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水文学(英语:Hydrology)属于地理学,研究的是关于地球表面、土壤中、岩石下和大气中水的各种行为,包含水循环、含量、分布、物理化学特性、对物质影响以及与所有生物之间关系的科学。
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水分子借由吸收太阳的辐射能,使其从海水或是陆地蒸发,可因为地面温度过低而直接在蒸发后不久凝结于地表,甚至凝固称做霜,大多数情况蒸发的水分子,或称做水蒸气,上升至高空,因寒冷而凝结成云,再以雨水、雪、冰雹等形式降至海洋、陆地,若降落在寒冷高地则可能形成冰川,或在较为平缓的地势汇集形成湖泊或河流,或是渗入土壤成为地下水,随后河水、湖水、地下水等液态水分子再流入海洋,这当中可能还伴随著蒸发。由于这个过程可以不断的循环发生,因此称为水循环。在水循环的过程中,还必需顾及生物系统对于水资源的迟延作用,同时地表滞留洼蓄、植物截留与中间流的效应也是水循环的一部份。
水平衡是指地表上某一区域,在一定时间之内,水量收入和支出的均衡状态。全球海陆总降水量又与总蒸发量保持平衡,大约57万立方公里。尽管整体来说全球保持水平衡,但不同地区,因为气候的差异,使得水平衡会随著时间、空间产生变化,一般而言,降水量与蒸发量的差额称为迳流量,包括地面水体与地下水。迳流量可以反应一地可用水的盈亏,也就是一个地区是否为剩水区或缺水区,更意味著迳流量的差距,在不同地区会影响人们用水的习惯。例如在以色列,该国因地处副热带高压区,因大量蒸发与缺少降水,尽管约旦河流经而该国,迳流量仍为负值,而在农业上发展出对水的高度节约使用技术,称为“滴灌”。
地球上总水量约有13.8亿立方公里。其中以海水的储量最大,占据96.5%,而人类生活所仰赖的淡水资源,则分布在地下水、河川、湖泊、冰川等分布在陆地上的水体,实际上可以让人类直接利用者为地下淡水、淡水湖、河水,不及世界总水量1%(见下文水体储量表格)在各大陆上,淡水资源分布极为不均,世界上水资源最丰富的地区是赤道区,尤其是南美洲与非洲具有陆地的赤道区,而相对较为干燥的地区,则是副热带高压区,以及温带大陆内部。
水体之中含有化合物,可能包括离子化合物或分子化合物等,一旦这些化合物包含著对人类、动植物或是生态环境带来危害,便称为水污染。例如在河川上游的水库、集水区域,因为人类活动而受到污染时,可能会造成优养化的现象,则会干扰水资源的提供与分配。而下游则会因为工业废水、都市废水等,使得水资源失去了被观赏、游玩、垂钓、生态栖息的功能。
当降水量超过地面的渗入量,过剩的雨水会沿著地表的坡度向海拔较低处流动,经年累月会在地表上刻划出小的纹路或水沟,长期下来会因为持续侵蚀沟道而形成具有固定流道的河流。
水体在地表凹陷处长及积聚,终年不干不涸,且水深在五公尺以上者称为湖泊。分布于外流河流域的湖泊,由于湖水外流,盐类不会堆积,因此多为淡水湖;分布远离海岸的内流河流域之湖泊,盐类积聚容易,多成为咸水湖。
广义地下水指降水渗入地面后,储存在地面以下的水体,包含不饱和带土壤水,和饱和带地下水,后者为狭义地下水。
水体种类 | 储量(千立方公里) | 占总水体千分比 | 占总淡水千分比 | 滞留时间 |
---|---|---|---|---|
海水 | 1,338,000
|
965.3
|
——
|
2500年
|
地下咸水 | 12,870
|
9.3
|
——
|
深层1400年
|
地下淡水 | 10,530
|
7.6
|
300.6
|
深层1400年
|
永冻土底水 | 300
|
0.22
|
8.6
|
10000年
|
土壤水 | 17
|
0.01
|
0.5
|
1年
|
咸水湖 | 85
|
0.06
|
——
|
17年
|
淡水湖 | 91
|
0.07
|
2.6
|
17年
|
沼泽水 | 12
|
0.008
|
0.3
|
5年
|
河水 | 2
|
0.002
|
0.06
|
16天
|
生物水 | 1
|
0.001
|
0.03
|
数小时
|
冰川 | 24,064
|
17.36
|
686.97
|
极地9700年
高山1600年 |
大气水 | 12
|
0.01
|
0.34
|
8天
|
水体总计 | 1,385,984
|
1000
|
——
|
——
|
淡水总计 | 35,029
|
25.3
|
1000
|
——
|
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