水循环三维沙盘 · WaterCycle

地球上的水体

地球上的水以海洋水为主，约占全球总水量的 96.5%。陆地上的冰川、地下水、湖泊、河流，大气中的水汽，还有生物体内的水，合起来只占 3.5% 左右。

淡水只占约 2.5%，其中近七成是两极和高山的冰川。人类容易利用的河流水、淡水湖泊水和浅层地下水，不到淡水总量的 0.3%。

点击右侧的水体，沙盘上会标出它的位置。注意比较各水体的更新周期：大气水约 8 天就更新一次，地下水要上千年。

水的三态变化

水在固态（冰、雪）、液态（水）、气态（水汽）之间不断转化，水循环就是靠这些状态变化推动的。

海面和湖面的水吸收太阳辐射的热量，汽化成水汽；水汽上升遇冷，液化成云中的小水滴，在高空更冷的地方直接凝华成冰晶。冬季山地降雪、积雪，春夏积雪和冰川熔化，融水汇入河流。

切换夏季 / 冬季，看雪线怎样升降；拖动“全球变暖”，看冰川和积雪的变化。

海陆间循环

海陆间循环发生在海洋与陆地之间，是最重要的水循环类型：它使陆地上的水不断得到补充，水资源得以再生。

① 蒸发 → ② 水汽输送 → ③ 降水 → ④ 地表径流 / ⑤ 下渗 → ⑥ 地下径流 → 海洋

点击下面的步骤逐个观察，或按分步演示自动播放。下渗和地下径流发生在地下，看沙盘前侧的剖面：雨水穿过土壤到达潜水面，再沿透水层缓慢流向海洋。

三类水循环

按发生的空间范围，水循环分为三类，沙盘上用颜色区分：

海上内循环：海洋水蒸发，在海洋上空凝结后又降回海洋。参与的水量最大。

海陆间循环：海洋与陆地之间的循环，使陆地水不断得到补充、更新。

陆地内循环：陆地上的水通过蒸发和植物蒸腾进入大气，又降落到陆地。山后的内陆盆地是内流区：内流河注入内陆湖，湖水只能靠蒸发离开，参与的水量最小。

下渗与地表径流

雨水落到地面后有三条去路：被植被截留后蒸发，下渗进入土壤，或者形成地表径流。下渗得多，地表径流就少，地下水得到的补给就多。

影响下渗的主要因素：

· 降水强度：雨越急，来不及下渗的越多· 坡度：坡越陡，水流越快，下渗越少· 植被：根系和枯枝落叶层使土壤疏松，下渗增多· 土壤质地：砂土孔隙大、下渗快，黏土下渗慢· 地面硬化：水泥、沥青路面几乎不透水

调节参数后按来一场暴雨，比较右侧的分配比例和流量过程线。

水循环的地理意义

水循环把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈联系在一起：

① 维持全球水量的动态平衡：海洋蒸发的水，通过降水和径流又回到海洋。

② 物质迁移与能量交换：河流把泥沙和溶解物质从陆地搬运到海洋；水汽蒸发时吸热、凝结时放热，把低纬的热量带到高纬，缓解了不同纬度热量收支的不平衡。

③ 塑造地表形态：流水在上游侵蚀出 V 形谷，在下游和河口堆积成冲积平原和三角洲。

④ 使水资源不断更新：淡水被使用后，通过水循环得到补充。

城市化与海绵城市

城市扩张后，农田和绿地变成了建筑、水泥地和沥青路，雨水下渗减少、地表径流增加，又通过排水管网迅速汇入河道：

· 洪峰流量增大，峰现时间提前，城市更容易内涝· 地下水得不到补给，河流枯水期流量减少· 蒸发、蒸腾减少，城市更干热

海绵城市用透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地和雨水花园，让城市像海绵一样“吸水、蓄水、渗水、净水”，需要时再把蓄存的水“释放”出来。

拖动硬化率、打开海绵城市，再来一场暴雨，比较流量过程线。

人类活动的影响

人类活动对水循环影响最大的是地表径流环节，也能影响下渗、蒸发和降水：

· 修建水库：拦蓄洪水、枯水期放水，削峰补枯；库区水面扩大，蒸发增加· 跨流域调水（如南水北调）：改变地表径流的空间分布· 植树造林：增加下渗和蒸腾，减少地表径流和水土流失· 过量抽取地下水：形成地下水降落漏斗，引起地面沉降，沿海地区海水入侵· 人工增雨：向云中播撒催化剂，促使水汽凝结降水

水量平衡

从多年平均看，全球的水量收支是平衡的：

海洋：降水 + 径流入海 = 蒸发陆地：降水 = 蒸发 + 径流

海洋蒸发的水比降回海洋的多，多出的部分随水汽输送到陆地，等于陆地流入海洋的径流量。

对一个流域，在一段时间里：

P = E + R + ΔS

P 为降水，E 为蒸发（含蒸腾），R 为径流，ΔS 为流域蓄水量的变化。多年平均 ΔS ≈ 0。内流区没有径流流出，降水最终全部蒸发：P ≈ E。

随堂检测

沙盘上的箭头已换成字母。读图并回答问题，答完会显示解析。

自由探索

所有参数都已开放。试着组合不同的条件，观察水循环各环节怎样变化：

· 强向陆风 + 夏季：迎风坡暴雨，河流水量大· 冬季：山地积雪，河流靠地下水补给· 毁林 + 高硬化率 + 暴雨：洪峰陡涨· 全球变暖：雪线上升，冰川退缩