水利水能规划:水资源规划及利用
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1.1 水资源概述

水,是生命之源,是人类赖以生存和发展不可缺少的一种宝贵资源,也是自然环境的重要组成部分,是可持续发展的基础条件。大气中的水蒸气(atmospheric water)、积雪(snow pack)、冰川(glacier)、河流(river)、土壤水(soil water)、地下水(ground water)、泉水(spring water)、湖泊(lake)以及海洋(sea)等水体都属于水资源吗?下面从水资源的涵义入手回答这个问题。

1.1.1 水资源的涵义

1.世界各国对水资源的定义

国外较早采用“水资源”这一概念的是美国地质调查局(United States Geological Survey)。1894年,该局设立了水资源处,其主要业务范围是对地表河川径流和地下水的观测。

1963年,英国通过了《水资源法》,该法中将水资源定义为“具有足够数量的可用水源”。在《英国大百科全书》中,水资源被定义为“全部自然界任何形态的水,包括气态水、液态水和固态水”。此定义被广泛引用,与《英国大百科全书》权威性有很大关系。

1977年联合国召开的水事会议后,联合国教科文组织和世界气象组织共同提出了水资源的涵义:“水资源是指可资利用或有可能被利用的水源,这种水源应当有足够的数量和可用的质量,并在某一地点为满足某种用途而得以利用。”这一涵义为联合国经社理事会所采纳。

2.我国对水资源的定义

(1)《中国大百科全书》对水资源的定义。《中国大百科全书》是国内最具权威性的工具书,但在不同卷册中对水资源给予了不同的解释。在《大气科学·海洋科学·水文科学卷》中,水资源被定义为“地球表层可供人类利用的水,包括水量(水质)、水域和水能资源,一般指每年可更新的水量资源”。在《水利卷》中,水资源则被定义为“自然界各种形态(气态、固态或液态)的天然水,并将可供人类利用的水资源作为供评价的水资源”。

(2)其他杂志中的定义。1991年《水科学进展》杂志社邀请一部分知名专家学者进行了一次笔谈,他们的主要观点是:降水是大陆上一切水分的来源,但它只是一种潜在的水资源,只有降水中可被利用的那一部分水量,才是真正的水资源。在降水中可以转变为水资源部分是“四水”,即:①水文部门所计算河川径流是与地下水补给量之和扣除重复计算量;②土壤水含量;③蒸发量;④区域间径流交换量(张家诚)。从自然资源的概念出发,水资源可定义为人类生产与生活资料的天然水源,广义水资源应为一切可被人类利用的天然水,狭义的水资源是指被人们对水资源开发利用的那部分水(刘昌明)。水资源是指可供国民经济利用的淡水水源,它来源于大气降水,其数量为扣除降水期蒸发的总降水量(曲耀光)。水资源一般是指生活用水、工业用水和农业用水,因此被称为狭义水资源;广义水资源还包括航运用水、能源用水、渔业用水以及工矿水资源与热水资源等。概括来说,一切具有利用价值,包括各种不同来源或不同形式的水,均属于水资源范畴(陈梦熊)。不能笼统地称“四水”为水资源,只有那些具有稳定径流量、可供利用的相应数量的水才能定义为水资源(施德鸿)。“水”和“水资源”在涵义上是有区别的,水资源主要指与人类社会用水密切相关而又能不断更新的淡水,包括地表水、地下水和土壤水,其补给来源为大气降水(贺伟程)。水资源是维持人类社会存在并发展的重要自然资源之一,它应当具有以下特性:①可以按照社会的需要提供或有可能提供的水量;②这个水量有可靠的来源,其来源可通过水循环不断地得到更新或补充;③这个水量可以由人工加以控制;④这个水量及其水质能够适应用水要求(陈家琦)。

2002年《中华人民共和国水法》对水资源的论述是:地表水和地下水。这里指的是能够参与水循环,在陆地上逐年可以得到恢复和更新的淡水资源。地表水包括河流、冰川、湖泊和沼泽等水体;地下水是地下汇水量的动态水量,用地下水的补给量来表示。地表水与地下水可以相互转化,不能分割。

3.上述水资源概念的不足之处

由于其出发点不同,相对于特定的研究学科领域而言,它们都具有合理的因素。从各个有关水资源学科出发,水资源涵义非常明确,研究对象十分清楚,但是如果从宏观角度系统地认识水资源,水资源定义五花八门,且很模糊,难以掌握上述各种水资源的定义,基本上都是围绕着水的形态、利用和水量等展开论述,很少涉及水资源的质即水质,然而水质对于水资源而言,是十分重要的。因此,水资源可以被理解为人类长期生存、生活和生产过程中所需要的各种水,既包括了它的数量和质量,又包括了它的使用价值和经济价值。许多国家在谈到水资源时,常常把通过全球水文循环而不断获得补充的淡水作为水资源。

从上述众多的水资源定义中可以发现,水资源的定义是随着社会的发展而发生变化的,它具有一定的时代烙印,并且出现了从非常广泛的外延向逐渐明确内涵的方向演变的趋势。由于其出发点不同,相对于特定的研究学科领域而言,它们都具有合理的因素。故广义的水资源包括水圈内的水量总体;狭义的水资源是指陆地上的淡水资源。目前人类比较容易利用的淡水资源,主要是河流水、淡水湖泊水和浅层地下水。

1.1.2 水资源的特性

1.资源的循环性(circulative)

所有的水都是流动的,大气水、地表水和地下水可以相互转化。水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水文循环。水文循环的存在使水资源具有循环的特性。因此,水资源难以按地区或城乡的界限硬性分割,而只应按流域、自然单元进行开发、利用和管理。

2.储量的有限性(limited reserves)

水资源是一种可再生资源,但并不是取之不尽用之不竭的。地球的总水量约为13.86×108亿m3,但是大部分为海水,约占全球总水量的96.5%。在余下的水量中地表水占1.78%,地下水占1.69%。人类主要利用的淡水约0.35×108亿m3,在全球总储水量中只占2.53%。它们少部分分布在湖泊、河流、土壤和地表以下浅层地下水中,大部分则以冰川、永久积雪和多年冻土的形式储存。其中冰川储水量约0.24×108亿m3,约占世界淡水总量的69%,大多储存在南极和格陵兰地区。

3.分布不均匀性

水资源在地理分布上很不均匀,年际年内变化大,给开发利用带来许多困难。地球表面淡水资源分布的不均匀性,表现为降水多的地区淡水资源比较充足;反之,淡水资源则很贫乏。为了满足各地区、各部门的用水要求,必须修建蓄水、引水、提水和跨流域调水工程,对天然水资源进行时空再分配。

4.利用的多样性

水资源是具有多种用途的自然资源,水量、水能和水体均各有用途。人们对水的利用十分广泛,主要的用水部门有:①农业(包括林业、牧业、副业)生产用水;②工业生产用水;③城镇居民生活用水;④水力发电用水;⑤船筏水运用水;⑥水产养殖用水;⑦水利环境保护用水等。

5.利与害的两重性

水作为重要资源给人类带来各种利益,但当水量集中得过快、过多时,又会形成洪涝灾害,给人类带来严重灾难。人类在开发利用水资源的过程中,一定要用其利、避其害。“除水害、兴水利”是所有水利工作者的光荣使命。

1.1.3 中国水资源的特点

受中低纬度、海陆位置及季风气候的影响,我国水资源形成以下特点。

1.水资源总量多、人均少、单位面积小

我国多年平均年水资源总量为28124亿m3。其中多年平均河川径流量为27115亿m3,多年平均地下水资源量为8288亿m3,重复计算水量为7279亿m3。我国水资源总量仅次于巴西、俄罗斯、加拿大,居世界第4位,同时我国多年平均河川径流量也居世界第6位,仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚。但我国人均、单位面积水量都低于世界平均水平。人均水量为世界人均水量的1/4、美国的1/5、加拿大的1/50,单位面积水量约为世界单位面积水量的2/3。

2.地区分布不均,南涝北旱

我国水资源的地区分布十分不均,自东南向西北递减,且与人口、耕地的分布不相适应。从全国来说,南方水多、地少,北方地多、水少,形成了南方水量有余、北方缺水的局面。南方水资源总量为全国的81%,人口占全国的54.4%,耕地只占全国的35.9%;北方(不含内陆区)水资源只占全国的14.4%,耕地却占全国的58.3%,人均占全国的43.2%。

3.年际和季节变化大,水旱灾害频繁

季风气候地区的降水具有夏秋降水多、冬季降水少、年际降水变化大的特征。我国大部分地区受季风影响明显,降水量、径流量的年际和季节变化很大,而且干旱地区的变化一般大于湿润地区。降水量和径流量年际间的悬殊差别和年内高度集中的特点,不仅给开发利用水资源带来了困难,也是水旱灾害频繁的根本原因。

4.地下水分布广泛,是北方地区重要的供水水源

由于地下水分布相对比地表水均匀且相对稳定,年际和季节变化较小,水质较好,不易污染,在北方地表水资源相对贫乏的地区,地下水对工业、农业和城镇供水有着重要的意义,有些地方,地下水甚至成为唯一的供水水源。中国各流域人均水资源量与亩均水资源量的比较,见表1.1。

表1.1 中国各流域人均水资源量与亩均水资源量比较

5.水污染有所缓解,但总体仍很严重

(1)河流水质。2011年全国全年Ⅰ~Ⅲ类水河长比例为64.2%,比2010年提高了2.8%。全国10个水资源一级区Ⅰ~Ⅲ类水河长比例由高至低排序,依次为:西北诸河区96.0%、西南诸河区95.6%、珠江区73.6%、东南诸河区72.9%、长江区70.4%、松花江区57.5%、黄河区49.4%、辽河区48.8%、淮河区38.0%和海河区36.2%。

(2)湖泊水质。2011年,对全国103个主要湖泊的2.7万km2水面进行了水质评价。全年水质为Ⅰ类的水面占评价水面面积的0.5%、Ⅱ类占32.9%、Ⅲ类占25.4%、Ⅳ类占12.0%、Ⅴ类占4.5%、劣Ⅴ类占24.7%。对上述湖泊进行的营养化状况评价结果显示:中营养湖泊有32个,富营养湖泊有71个。

(3)水库水质。2011年,对全国471座主要水库进行了水质评价。其中全年水质为Ⅰ类的水库21座,占评价水库总数的4.5%;Ⅱ类水库203座,占43.1%;Ⅲ类水库158座,占33.5%;Ⅳ类水库52座,占11.0%;Ⅴ类水库16座,占3.4%;劣Ⅴ类水库21座,占4.5%。在进行营养状况评价的455座水库中,中营养水库324座,富营养水库131座。

6.水土流失,河流泥沙含量大

由于自然条件和长期以来人类活动的结果,我国森林覆盖率很低,水土流失严重。我国平均每年从山地和丘陵被河流带走的泥沙约35亿t,其中,直接入海的泥沙约18.5亿t,占全国河流输沙量的53%。黄河是全国泥沙最多的河流,也是世界罕见的多沙河流,年平均含沙量和年输沙总量均居世界大河的首位,年平均输沙量多达16.1亿t。