淺議專業(yè)教材中對水文基本概念“水循環(huán)”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(yè)教材中對水文基本概念“水循環(huán)”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(huán)也稱水分循環(huán)或水文循環(huán)。專業(yè)書籍中對“水循環(huán)”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(huán)；蒸發(fā)；降水

依據(jù)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(yè)技能標準》的內(nèi)容要求編寫的《水文勘測工》，是一部專業(yè)性、權(quán)威性、科學性和實用性強的職業(yè)技能培訓教材，在水文勘測工職業(yè)技能培訓等業(yè)務中廣泛使用，受到讀者歡迎。通過閱讀，發(fā)現(xiàn)該書，對于剛?cè)肼毸男袠I(yè)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(fā)現(xiàn)該書第2篇基礎知識第1章水文基本概念“自然界水循環(huán)的概念”一節(jié)中，P18的“圖2-1-1水文循環(huán)過程示意圖”的講解，與相關學科的書籍存在不同。經(jīng)查閱多部大學教材與專著，發(fā)現(xiàn)對“水循環(huán)”這一水文基本概念有多種解釋，尤其是水循環(huán)過程示意圖的量化標示數(shù)據(jù)，差異較大。現(xiàn)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(huán)”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(fā)、滲漏、河流、地下水等現(xiàn)象的學問叫做水文，這種循環(huán)，叫做水文循環(huán)。

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(fā)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(jié)，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(fā)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(fā)、繼續(xù)運轉(zhuǎn)和流動，這種往復不停的過程，稱自然界的水分循環(huán)［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(tài)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(huán)不息，此種現(xiàn)象乃謂之水文循環(huán)［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(fā)（或散發(fā)）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(tài)互變，形成水文要素（蒸發(fā)、降水、入滲、徑流）間交替轉(zhuǎn)換。這個過程稱為水分循環(huán)（或稱水文循環(huán)，水循環(huán)）［4］。

甄文超著《氣象學與農(nóng)業(yè)氣象學基礎》敘述，在地氣系統(tǒng)中，水分蒸發(fā)、凝結(jié)及降水等過程緊密地聯(lián)系在一起，水從地表（主要從海洋表面）蒸發(fā)變?yōu)樗M入大氣中凝結(jié)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(huán)［5］。

陸桂華著書中敘述，水文循環(huán)是指地球上的水在太陽輻射和重力作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)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(fā)、輸送、凝結(jié)、降落、產(chǎn)流、匯流的轉(zhuǎn)化、遷移和交替的往復循環(huán)過程稱為水文循環(huán)（也稱為水分循環(huán)）［7］。

王文川著書中敘述，地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、重力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復始運動的過程，稱為水循環(huán)［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(fā)，上升到空中，并隨空氣流動，在一定條件下，冷卻凝結(jié)形成降水又回到地面。降水的一部分經(jīng)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(fā)，回到空中，繼續(xù)上述過程。各種水體的這種通過不斷蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)、降落、下滲、地面徑流和地下徑流的往復循環(huán)過程，稱為水文循環(huán)，也稱為水循環(huán)［9］。

沈冰等在書中敘述，水文循環(huán)是地球上一個重要的自然過程，它通過降水、蒸散發(fā)、下滲、地面徑流與地下徑流等環(huán)節(jié)，將大氣圈、水圈、巖石圈與生物圈聯(lián)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(huán)，大氣水、地表水、土壤水和地下水之間才能相互轉(zhuǎn)化，形成不斷更新的統(tǒng)一系統(tǒng)。也正是由于水文循環(huán)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(xù)利用［10］。

1.2 歷史論述

對于水循環(huán)，我國古代就有哲理性思考?！肚f子·徐無鬼》篇，闡明了水面蒸發(fā)現(xiàn)象和河水經(jīng)風吹日曬而不干涸的原因，是河水有源源不斷的補充?！秴问洗呵铩む鞯馈菲瑢ψ匀唤绲乃h(huán)現(xiàn)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(huán)，至今尚為世界學術(shù)界所稱道［8］。東漢王充在《論衡》一書中論述了水文循環(huán)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(huán)學說，擴展到水向土中入滲和土壤水蒸發(fā)等更高一個層次。所以說，“古代水循環(huán)論述，包含了當代水循環(huán)理論中五個完整的環(huán)節(jié)：水汽輸送、蒸發(fā)、降水、下滲、徑流。”［11］。正如英國著名科學史專家李約瑟的名著《中國科學技術(shù)史》一書所言，中國古代關于水循環(huán)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(xiàn)代講解

水文循環(huán)是水文學最基本的原理［12］。全球水平衡及水文循環(huán)各過程的年水量研究成果，在文獻上進行數(shù)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(shù)據(jù)

圖1 水文循環(huán)過程圖

2 表述差異與分析

2.1 循環(huán)量數(shù)據(jù)類

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

圖2 水文循環(huán)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(huán)示意圖”；王金亭主編全國水利水電類高職高專統(tǒng)編教材《工程水力水文學》（2008年），第152頁“圖7-1水文循環(huán)”［15］；楊文利主編《水利概論》（2012年），第2頁“圖1-1水循環(huán)示意圖”［16］。

2.2 循環(huán)量相對量類

（1）對水文循環(huán)，圖中數(shù)值表示各種循環(huán)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(guī)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(huán)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(huán)”等，屬于此類。

（2）以循環(huán)過程中降水量或蒸發(fā)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(tài)學第2版》（1983），第276頁“圖14-16地球水循環(huán)過程”［17］；胡慶永《農(nóng)業(yè)環(huán)境保護概論》（1986），第21頁“圖5地球水循環(huán)過程”等，屬于此類。

圖3 地球水循環(huán)過程

2.3 其他數(shù)值類

此類表述與“2.1循環(huán)量數(shù)據(jù)類”類似。不同的是，數(shù)據(jù)存在較大差異。

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

圖4 水文循環(huán)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(huán)示意圖”［18］，如圖5所示。

圖5 水文循環(huán)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(huán)過程”［19］，如圖6所示。

圖6 地球水循環(huán)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(huán)過程”［20］，如圖7所示。

圖7 地球的水循環(huán)過程示意圖

2.4 表格形式類

（1）李汝燊《自然地理統(tǒng)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(shù)經(jīng)濟研究會《技術(shù)經(jīng)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(tǒng)計表

2.5 無數(shù)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(huán)示意圖”，如圖8所示。

“水文循環(huán)”的講解，在相關專業(yè)教材或?qū)Ｖ?，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(huán)（無數(shù)據(jù)標示）示意圖

2.6 數(shù)值解析

2.6.1 表述形式一的數(shù)據(jù)

圖2數(shù)據(jù)。（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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=50.5/7.2=7.01（倍）。

2.6.2 表述形式二的數(shù)據(jù)

（1）圖1數(shù)據(jù)

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

2.6.3 表述形式三的數(shù)據(jù)

（1）圖4數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=425/71=5.99（倍）。

（2）圖5數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=502800/65200=7.71（倍）。

（3）圖6數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=456/62=7.35（倍）。

注：圖7中數(shù)據(jù)有誤，因為標示單位為106m3。換算一下，無論降水或蒸發(fā)總量為518×106m3= 0.518×109m3=0.518km3。明顯的數(shù)據(jù)錯誤，可能是編、審、印多環(huán)節(jié)疏漏。

（4）圖7數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=360/62=5.81（倍）。

2.6.4 表述形式四的數(shù)據(jù)

（1）表1數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=448900/71100=6.31（倍）。

（2）表2數(shù)據(jù)

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(fā)

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(fā)：陸地蒸發(fā)=505/72=7.01（倍）。

2.6.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

（1）數(shù)據(jù)統(tǒng)計

前一節(jié)中，對“水文循環(huán)”圖例所列數(shù)據(jù)，進行了初步計算，結(jié)果統(tǒng)計見表3。海洋數(shù)據(jù)與陸地數(shù)據(jù)對比情況見表4。

表3 水循環(huán)量數(shù)據(jù)表

表4 海洋數(shù)據(jù)與陸地數(shù)據(jù)對比

（2）數(shù)據(jù)分析

從表3和表4可以看出，圖2示意圖標示各循環(huán)量數(shù)據(jù)與表2統(tǒng)計表所列水量數(shù)據(jù)一致。

而其他不同文獻，對水循環(huán)中各環(huán)節(jié)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(jù)的資料來源不同，對“水文循環(huán)”概念的講解與水循環(huán)過程水量數(shù)據(jù)的標注，存在較大差異。有的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，例如圖7，“錯誤”的數(shù)據(jù)被多版本教材引用。

3 結(jié)語

對于水文循環(huán)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(huán)”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(quán)威。本文所引用參考文獻為大學教材或?qū)Ｖ瑢λ难h(huán)過程示意圖的標注，差異較大。對于讀者，無所適從、難辨真?zhèn)?。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(tǒng)一數(shù)據(jù)。

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(yè)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(yè)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(nóng)業(yè)氣象學基礎［M］.北京：氣象出版社，2006.

［6］陸桂華.水文循環(huán)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(tǒng)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(nóng)業(yè)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(tài)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(nóng)業(yè)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(shù)經(jīng)濟研究會.技術(shù)經(jīng)濟手冊水利卷［M］.北京：中國科學技術(shù)出版社，1990.

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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。