程示意图

此类描述形式选取下列三部书籍为例。

郝树堂编著高等学校教材《工程水文学》（2009年），第10页“图2-1水文循环示意图”；王金亭主编全国水利水电类高职高专统编教材《工程水力水文学》（2008年），第152页“图7-1水文循环”［15］；杨文利主编《水利概论》（2012年），第2页“图1-1水循环示意图”［16］。

2.2 循环量相对量类

（1）对水文循环，图中数值表示各种循环量的年水量与降到陆地表面的年降水量的相对量（以百分比表示），如图2所示。

此类表述方式还有下列书籍等文献。

任树梅主编《普通高等教育“十一五”国家级工规划教材工程水文学与水利计算基础》（2008年），第8页“图2-1水文循环过程图”；［美］David R. Maidment主编，张建云、李纪生等译《水文学手册》（2002年），第6页“图1.2.1水文循环”等，属于此类。

（2）以循环过程中降水量或蒸发量相对总量的百分比表示，如图3所示。

曲仲湘，吴玉树等《植物生态学第2版》（1983），第276页“图14-16地球水循环过程”［17］；胡庆永《农业环境保护概论》（1986），第21页“图5地球水循环过程”等，属于此类。

图3 地球水循环过程

2.3 其他数值类

此类表述与“2.1循环量数据类”类似。不同的是，数据存在较大差异。

（1）陆桂华著《水文循环过程与定量预报》（2010年），第1页“图1.1水文循环及全球水量平衡示意图”，如图4所示。

图4 水文循环及水量平衡示意图

（2）姜弘道主编《水利概论》（2010年），第9页“图1-5水文循环示意图”［18］，如图5所示。

图5 水文循环示意图

（3）宋志伟主编《普通生物学生命科学导论》（2006年），第292页“图8-9地球水循环过程”［19］，如图6所示。

图6 地球水循环过程示意图

（4）石玉林主编《中国工程院院士文库资源科学》（2006年），第121页“图6-6地球的水循环过程”［20］，如图7所示。

图7 地球的水循环过程示意图

2.4 表格形式类

（1）李汝燊《自然地理统计资料新编第2版》（1984），第416页“167地球水平衡”，如表1所示。

（2）中国技术经济研究会《技术经济手册水利卷》（1990），第841页“表14-18全地球水平衡”［21］，如表2所示。

表2 全地球水平衡统计表

2.5 无数值类

例如任树梅，李靖主编《工程水文与水利计算》（2005年），第14页“图2-1水循环示意图”，如图8所示。

“水文循环”的讲解，在相关专业教材或专著中，还有其他格式。前文所列举的只是部分图例，鉴于亦能说明问题和限于篇幅，本文不再赘述。

图8 水循环（无数据标示）示意图

2.6 数值解析

2.6.1 表述形式一的数据

图2数据。（1）降水总量为45.8+11.9=57.7（万km3），其中海洋占总量的79.4%，陆地占总量的20.6%；

海洋降水：陆地降水=45.8/11.9=3.85（倍）。（2）蒸发

总量为50.5+7.2=57.7（万km3），其中海洋占总量的87.52%，陆地占总量的12.48%；

海洋蒸发：陆地蒸发=50.5/7.2=7.01（倍）。

2.6.2 表述形式二的数据

（1）图1数据

海洋降水：陆地降水=385/100=3.85（倍）。海洋蒸发：陆地蒸发=424/61=6.95（倍）。（2）图3数据海洋降水：陆地降水=77/23=3.35（倍）。海洋蒸发：陆地蒸发=84/16=5.25（倍）。

2.6.3 表述形式三的数据

（1）图4数据

①降水

总量为385+111=496（×103km3），其中海洋占总量的77.62%，陆地占总量的22.38%；

海洋降水：陆地降水=385/111=3.47（倍）。②蒸发

总量为425+71=496（×103km3），其中海洋占总量的85.69%，陆地占总量的14.31%；

海洋蒸发：陆地蒸发=425/71=5.99（倍）。

（2）图5数据

①降水

总量为458000+110000=568000（km3），其中海洋占总量的80.63%，陆地占总量的19.37%；

海洋降水：陆地降水=458000/110000=4.16（倍）。

②蒸发

总量为502800+65200=568000（km3），其中海洋占总量的88.52%，陆地占总量的11.48%；

海洋蒸发：陆地蒸发=502800/65200=7.71（倍）。

（3）图6数据

①降水

总量为410+108=518（×106m3），其中海洋占总量的79.15%，陆地占总量的20.85%；

海洋降水：陆地降水=385/111=3.47（倍）。

②蒸发

总量为456+62=518（×106m3），其中海洋占总量的88.03%，陆地占总量的11.97%；

海洋蒸发：陆地蒸发=456/62=7.35（倍）。

注：图7中数据有误，因为标示单位为106m3。换算一下，无论降水或蒸发总量为518×106m3= 0.518×109m3=0.518km3。明显的数据错误，可能是编、审、印多环节疏漏。

（4）图7数据

①降水

总量为324+99=423（×103km3），其中海洋占总量的76.60%，陆地占总量的23.40%；

海洋降水：陆地降水=324/99=3.27（倍）。

②蒸发

总量为360+62=422（×103km3），其中海洋占总量的85.31%，陆地占总量的14.69%；

海洋蒸发：陆地蒸发=360/62=5.81（倍）。

2.6.4 表述形式四的数据

（1）表1数据

①降水

总量为411600+108400=520000（km3），其中海洋占总量的79.15%，陆地占总量的20.85%；

海洋降水：陆地降水=411600/108400=3.80（倍）。

②蒸发

总量为448900+71100=520000（km3），其中海洋占总量的86.33%，陆地占总量的13.67%；

海洋蒸发：陆地蒸发=448900/71100=6.31（倍）。

（2）表2数据

①降水

总量为458+119=57.7（万亿m3），其中海洋占总量的79.4%，陆地占总量的20.6%；

海洋降水：陆地降水=458/119=3.85（倍）。②蒸发

总量为505+72=577（万亿m3），其中海洋占总量的87.52%，陆地占总量的12.48%；

海洋蒸发：陆地蒸发=505/72=7.01（倍）。

2.6.5 数据统计与分析

（1）数据统计

前一节中，对“水文循环”图例所列数据，进行了初步计算，结果统计见表3。海洋数据与陆地数据对比情况见表4。

表3 水循环量数据表

表4 海洋数据与陆地数据对比

（2）数据分析

从表3和表4可以看出，图2示意图标示各循环量数据与表2统计表所列水量数据一致。

而其他不同文献，对水循环中各环节水量的标识不一致。也就是说，不同的教材与专著中，由于依据的资料来源不同，对“水文循环”概念的讲解与水循环过程水量数据的标注，存在较大差异。有的数据出现错误，例如图7，“错误”的数据被多版本教材引用。

3 结语

对于水文循环的学习，一般读者，无可参阅相关资料时，只能依赖书本。不同的教材与专著中，对“水文循环”概念的讲解存在不同，还有错误。学习时应当引起注意。

对于同一科学名词，概念的定义应当科学、权威。本文所引用参考文献为大学教材或专著，对水文循环过程示意图的标注，差异较大。对于读者，无所适从、难辨真伪。所以，作为“问题”提出，与编者商榷，与读者探讨。希望引起重视，相关书籍再版修订时勘正错误，统一数据。

所列书籍本身无“错误”。建议教学与阅读过程中，多做分析研究，有助于知识的传授和获取以及专业技能的提高。

［1］常锡厚.人怎样征服水［M］.上海：开明书店，1951.

［2］施成熙，梁瑞驹.陆地水文学原理［M］.北京：中国工业出版社，1964.

［3］徐世大，等.实用水文学［M］.台湾：台湾东华书局股份有限公司，1970.

［4］郭雪宝.水文学［M］.上海：同济大学出版社，1990.

［5］甄文超.气象学与农业气象学基础［M］.北京：气象出版社，2006.

［6］陆桂华.水文循环过程与定量预报［M］.北京：科学出版社2010.

［7］牛占.水文勘测工［M］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［8］王文川.工程水文学［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［9］宋孝玉，马细霞.工程水文学（第2版）［M］.郑州：黄河水利出版社，2014.

［10］沈冰，黄红虎.水文学原理［M］.北京：中国水利水电出版社，2015.

［11］陈先德.黄河水文［M］.郑州：黄河水利出版社，1996.

［12］（美）David R.Maidmen t编；张建云，等译.水文学手册［M］.北京：科学出版社，2002.

［13］李汝燊.自然地理统计资料（新编第2版）［M］.北京：商务印书馆，1984.

［14］任树梅.工程水文学与水利计算基础［M］.北京：中国农业大学出版社，2008.

［15］王金亭.工程水力水文学［M］.郑州：黄河水利出版社，2008.

［16］杨文利.水利概论［M］.郑州：黄河水利出版社，2012.

［17］曲仲湘，吴玉树，等编.植物生态学第2版［M］.北京：高等教育出版社，1983.

［18］姜弘道.水利概论［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

［19］宋志伟.普通生物学生命科学导论［M］.北京：中国农业出版社，2006.

［20］石玉林.中国工程院院士文库资源科学［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［21］中国技术经济研究会.技术经济手册水利卷［M］.北京：中国科学技术出版社，1990.

TV11

A

1008-1305（2017）01-0075-06

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

2016-08-05

刘建华（1966年—），男，工程师。