第2章 气候 降水与洪水(1)

洪水灾害是自然界一种极其常见的自然现象，它的形成不是一朝一夕就可以完成的，而是有一个过程，要想更清楚地知道洪水的形成过程，首先，我们来了解气候与降水的关系。

地球上的水资源地球上的水资源众所周知，地球是一个蓝色的星球，水是地球上最主要的组成部分，也是最重要的物质。在地球上，海洋的面积约占地球总表面积的71％，它们不仅参与、促进地理环境的形成与发展，也推动了生物文明的产生与变革。

地球上水的循环从来没有停止过，海洋是这个庞大水圈家族的最重要成员，大约97％的水在海洋中，其余的3％是河流、湖泊、地下水、大气水分和冰。若把这3％再来进行分配，那么在冰川里储存着77％的水，地下水占22％的比例，而江河湖泊中的水则占不到1％。虽然这不到1％的水看起来比例非常小，但是其对自然界的力量和对人类的功用却不可小觑。

河流中的水资源由涌出地面的地下水和降水组成，这些水首先汇集于低洼处，受地球重力的作用形成洼地流动，然后顺着天然的泄水通道流淌下来，由此可见河流这个词是河槽和水流的总称，河流还起着输水、输沙的作用。

1.河流给人类带来的利弊

（1）河流

汇集在地面低洼处的地下水或大气降水，在重力作用下，周期性地或经常地沿流水本身形成的洼地流动，就是河流。河流是水流与河槽的总称，是在一定的地质和气候条件下形成的天然泄水通道。河流是输沙、输水的通道，河流的集合是水系，河流的集水区域是流域。

洪水的形成过程、产生和泄洪规律受到河流、水系与流域的共同影响。所谓水系是众多河流的集合，流域是河流的集水区域。一条发育成熟的天然河流，一般由河源、上游、中游、下游和河口五个部分组成。

常见的河源有溪涧、泉水、冰川、湖泊或沼泽等；上游是河源的延续，也就是整体的河流上段部分，多在峡谷深山，河槽深浅不一，河道较窄，水流量小，落差大，最易形成急流和瀑布，河谷下切也侵蚀强烈；中游即河流的中段，流经地段一般多为丘陵岗地或部分平原地带，河面宽阔，河床坡度较缓，河水流量较大，水位落差较小。下游是河流的下段，流经地带多为冲积平原，河道虽宽，但是浅，水流量大，流速平缓，河势易发生变化；河口也就是河流的终点了，河水由此流入海洋，或是湖泊、水库等地方。

区域降雨形成的水，通过不同渠道，最后汇入河流，那么这个区域就是该河流的流域盆地。一般河流越长，流域面积也就越大。流域的分界线通常位于山区，叫做分水岭。

河床的坡度也叫做河床梯度，是河流的重要特征之一，河床坡度是用一段河床的垂直落差（米）与水平距离（千米）的比值表现出来的。

一般情况是河流上游的河床坡度较大，越来越小，至河口段坡度为最小。

水流速度也是如此，上游流速快，落差也很大，到了下游变得逐渐平缓。随河水冲积下来的泥沙沉积明显，两岸也多为冲积平原。

亚马孙河、尼罗河、长江、密西西比河和黄河同为世界五大河流。

其中亚马孙河是流域最广、流量最大的河流，居世界首位。全长6400千米，流域面积705万平方千米，每年入海水量达到6600立方千米，占世界河流总入海水量的1/6。

我国境内也有7大河流，分别是：长江、黄河、松花江、珠江、淮河、海河、辽河。其中长江全长6397千米，流域面积超过180万平方千米。

（2）泥沙

河流在不断的运动过程中，不仅仅输送水体，还有大量的泥沙和化学物质等固体物质，这其中泥沙占90％，其他物质占10％。由此可见，河流也是自然物质循环的重要通道。据科学统计，全世界的河流每年要向海洋输送水量数万立方千米和数十亿吨的固体物质。尤其是在洪水季节，或是流经水土流失严重的区域，如黄河，如果是在洪水季节流经黄土高原，两个条件同时存在，这时的泥沙等悬浮物所占的比例就会大大增加，每吨水中固体物质的含量高达30千克。

河水的流速和固体物质的颗粒大小直接影响到河流的输运能力。

流速越快，输运固体物质的能力就越强，固体物质的颗粒越小就越容易被输运；同样的流速下，固体物质越大就越不容易被输运。

一般情况下，河流的上游地区，地形较为陡峭，河道相对来说也比较狭窄，河床坡度比较大，岩石和土壤不断被湍急的河水侵蚀，从而形成峻峭的峡谷；但是河流的中下游地区，情况就有所不同，河床越来越宽，河流速度变慢，搬运能力下降，河水所携带的泥沙等固体物质就慢慢沉积下来。例如，黄河到了下游水流速度变缓，不能再输运大量的固体物质，故而固体物质沉积下来，形成了今日的“地上悬河”。

河流在同一地点的不同季节，搬运能力也有所不同，汛期河流流量大，流速高，沉积在河床底部的泥沙则会被冲走；非汛期河流流量小，流速也较低，河水输沙能力下降，颗粒较大的泥沙便会在河床上沉积。

（3）冲积平原

我们的地球地壳在不断地变化，长期以来地壳的沉降区域，不断地接受着四周高地剥蚀下来的碎屑物质，这些碎屑物质大多由河流输运而来，渐渐把高低不平的洼地填埋得平坦起来，最终形成了平原。冲积平原的形成，从名字上便可略知一二，是因河流输运的固体物质沉积而形成。比如，广阔的河漫滩平原、三角洲平原都是冲积平原。

其实，世界上的大平原绝大多数是冲积平原。例如，南美洲的亚马孙平原，面积为560万平方千米，是世界上最大的冲积平原。我国的华北平原也是由黄河、淮河和海河等大河合力冲积而成。自第三纪以来华北平原持续沉降，而每年经黄河的输运来自黄土高原的泥沙近16亿吨，久而久之在下游囤积而成一个大平原，沉积层厚数百米至上千米不等，总面积约为30万平方千米。

在平原的形成过程中，洪水在其中起着重要的作用。每当汛期来临，洪水来袭，水流量增大，流速高，洪水夹带着大量的固体物质奔流而下，直至平原，冲溃防堤时，河流水量急剧减小，流速也随之减缓，因而固体物质便会沉积下来，慢慢地形成冲积平原。

冲积平原由洪水冲积而成，也是洪水泛滥的多发区。因为地势平坦，土地肥沃，人类多喜欢在这样的条件下生存和发展，当人类聚集于此时，于是，洪水这种正常的自然现象也转变成为威胁人类的灾难。

综合上述可知，人类要在由河流造就而成的冲积平原上繁衍生息，就必定无法避免与洪水的斗争。

2.自然界的水循环

为什么天上的雨下不完，江河里的水流不尽，海洋里的水又不会干枯？这都是因为水的循环。

地球上的水可分为三大类型：

一种叫大气水，包括雨水、雪花及大气中的水蒸气等；另一种叫地表水，如江河湖海中的水；再一种称为地下水，如土壤、岩石中的水。

大气水、地表水、地下水相互联系，形成一个连续的水圈。这个水圈中的各种水一直在不停地运动着，通过蒸发、冷凝、降水等连续不断地循环运动，科学上称之为水的循环。

水的循环运动每时每刻都在全球范围内进行着，它可以发生在海洋与海洋上空之间，陆地与陆地上空之间，也可以发生在海洋和陆地之间。水的循环过程可分为以下三个步骤。

一是蒸发和升腾的水分子进入大气。水分子吸收太阳辐射后，从海洋、湖泊、江河及潮湿的土壤表面等蒸发到大气中去；生长在地表的植物，通过茎叶的蒸发将水扩散到大气中，植物的这种蒸发作用称为蒸腾。通过蒸发和蒸腾的水，水质都得到了纯化。

二是以降水形式返回地面。水分子进入大气后，变为水汽随气流运动，在运动过程中，遇冷凝结形成降水，以雨或雪的形式降落到地面。降水给地球带来淡水，是陆地水资源的根本来源，养育了地球上的生灵万物，同时降水还能使空气净化，把一些污染物从大气中洗去。

三是重新返回蒸发点。当降水到达地面后，一部分渗入地下，补给地下水；另一部分流向低洼的湖泊或补给河流，最后干流归海，水又回到海洋、河流、湖泊等蒸发点。

这就是自然界的水循环。

推动水循环的动力是太阳辐射，太阳辐射促使地面增热、海水蒸发、冰雪消融、大气流动等等。据科学家估计，地球接受的太阳能约有23％消耗于海洋表面和陆地表面的蒸发上，当水汽凝结时，这些能量又重新释放出来。

自然界的水循环，从长期的观察来看，大体上是平衡不变的：全球海洋表面和陆地表面的总蒸发量等于海洋表面和陆地表面的总降水量。但是，这种自然状态的水循环，有时会因大面积森林砍伐、修筑水库等人为因素的影响而有所变化。

水循环是自然界最重要的物质循环之一。由于水的循环，使水得到净化。当水通过蒸发、蒸腾进入大气时，大部分杂质留了下来，雨水到了地面经过砂石的过滤和沉淀，成为洁净的水源。由于水的循环，使全球的水量和热量得到均衡调节。

也正是由于水的循环，才使得自然界气象万千、生机盎然。假如水的循环停止，将再也看不到电闪雷鸣，再也没有阴、晴、雨、雪，当然，大自然的一切也将不会存在。

3.水对农业、工业的重要性（1）水是农业的命脉水是农作物生长的基本条件之一。要保证农作物的正常生长发育，必须根据不同作物对水分的需求，适时适量地供应水分。

水分是作物的重要营养物质，所有植物体中都程度不同地含有一定量的水分，蔬菜中水分的比重较大，如马铃薯中水分占70.8％，黄瓜中的水分达90％以上。粮食作物中的水分则较少，如稻谷中水分占10.6％，大豆中水分占9.8％。

几乎所有的作物生长发育过程都和水密切相关，种子的萌发和庄稼的生长，都需要有充足的水分。

根据科学的测定，生产1吨小麦需要1500吨水，生产1吨棉花需要1万吨水。一株玉米，从它出苗到成熟，所消耗的水分达200公斤以上。“水是农业的命脉”，生动说明了水在农业环境中的重要作用。

种子播入农田后，土壤里要有一定的含水量，使种子体积膨胀，外壳破裂。与此同时，子叶里储藏的营养物质溶解于水，并借助水分转运给胚根、胚轴、胚芽，使胚根伸长发育成根，胚轴伸长拱出土面，胚芽逐渐发育成茎和叶，这样种子萌发成幼苗。要使幼苗茁壮成长，开花结果，仍要供给充分的水分。

水是植物跟外界环境作物质交换所不可缺少的，农作物只有在水分充足时才能够进行正常的生命代谢活动。土壤里的营养物质溶解在水里才能够被庄稼吸收，叶子以水和二氧化碳作为原料来制造养分；植物体内的各种生理变化在充满了水的细胞里才能进行。如果土壤里缺少水分，那么叶子就无法制造养分，庄稼也不能生长发育，甚至枯死。

所以说水是使庄稼正常生长、丰收高产的最重要条件。

农作物吸收的水分大部分消耗在蒸腾上，据观测，夏天一片叶子在1小时里所蒸发的水分，比它本身原有的水分还要多。植物蒸发水分是重要的生理过程，旺盛的蒸发可加速根对水分的吸收，土壤里的养分可随水流被带入植物体内，再转移到体内各部分去，供其生长发育的需要。另外，水分还参与调整植物的体温，维持它和气温的平衡，以免受害。

水分不足，会影响作物生长，导致作物产量下降。若土壤中水分不足，就要予以灌溉来补充水分。

人们常见的水稻、小麦、玉米、黄瓜、白菜、西红柿等栽培作物，其需水量与有效降水量之间的差异，主要依靠人工灌溉来补充，特别是在比较干旱的地区，更需要定期灌溉。灌溉农田具有明显的增产效果，是目前水资源的主要用途之一。据统计农田灌溉的水量不仅超过生活用水量，而且远远超过工业用水量，在世界上比较落后的农业国更是如此。

（2）水是工业的血液

水是工业的血液，任何工业生产都离不开水，可以毫不夸大地说，几乎没有一种工业能不用水，没有水，工厂就不能开工。

水是一种最优良的溶剂，它不仅能溶解很多物质，而且还可用于洗涤、冷却和传送等方面。由于水具有多方面得天独厚的性质，因此在工业上得到极为广泛的应用。

工业上用得最多的是冷却用水。

由于水具有比其他液体物质大得多的热容量，可储藏较多的热量，并且水价格低廉，取用方便，因而使之成为工业部门用量最大、最经济实惠的一种冷却剂。冷却用水在工业生产过程中可以带走生产设备多余的热量，以保证生产的正常进行。

在火力发电、冶金、化工等工业部门冷却水用量都很大。一个40万千瓦的热电厂，大概需要20多个流量的水，即需要每秒流过某一断面的水量为20立方米。钢铁厂每生产1吨钢，需耗用200吨的冷却水；合成氨化工厂每生产1吨氨，则需要冷却水480吨左右。一个工业发达的地区，冷却用水量一般可占工业用水总量的70％左右。不过冷却水可以重复使用，而且对水质一般影响不大，这样可减少水的消耗量。

另一种工业用水是产品用水。

它在生产过程中与原料或产品掺杂在一起，有的成为产品的一部分，有的只是生产过程中的一种介质，如在食品工业中的酿酒、制醋、生产酱油、制造饮料等，水都成为产品的组成部分，这些工业对水的质量要求十分严格。在造纸、印染、化工、电镀等工业中也有产品用水。

这些水用过之后会含有大量的有害物质，如不进行处理，可能造成严重的水体污染。这种工业用水的重复利用率很低，耗水量也很大。如一个50万纱锭的纺织印染厂，日需水量在5000吨以上；每生产1吨人造纤维，用水量在1000吨以上；造纸工业也是用水大户，每生产1吨纸，可消耗500吨左右的水。

再一种就是动力用水，即以水蒸气推动机器或汽轮机运转。这主要应用在一些机械、动力、开采等行业。动力用水对水质要求不高，可以循环使用，真正的耗水量也不是很大。

此外，还有用来调节室内温度、湿度的空调用水，用于洗涤、净化的技术用水以及厂区绿化所需要的水等也要消耗掉相当一部分水。

近年来，随着工业的迅速发展，对水资源的需求也在急剧地增长。

据统计，工业用水一般占城市用水总量的80％，它是造成许多地区水资源供需矛盾日益尖锐的主要因素，更是许多城市出现“水荒”的原因之一。因此，必须加强工业用水管理。

气候对降水的影响气候对降水的影响气候变化是指气候平均状态在统计学意义上的显着改变或者持续较长一段时间（典型为10年或更长）的气候变动。

气候变率是指气候的平均状态和其他统计量（譬如标准偏差、极端事件出现的频数），在各种时间和空间尺度上的自然变化。也就是气候在一段时间内的自然波动。