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第5章 水资源保护(1)

概述

20世纪80年代后期全球淡水实际利用的数量大约为每年3000亿立方米,占可利用总量的。但是随着人口的增长及人均收入的增加,人们对水资源的消耗量也以几何级数增长。

另外,淡水资源的分布与人口的分布并不一致。例如1980年加拿大人均取水量1500立方米,仅占人均淡水资源拥有量的12%;而埃及1976年人均取水量为1180立方米,已接近该国人均可利用总量1470立方米的极限。

抽取地下水是缓解淡水不足的一个重要途径,但是过度抽取地下水会使地下水水位下降,导致地面沉降。在我国的苏州、无锡、上海、北京等地,由于长期过量开采地下水,造成了明显的地面沉降,有的地方甚至损坏了地下管道和道路。

因此,在发展工业,建设城市的同时,就要注意到水资源的保护。因为一旦水资源受到污染,将严重的制约工业、农业的发展。

水资源利用与保护

人类对水资源的开发利用分两大类:一类是从水资源取走所需的水量,满足人民生活和工农业生产的需要后,数量有所消耗,质量有所变化,在另外地点回归水源。另一类是取用水能(水力发电)、发展水运、水产和水上游乐,维持生态平衡等,这种利用不需要从水源引走水量,但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。这里所讨论的水资源利用情况主要是第一类用水形式。

水资源及其重要作用

1、水资源

地球上水的总贮量约有139亿立方千米,其中约97%为海洋咸水,不能直接为人类利用。二淡水的总量仅为036亿立方千米,而且这不足地球总水量3%的淡水中,有772%是以冰川和冰帽形式存在于极地和高山上,也难以为人类直接利用;224%为地下水和土壤水,其中2/3的地下水深埋在地下深处;江河、湖泊等地面水的总量大约只有23万立方千米,占淡水总量的036%。因此,只有约20%的淡水是人类易于利用的,而能直接取用的河、湖淡水仅占淡水总量的03%。可见,可供人类直接利用的淡水资源是十分有限的。

2、水循环

地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下,不断地蒸发和蒸腾到大气中,并在空中形成云,在大气环流的作用下传播到不同的地域,再以降雨或降雪等形式回到海洋或陆地的表面。这些降水,一部分渗入地下,成为土壤水或地下水;一部分形成地表径流汇入江、海,再经蒸发进入大气圈;还有一部分直接蒸发或经植物吸收而蒸腾进入大气。这种过程循环往复,永无止境。

通过循环水资源得到不断的更新。在较长时间内,全球范围的蒸发,与降水基本保持平衡,但在一定时间、空间范围内,其数量极为有限,并不像人们想像的那样可以取之不尽、用之不竭。不同形态水的循环速率差异很大,除生物水外,大气水和河流水的循环更替期最短,更新利用率高,是最活跃、最重要,也是于人类和生物生长发育最密切的水资源。

1)调节气候。水是大气的重要成分。虽然大气中仅含全球水量的百万分之一,然而,大气和水之间的循环相互作用,确定了地球水循环运动,形成支持生物的气候。

大气中的水帮助调节全球能量平衡,水循环运动起着不同地区的能量传输作用。

2)水磨塑造地球表面的形态。流动的水开创和推动土地地貌的形成,重排地表景观以及三角洲形成等。水是形成土壤的关键因素,也在岩石的物理风化中起着重要作用。

3)水具有物质运输的功能。水可以输送多种多样材料和营养物质。水输送物质的形式有两种:溶解的矿物质和整体物质。

大气中的各种颗粒物质可以沉降到水体,然后由水输送。从这一方面可以看到,水可以把环境污染物输送、扩散到更远、更广泛的区域。

4)水是一切生物必不可少的物质。生命的形成离不开水,水是生物的主体,生物体内含水量占体重的60~80%,甚至90%以上。水是生命原生质的组成部分,并参与细胞的新陈代谢,还是生物体内外生物化学发生的介质。因此,一切生命都离不开水。水与生物以各种方式相互作用。在一个区域范围内,水是决定植被群落和生产力的关键因素之—,还可以决定动物群落的类型、动物行为等。

5)水是人类赖以生存和生产的最基本的物质基础。水与人类的关系非常密切,不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源,水既是人体的重要组成,又是人体新陈代谢的介质,人体的水含量占体重的2/3,维持人类正常的生理代谢,每天每人至少需要2~3升水。工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。但是,随着人口和经济活动的加剧,全球的水循环已大大偏离了它的自然状态,水的流动已发生了显著的变化。人口迅速增长,加快了对水资源的消耗,工农业生产发展严重污染了水体,森林破坏改变了蒸发和径流方向等,这些人类活动造成了水资源的严重破坏,使世界面临着水危机。

世界水资源利用情况

1、世界水资源概况

世界各地自然条件不同,降水和径流相差也很大。年降水量以大洋洲(不包括澳大利亚)的诸岛最多;其次是南美洲,那里大部分地区位于赤道气候区内,水循环十分活跃,降水量和径流量均为全球平均值的两倍以上。欧洲、亚洲和北美洲与世界平均水平相接近,而非洲大陆是世界上最为干燥的地区之一,虽然其降水量与世界平均值相接近,但由于沙漠面积大,蒸发强烈,径流量仅为151毫米。相比之下大洋洲的澳大利亚最为干燥,与降水量761毫米相对,其径流量仅为39毫米,这是由于澳大利亚的有2/3地区为荒漠、半荒漠所致。

2、世界水资源的供给与利用

通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量,即全球水资源总量为47000立方千米,而这一水资源数量在全球分布又是不均匀的,各国水资源丰缺程度相差很大。人类在早期对水资源的开发利用,主要是在农业、航运、水产养殖等方面,而用于工业和城市生活的水量很少,直到20世纪初,工业和城市生活用水仍只占总用水量的12%左右。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展,水资源的消耗量越来越大。世界用水量逐年增长,1900~1975年间,每年以3~5%的速度递增,即每20年左右增长一倍。到2000年,世界总用水量已达到6000亿立方米,占世界总径流量的15%。

随着人类文明的进步,对水资源的需要量越来越大,1985年用水量为1950年的35倍。其中农业用水占总水量的比例由1950年的782%下降到1985年的615%;而工业用水与城市用水占总用水量的比例由1950年的227%,增加到1985年的346%。但可供人类使用的水资源却不会增加;甚至会因人为的污染等因素而使其质量变差,可利用数量减少。加之,世界淡水资源的分布极不均匀,人们居住的地理位置与水的分布又不相称,使水资源的供应与需求之间的矛盾很大,尤其是在工业和人口集中的城市,这个矛盾更加突出。据统计,近40年来,全世界农业用水量仅增加了2倍,工业用水增加了7倍,而生活用水增加的更多。

在人类消耗的淡水资源中,生活用水量只占总用水量的一小部分,目前全世界的生活用水量只占河川径流量的7%,但随着人类生活水平的不断提高,生活用水量在不断增长。

在工业用水中,主要是能源部门的冷却用水量大。在热电厂,每生产1000千瓦·小时电,需用水200~500立方米;而原子能电站需水量多一倍。世界能源年产量为4×1012千瓦·小时电,耗水量约为12×1010立方米。按照目前的趋势,电力生产每10年翻一番,耗水量较大的核电站的比例到2000年已提高到30~50%。因此,电力工业需水量增加了一个数量级。在保持现代工业发展进度情况下,冷却水用量占全球需水量的30%,工业发达国家则可能到60%。其次冶金工业和化学工业耗水量也很大。

农业用水的耗水量主要是灌溉用水。并且农业用水的损失比工业用水要高得多,因此,农业用水对水资源的消耗是最大的。自1950年以来,世界灌溉农田增加了近3倍,达到27亿公顷。淡水资源总量并不能充分为人们所利用,例如,美国人均年占淡水资源10230立方米,但约有2/3通过湖泊、河流、湿地等的蒸发及植物表面蒸腾进入到大气或流回海洋。因此,对水资源的消耗应当合理有序,否则,就会引起一系列的不良后果。如广州佛山最近出现许多地面塌陷的现象,专家指出其原因是采矿的同时大量提取地下水造成的。此外,大量废水的排放引起纳污水体的污染,使水资源更加紧张,出现严重的水资源危机。

3、水危机产生的原因

从总的水储量和循环量来看,地球上的水资源是丰富的,如能妥善保护与利用,可以供应200亿人的使用。但由于消耗量不断的增长和可利用水域的污染等原因,造成可利用水资源的短缺和危机,主要有以下几个方面的原因:

1)自然条件影响:地球上淡水资源在时间和空间上的极不均匀分布,并受到气候变化的影响,致使许多国家或地区的可用水量甚缺。例如我国长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占总水量的810%,而这些地区的耕地仅占全国的359%;而华北和西北地处于干早或半干旱气候区,其降雨和径流都很少,季节性缺水很严重。北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域,其变化幅度超过40%。美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。因此,世界许多地区会出现区域性的供水危机。

2)城市与工业区集中发展:200多年来,世界人口趋向于集中在占全球较小部分的城镇和城市中,在20世纪中期以来这种城市化进程已明显加快。我国在改革开放后的20多年中,城市的数量增加了好几倍,城市的规模也越来越大。目前世界上城市居民约占世界人口的416%,而城市占地面积只占地球上总面积的03%。在城市和城市周围又大量建设了工业区,因此集中用水量很大,超过当地水资源的供水能力。

例如,日本年降雨量1818毫米,但由于73%的工业集中在太平洋沿岸,而且东京、大阪、名古屋三大城市周围50公里以内,不到国土的1%土地以上居住了全国总人口32%,因此这些城市用水十分紧张。

3)水体污染:水体有两个含义:一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称,在环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等的完整生态系统或自然综合体。由于污染物的入侵,使许多水体受到污染,致使其可利用性下降或丧失。因此,水体污染是破坏水资源、造成可利用水资源缺乏的重要原因之一。主要的水体污染物包括各种有机物、酸污染、悬浮物、有毒重金属和农药以及氮磷等营养物质。

4)用水浪费:城市生活和工农业用水都存在大量的浪费。由于管理不善,工程配套差和工艺技术落后,城市管网和卫生设施的漏水很普遍,是城市生活用水中浪费最大的一项。据统计,美国城市管网漏水量平均达每人每天60升,占全部用水量的10~15%。北京漏水量占总用水量的10~40%,甚至可达70%。工业上从水源取用的水量远远超过其实际耗水量。如美国1970年统计表明,占全国工业用水量78%的热电站用水,其实际耗水量仅为其取用水量的1%。农村大水漫灌,利用率很低,而且渠道渗漏很大,不仅浪费水资源,而且引起土壤的次生盐渍化和潜育化,降低土壤质量。

5)盲目开发地下水:由于地表径流的减少,水资源的开发由地表转入地下,但由于对地下水的盲目过量开采,引起了一系列的后果。我国北方地下水年开采量超过了370亿立方米,河北沧州1973年地下水位降落漏斗为16平方公里,中心水位埋深33米,到1980年已达到2700平方公里,中心水位达68米,这种现象在北方较普遍。由于过量开发地下水,导致上海、天津市都发生了严重的地面下沉;一些沿海城市出现了海水入侵,使地下水含盐量过高,失去饮用价值;我国西南部分碳酸盐地区的岩溶塌陷。

我国水资源的特点

1、概况

我国江河众多,流域面积在100平方公里以上的河流有5万多条,1000平方公里以上的约有1500多条。但受气候和地形的影响,河流分布很不均匀,绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区,西北内陆气候干燥、少雨,河流很少。

我国有1平方公里以上的湖泊2300多个,总面积7187平方公里,约占国土面积的08%;湖水总储量约为7088亿立方米,其中淡水量占32%。

我国还有丰富的冰川资源,共有冰川43000余条,集中分布在西部地区。总面积58700平方公里,占亚洲冰川总量的一半以上,总贮量约52000亿立方米。

我国平均年降水量为61889亿立方米,平均降水深6484毫米,年均河川径流量27115亿立方米,合径流深2841毫米。河川径流主要靠降水补给,由冰川补给的只有500亿立方米左右。我国年平均地下水资源为82876亿立方米。

根据分析计算,我国地表水和地下水的量分别为27115亿立方米和8288亿立方米,扣除二者间的重复量7279亿立方米后,则我国多年平均水资源总量28124亿立方米。

2、我国水资源特点

我国水资源的时空分布特点,可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映如下:

1)水资源总量较丰富,人均和地均拥有量少

我国多年平均年水资源总量为28124亿立方米,其中河川径流约占94%,低于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚,约占全球径流总量的58%,居世界第6位。平均径流深为284毫米,为世界平均值的90%,居世界第7位。可见,我国的水资源量还是比较丰富的。然而,我国人口众多,按12亿人口计算,平均每人每年占有的河川径流量2260立方米,不足世界平均值的1/4,分别是美国人均占有量的1/6,前苏联的1/8,巴西的1/19和加拿大的1/58。我国地域辽阔,平均每公顷耕地的河川径流占有量约28320立方米,为世界平均值的80%。所以,从我国水资源量与需要不适应的矛盾十分突出,以占世界7的耕地和6%的淡水资源养活着世界上22%的人口。

2)水资源时空分布不均