水的自然循环是地球上的水在太阳辐射和重力的作用下，通过蒸发、蒸腾、水汽输送、凝结降水、下渗以及地表径流、地下径流等环节，不断发生水的相态转换而周而复始的运动过程（见图3.1）。引起水的自然循环的内因是水的3 种形态在不同的温度条件下可以相互转化，外因是太阳辐射和地心引力。水分循环是地理环境中最重要、最活跃的物质循环之一，它是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的纽带，并使地球获得淡水资源。地球上各类水体通过水循环形成一个连续统一的整体。

图3.1　水文循环（王铮，1993）

水文循环同时受自然变化和人类活动的共同影响，是一个非常复杂的过程。在地表系统中，降水、地表径流、下渗、土壤水、蒸散发是产流和水分损失的决定性环节。

在水分循环过程中，遵循水量平衡原理，即保持收支平衡。由水量平衡原理可得出水文学上广泛应用的水量平衡方程［70］。

通用水量平衡公式为

或 X＝（Y2－Y1）＋（Z2－Z1）＋（W2－W1）＋（U2－U1）

式中：公式左端是收入的水量，mm，右端是支出的水量，mm。其中，X 为降雨量；Z1 为水汽凝结量；Y1 为地表水流入量；W1 为地下水流入量；Z2 为蒸发量；Y2 为地表水流出量；W2 为地下水流出量；U1、U2 分别为研究时段始末的蓄水量，mm。

全球水量平衡方程为(www.daowen.com)

式中：Z 为多年平均年蒸发量；X 为多年平均年降雨量。

自然水循环由大循环与小循环组成（见图3.2）。发生在全球海洋与陆地之间的水分交换过程称为大循环，又称外循环；发生在海洋与大气之间或陆地与大气之间的水分交换过程称为小循环，后者也称陆地小循环。其中，陆地小循环的情况相对比较复杂，可进一步分为大陆外流区小循环和内流区小循环。外流区小循环除自身垂向的水分交换外，还有多余的水量，以地表径流及地下径流的方式输向海洋，同时，必然有等量的水分从海洋送至陆地，所以还存在与海洋之间的横向水分交换。内流区水循环中，多年平均降水量等于蒸发量，自成一个独立的水循环系统，地面径流并不直接与海洋相沟通，水分交换以垂向为主，仅借助于大气环流运动，在高空与外界之间，进行一定量的水汽输送与交换运动。

图3.2　自然界水分的大循环与小循环

水循环作为地球上最基本的物质循环和最活跃的自然现象，它深刻地影响到全球地理环境，影响生态平衡以及水资源的开发利用。

据计算，地球上所有生物体中含有的水分总量约有1120亿m3，相当于世界河流瞬时贮水量的1/2，它们积极参与了水循环过程，这意味着没有水循环，就不会有生命活动，亦就不存在生物圈。水循环的强度及其时空变化也是制约一个地区生态环境平衡或失调的关键。例如，我国西北地区相对于东南沿海地区生态环境显得比较脆弱，其主要原因之一是该地区水循环强度比较弱。作为水循环过程中重要的环节——地面径流，在陆地上形成了大大小小的沟、溪和河流，同时由于径流长期冲刷地面，侵蚀岩石和土壤，将大量泥沙推送到较低的地区，而形成冲积平原。部分低洼的地方，由于地面水的蓄积而形成湖泊。在某些地面径流流动缓慢的地区，因积水过多而形成沼泽。因此，江河、湖沼均是水循环运动的产物。

假如自然界不存在水循环现象，水资源亦就不能再生。因此，要保证水资源的可再生性与可持续性，就必须限制水资源的开发利用率，也即保证水资源的良性循环。