水循环的数量表示在给定任意尺度的时域空间中，水的运动（包括相变）有连续性，在数量上保持着收支平衡。平衡的基本原理是质量守恒定律。水量平衡是水文现象和水文过程分析研究的基础，也是水资源数量和质量计算及评价的依据。

水量平衡可与能量平衡结合起来进行研究，即水热平衡的研究。它是现代自然地理学物质与能量交换研究的主要内容之一。水量平衡各要素组合特征（它们的数量和对比关系）构成地理地带划分的物理背景，常用以划分地理区域。因受人类活动影响而出现一系列的环境问题，多数与人们改变了水量平衡有关。

公元前，人类就有了水循环的观念。17世纪时，随着人们对降水量和河流流量的观测增多，促进和加深了人类对水量平衡的认识。当时法国的E.马略特确定了塞纳河的年径流少于年降水量的六分之一。此后，许多学者对全球水量平衡进行了多次计算。20世纪60年代以来，由于开发利用水资源的需要，已逐渐转向对中小尺度区域，包括流域及国家范围内的水量平衡研究。中国各地区水文和水资源的研究中，均包含有水量平衡各要素如降水、蒸发、径流、地下水等和水量平衡的计算。

水量平衡方程式 　水量平衡方程式可由水量的收支情况来制定。系统中输入的水(I)与输出的水(O)之差就是该系统内的蓄水量(△S)，其通式为：

I-O=±△S按系统的空间尺度，大可到全球，小至一个区域；也可从大气层到地下水的任何层次，均可根据通式写出不同的水量平衡方程式。

全球水量平衡方程式可写为：

式中圶c为大陆的降水量；为海洋的降水量；为大陆的蒸发量；为海洋的蒸发量。局部区域可理解为任意给定的空间，如河流、湖泊、冰雪等水体，各大小流域，山区、平原、盆地、农田、城镇、森林、草场等各种自然土地和土地利用的不同地段。还有按自然和行政划分的海洋区域。它们的区域界线可以是闭合的，也可以是非闭合的。从水量交换的角度也可把水量平衡的区域划分为4个自然系统，并可相应列出水量平衡方程式。

大气系统，其水量平衡方程式为：

Ai-+E-P=±△A

式中Ai和 分别为大气层中除降水与蒸发以外的其他收入水量和支出水量；P和E分别为降水量和蒸发量;△A为大气系统中的蓄水量。

流域系统，其水量平衡方程式为：

P-R-E=±△S

式中流域蓄水量 (△S)为降水量(P)减去径流量(R)和蒸发量(E)之差。

土壤系统，其水量平衡方程式为：

P +Cm-R +Si--E=±△W

式中Cm为土壤中的凝结水,Si为由地下水和壤中流形式进入土壤层的水；为由土壤层向下渗入地下水和壤中流形式流出土壤层的水；△W为土壤层中的蓄水量。

地下水系统，其水量平衡方程式为：

αP +Ui--Eu=±△U

式中 α为地下水的降水入渗补给系数；Eu为地下水上升经土壤到地面后的蒸发量；Ui为地下流入系统的水量；为地下流出系统的水量；△U为地下的蓄水量。

以上 4个系统的水量平衡可以相互结合列成联立方程，用于水循环或水量交换的研究。对于特定区域、空间层或水体的水量平衡方程可视具体的条件列出。

由大洋和大陆的水量平衡组成的全球水量平衡,是全球水循环的定量描述。这种描述从1905年开始以后,不同的学者提出的估算值都不相同（表1）。 　从资料的系列和数量看，近期的估算值比较接近实际。全球的水量平衡要素中，大洋与大陆不同，前者蒸发量大于降水量，其差值作为大陆水体的来源，参加降水过程；后者则是降水量大于蒸发量，其差值为径流量，成为大洋水量的收入项之一。在大洋多年平均的水量平衡中，出现了淡水平衡的概念，年平均大洋淡水平衡可用下式表示：

P +R-E=0

式中P为年降水量；R为大陆入海年径流量;E为年蒸发量。在大洋的海冰中还包含着大量的淡水。大陆湖泊、水库、地下水及大陆冰川的蓄水变化，均会导致海平面的升降，对地球的生态环境有重要意义。

大陆水量平衡各洲都不相同，降水量、蒸发量、径流量、入海径流量等收支情况见表（表2 ）。

与世界大陆相比，中国年降水量偏低，但年径流系数均高，这是中国多山地形和季风气候影响所致。中国内陆区域的降水和蒸发均比世界内陆区域的平均值低，其原因是中国内陆流域地处欧亚大陆的腹地，远离海洋之故（表3 ）。

中国水量平衡要素组成的重要界线，是1200毫米年等降水量。年降水量大于1200毫米的地区，径流量大于蒸散发量；反之，蒸散发量大于径流量，中国除东南部分地区外，绝大多数地区都是蒸散发量大于径流量。越向西北差异越大。水量平衡要素的相互关系还表明在径流量大于蒸发量的地区，径流与降水的相关性很高，蒸散发对水量平衡的组成影响甚小。在径流量小于蒸发量的地区，蒸散发量则依降水而变化。这些规律可作为年径流建立模型的依据。另外，中国平原区的水量平衡均为径流量小于蒸发量，说明水循环过程以垂直方向的水量交换为主。