第一章　水资源与水利工程

第一节　水资源与水循环

一、水资源与水环境

水是大自然的重要组成物质，是生命的源泉，也是生态环境系统中最活跃和影响最广泛的因素，是国民经济中工、农、林、牧、副业等生产不可替代的重要资源。在世界人口不断增长、城市建设规模不断扩大和工农业生产迅速发展以及人民生活需求不断提高的形势下，各国都把水当作一种宝贵的资源去研究、开发、利用和保护。

水资源是指自然界水循环过程中，大气降水落到地面后形成径流，流入江河、湖泊、沼泽和水库中的地表水以及渗入地下的地下水。水资源在国民经济建设的各行各业中占有重要地位，没有水各项建设事业就没有发展前景。水既是生活资料，又是生产资料，工业生产、农业生产和生活供水都需要大量的水。因为水是推动人类进步和社会发展不可替代的资源，所以水资源的合理利用和科学管理，对人类生存和社会的发展至关重要。

天然水体中蕴藏有大量水能，采用工程措施可将天然水能转化为电能为人类服务。根据世界能源会议的资料，全世界水力资源理论蕴藏量为50.5亿kW，可供开发利用的达22.61亿kW。我国水能资源很丰富，理论蕴藏量为6.76亿kW，可以开发利用的达3.78亿kW，居世界首位。水能具有可再生、清洁和价廉等优点，因而被世界各国广泛利用。据1999年的统计资料，一些发达国家水能资源可开发程度已超过60%，而我国只达到19.3%，因此我国水能资源开发利用潜力巨大。

水既是重要资源又是环境要素，良好的水环境是维持生态平衡的基础条件。无论是自然因素还是人为影响，使水环境退化或恶化，都将引发生态破坏问题，如河湖萎缩、水体污染、地下水衰竭、水土流失、海水入侵以及生物物种减少等。实践证明，人类在对自然进行开发利用的同时，要重视水环境保护，学会与自然和谐相处，不然人类就要受到自然环境的惩罚。

二、地球上的水

地球上海洋水量为13.38亿km3，占地球总储水量的96.5%。陆地水量仅为0.48亿km3，占地球总储水量的3.5%，且大部分在北半球。

在陆地有限的水体中，淡水量只有0.35亿km3，占陆地水储量的73%。其中大部分分布于冰川、多年积雪、南北两极和多年冻土中，真正便于人类利用的水只是其中一小部分，主要分布在湖泊、河流、土壤中以及600m深度以内的含水层中，见表1-1。

由此可见，地球上的淡水资源数量极为有限，需要人类珍惜，任何无节制的开发、利用都可能造成对我们生存环境的破坏。

三、水循环

气态水以雨、雪、雹、霰、露等形式降至陆地或海洋的现象，称为降水；江、河、湖、海及地表以下的水因太阳的热力作用而成气态水升入天空的现象，称为蒸发；地表水浸入土壤或岩层的现象，称为入渗；沿河川流动的水流，称为河川径流。降水、蒸发、径流、入渗等水文现象与市政工程、交通工程、环境工程、水利工程的建设以及人类的生存等关系密切。

地球表面的各种水体，在太阳的辐射作用下，从海洋和陆地表面蒸发上升到空中，并随空气流动，在一定的条件下，冷却凝结形成降水又回到地面，降水的一部分经地面、地下形成径流并通过江河流回海洋；一部分又重新蒸发到空中，继续重复上述过程。这种水分不断交替转移的现象称为水分循环，简称水循环，如图1-1所示。

水循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一，它对地球环境的形成、演化和人类生存都有着重大的作用和影响。正是由于水循环，才使得人类生产和生活中不可缺少的水资源具有可恢复性，使其有别于石油或天然气等不可再生的资源。地球上不会出现水源枯竭，而主要问题是水资源在时间和空间上的分配极不均匀，因此世界上不少地区已经出现水源不足和用水紧张的局面。

四、我国水循环的路径

我国位于欧亚大陆的东部，太平洋的西岸，地处西伯利亚干冷气团和太平洋暖湿气团进退交锋地区。因此，水汽主要来自太平洋，由东南季风和热带风暴将大量水汽吹向内陆形成降水，雨量自东南沿海向西北内陆递减，而相应的大多数河流则自西向东流入太平洋，如长江、黄河、珠江等。其次是印度洋水汽随西南季风进入我国西南、中南、华北以至河套地区，成为夏秋季降水的主要来源之一，径流的一部分自西南一些河流注入印度洋，如雅鲁藏布江等，另一部分流入太平洋。大西洋的少量水汽随盛行的西风环流东移，也能进入我国内陆腹地的水循环。北冰洋水汽借强盛的北风经西伯利亚和蒙古进入我国西北，风力大而稳定时，可越过两湖盆地直至珠江三角洲，但水汽含量少，引起的降水并不多，小部分经由额尔齐斯河注入北冰洋，大部分汇入太平洋。鄂霍茨克海和日本海的水汽随东北季风进入我国，对东北地区春夏季降水起着相当大的作用，其形成的径流注入太平洋。

我国河流与海洋相通的外流区域占全国总面积的64%，河水不注入海洋而消失于内陆沙漠、沼泽和汇入内陆湖泊的内流区域占36%。我国最大的内陆河是新疆的塔里木河。

五、我国水资源的特点

我国多年年平均水资源总量为28124.4亿m3，其中河川多年年平均年径流量为27115.3亿m3，居世界第六位。由于我国人口众多，按人口平均计算，水资源并不丰富，人均年占有水量为2164m3，仅相当于世界人均占有水量的1/5。因此，我国是一个水资源贫乏的国家。

我国地域辽阔，由于南北纬度的差异，东西距海远近的悬殊，加之地形变化复杂，全国降水量的地区分布极不均匀，总的趋势是由东南向西北递减。秦岭、淮河以南年降水量一般在800mm以上，属于湿润和十分湿润地区，其中台湾东北部最大年降水量达6569mm，是我国降水量最多的地区。秦岭、淮河以北年降水量一般小于800mm，属于干旱和半干旱地区，其中新疆南部塔里木盆地和青海西部柴达木盆地年降水量不足25mm，是我国降水量最少的地区。

我国由于受季风气候的影响，降水的年际变化很大，年内分配也很不均匀，且降水越少的地区，年际和年内的变化也越大。我国南部地区最大年降水量一般是最小年降水量的2～4倍，北部地区一般是3～6倍，且常有连续丰水年和连续枯水年出现。我国多数地区的雨季为4个月，南部在3～6月或4～7月，4个月的降水量占年降水量的50%～60%；北部雨季多为6～9月，4个月的降水量占年降水量的70%～80%。我国最大月降水量与最小月降水量的比值一般达十几或几十。

降水是我国河川径流最主要的补给来源。所以，我国河川径流量的时空分布和降水量的时空分布有着基本一致的规律和特点，河川径流的年际和年内变化与降水量的年际和年内变化有着十分密切的相应关系。降水量多的湿润地区，一般也是河川径流量充沛的丰水地区，降水量少的干旱地区往往也是河川径流量贫乏的缺水地区。南部地区最大年径流量一般为最小年径流量的2～4倍，北部地区一般为3～8倍。多数地区连续最大4个月的径流量一般占全年径流量的60%～80%。

我国降水和水资源的地区分布与我国人口和耕地的分布很不相应，形成南部水资源有余，北部水资源不足的不利局面，影响和制约着农业的布局和发展。长江及其以南各河流域，年径流量占全国径流总量的82%，但耕地面积只占全国总耕地面积的38%；而黄河、淮河、海河三大流域，年径流量只占全国径流总量的6.6%，但耕地面积却占全国总耕地面积的40%。我国华北和东北南部地区水资源紧缺，供不应求的矛盾日益突出。广大西北地区水资源贫乏，在经济有了较大发展后，水资源成为制约经济发展的重要因素。

我国降水量和水资源量年际变化悬殊和年内高度集中的特点，不仅给水资源的开发利用带来了困难，也是造成我国水旱灾害频繁发生的根本原因。据史料记载，公元前206年（西汉初）至1949年的2155年间，我国共发生过较大的水灾1029次，较大的旱灾1056次，几乎年年有灾。清光绪三年到五年（1877—1879年），晋、冀、鲁、豫地区连续3年大旱，仅饥饿而死者达1300万人。1928年的特大旱灾，影响到华北、西北和西南地区的13个省535个县，灾民约1.2亿人。在新中国成立后的60年中，每年水旱灾害受灾面积4亿多亩，占耕地面积的近30%。受灾面积超过4亿亩的严重旱灾平均每4年发生一次。对农业生产影响最大的连续干旱，如1959—1961年的连续3年干旱，每年受旱面积都在5亿亩以上。

我国每年水灾面积1亿多亩，主要发生在东部大江大河的中下游地区，其中以黄淮海地区和长江中下游地区最为严重，受灾面积约占全国的3/4以上。1931年夏季，长江流域普降暴雨，水灾遍及湘、鄂、浙、赣、豫、皖、苏7省206个县，淹没农田5000余万亩，灾民800多万人，其中被洪水夺去生命的约14.5万人，死于饥饿、瘟疫者不计其数。1998年我国长江中下游地区发生特大洪水，直接经济损失2000多亿元。

由于我国的水资源并不丰富，因此，无论是发展农业、工业，还是进行城市规划，都应首先考虑水资源的现状和开发的可能性，不能不顾水资源条件而盲目发展。对水资源的开发，一定要统一规划、综合治理、综合利用、综合经营，为整个国民经济的发展服务。对发电、防洪、灌溉、水运、给水等方面要统筹规划，全面安排，按照各部门的需要，制定最优开发方案，尽量减少它们之间的矛盾，最大限度地照顾各方要求，使水资源得到最有效的利用，使国民经济的总效益最大化。