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水是自然地理环境最基本的组成成分，是地球上分布最广泛的物质之一。整个地球表面的3/4为水所覆盖，这是地球不同于其他行星的主要特征，地球因此被称为“水的行星”。水以液态、固态和气态形式存在于地表、地下和空中，形成了一定形态的聚集体——水体。海洋是地球上最庞大的水体，它与河流、冰川、地下水等陆地水体共同构成了一个连续的不规则的水圈。水是自然地理环境中最活跃的因子，它参与各种自然过程，在自然地理环境的形成和发展演变过程中起着重要作用。水是宝贵的自然资源，是人类生活和生产的重要物质基础。
1.地球上的水分循环
地球上各种形态的水在太阳辐射和地心引力的作用下，通过水分蒸发、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，称为地球上的水分循环。
组成水分循环的上述环节既相互联系、相互影响，又交错并存、相对独立，它们在不同环境条件下形成了不同规模、不同层次的水分循环系统。形成水分循环的内因是水的物理特性，即水在常温状态下的三态转化，它使水分的转移与交换成为可能；外因是太阳辐射和地心引力，太阳辐射促使冰雪融化、水分蒸发、空气流动等，是水分循环的原动力，地心引力能保持地球的水分不向宇宙空间散佚，使凝结的水滴、冰晶得以降落地表，并使地面和地下的水由高处向低处流动。此外，外部环境的不同，如海陆分布和地形的差异，也能影响水分循环的路径、规模和强度。
图8 水分循环示意图
水分循环按其水分运动和交换途径的不同，可分为大循环和小循环两种类型（见上图）。发生于全球海洋和陆地之间的水分循环称为大循环。水分小循环包括海洋水分小循环和陆地水分小循环两种类型。海洋水分小循环是指从海面蒸发升空的水汽冷却凝结后以降水的形式又降落在海洋表面的水分循环过程；陆地水分小循环则是指从陆地表面蒸发的水汽（包括植物蒸腾）冷却凝结后以降水的形式降至陆地表面的水分循环过程。显然，小循环是以水分的垂向交换为主要形式的循环运动。
水循环的发生，使得水圈成为一个动态系统。在水分循环过程中，各种水体的水不断得到更新。水体在参与水分循环过程中全部水量被更新一次所需的时间称为水体的更新周期。地球上各种水体的更新周期见表2-5。水体的更新周期是反映水分循环强度的重要指标，也是反映水体水资源可利用率的基本参数。水体更新周期越短，说明其动态交换速度就越快，该水体在水资源开发利用中的作用就越大。
水分循环是自然地理环境中最主要的物质循环，它不但使地球上的水圈成为一个动态系统，而且将地理环境各个圈层联系起来，深刻地影响着自然地理系统的形成和今后的发展演变过程。水分循环极其深刻地影响着全球的气候，是地球的地貌形态发生重大变化的重要外营力，并使各种水体的水不断得到更新，其中淡水资源的更新对于自然地理环境的形成和生态系统的循环具有极其重要的意义。此外，一个地区水分循环强度及其时空变化，既是造成区域洪涝或干旱的主要原因，又是制约区域生态系统发展演化的关键因素。
2.地球上的水量平衡
地球上的水不会轻易散佚到地球以外的宇宙空间，宇宙空间的水也很少能够来到地球上，因此地球整体可被看做是既无水进、又无水出的封闭系统，地球上的总水量可视为常数。但是，地球上任一水体或任一研究地段，则是既有水进，又有水出的开放系统，其水量会随时变化。水在循环过程中，也遵循着宇宙间的普遍规律——物质不灭定律和质量守恒定律。水量平衡的概念正是以此为基础建立起来的。所谓水量平衡是指任一区域（或水体）在任一时段内，收入水量与支出水量之差必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说是收支平衡的。水量平衡原理是现代水文学的基本理论之一，依此原理列出的水量平衡方程在水文水资源的理论与实践研究中得到广泛的应用。
在水分循环过程中，虽然全球的总水量保持不变，但各种水体的相对数量却在不断地发生变化。据研究分析，自20世纪初至60年代期间，全球气温平均上升了1.2℃，由此增加了冰川消融水量，全球冰川体积平均每年大约减少2.5×1011m3，这些冰川消融水入海后使海平面上升0.7mm。气温升高还增加了一些水体的蒸发量，如陆地上的湖泊蓄水量因蒸发量增加而平均每年减少8×1010m3，所减少的水量又以降水和径流的形式入海，使海平面上升约0.2mm。此外，地下水也因蒸发和被开采每年减少蓄水量3×1011m3，从而引起海平面上升0.8mm。在此期间，世界各地修建了一大批水库，蓄水量超过3×1012m3，引起每年入海径流量减少5×1010m3，海平面相应每年下降0.1mm。由此可知，海平面上升主要是由于气温升高的原因。就全球平均而言，这一时期世界海平面实际上升率为每年1.6mm。