水资源的含义
水是自然资源的重要组成部分,从全球范围讲,水是连接所有生态系统的纽带,因此水在自然环境中,对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。
水作为大自然赋予人类的宝贵财富,早就被人们关注。但是,人们经常使用“水资源”一词,却是近几十年的事。
地球上的水资源,从广义上来说,是指水圈内水量的总体。从狭义上来说,是指可以供人们经常取用、逐年可以恢复的水量。因为海水是成水,不能直接被饮用,所以我们通常所说的水资源主要是指陆地上每年可以得到更新的那部分淡水,如河流水、湖泊水、地下水和土壤水等。
首先,上述概念规定了水资源必须是淡水。全世界的淡水量只占地球全部储水量的2.53%,约0.35亿立方千米。其次,这部分淡水必须能在一定的时间内得到恢复和补充。在全部淡水储量中有一部分是“静态”水资源,如冰川、永久雪盖、内陆湖泊等地表水体多年储蓄的水资源和历史年代储存的深层地下水等。这部分水体的水更换很慢,水循环交替期比较长,一旦被大量利用,就很难恢复,常被称为“不可恢复性水资源”。另一部分则为“动态”水资源一如大气降水、河床水、土壤水和浅层地下水,这部分水的循环交替期短,更换得快,故被称为“可恢复性水资源”。
对局部一个地区而言,水资源的涵义则更为具体。广义的总水资源就是大气降水。地表水、土壤水和地下水(指中浅层地下水)是广义水资源的三大主要部分。一个地区的水资源总是消耗在两个方面:降水形成地表径流、土壤中流和地下径流并构成河川径流,通过水平方向的流动排泄到区域外;其余部分以蒸发和散发的形式,通过垂直方向回归大气之中。因河川径流与人类的关系最为密切,故将它作为一个地区狭义的水资源。需要说明的是,在径流形成过程中耗于截留、填洼的水,下渗到包气带储蓄的水和补给地下储蓄的水中间,有一部分是农作物生长所必须的水,虽然通过蒸发而消耗,但它是有效的,称为有效蒸发;另外一部分蒸发对农作物的生长是不需要的,称为无效蒸发,但它具有某种潜势,在一定条件下,可以转化为有效蒸发。
以往的地下水资源是指浅层地下水,在我国生产实践中对此有所修正。北方缺水地区,不仅开采浅层地下水,而且开采深层孔隙水。北方一些山区的岩溶水,往往被列入深层地下水中,但实际上也被广泛利用。因此,在进行水资源评价时,也把它们纳入评价的范围,这些实际开采的深层水都可作为可开采的地下水资源。综上所述,把中浅层地下水作为水资源的涵义比较恰当。
水资源是人类调查了解得最清楚的资源,不会像煤、铁、石油等资源那样有新的大发现而改变数量结构和分布。现在,除去不能开采的深层地下水,人类实际能够利用的水只占地球上总水量的0.26%左右,人类对淡水资源的用量愈来愈大。而目前人类淡水消费量已占全世界可用淡水量的54%。但淡水的污染问题却未完全消除。因此,保护水质、合理利用淡水资源,已成为当代人们普遍关心的重大问题。
地球的生命水——循环水
全世界的水是一个有联系的整体。海水在阳光的照射下,不断蒸发,水汽弥漫在海洋上空,一部分水汽被气流带到陆地上空,遇冷就凝结成细小的水滴,变成云,降落到地面就是雨或雪;雨雪落地后,有的流到洼坑里,渗入地下,有的流入小沟,汇进江河,奔向海洋。这就形成了水的循环。无数小水滴就是这样一刻不停地在世界上“旅游”。
知道水的循环以后,你就能解释:云的故乡在哪里?为什么江河日日夜夜总是奔流不息?为什么千万年来那么多江河水流进海洋,却海洋不见满溢出来?
水循环是多环节的自然过程,降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节,这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡,也决定着一个地区的水资源总量。
蒸发是水循环中最重要的环节之一。由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋,一部分还来自大陆表面水分的蒸发。大气层中水汽的循环是蒸发一凝结一降水一蒸发这样周而复始的过程。海洋上空的水汽可被输送到陆地上空凝结降水,称为外来水汽降水;大陆上空的水汽直接凝结降水,称内部水汽降水。在水循环中水汽输送是最活跃的环节之一。一地总降水量与外来水汽降水量的比值称该地的水分循环系数。全球的大气水分的交换周期为10天。
径流是一个地区(流域)的降水量与蒸发量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程为:蒸发量=降水量+径流量;多年平均的陆地水量平衡方程是:降水量=径流量+蒸发量。
人类活动不断改变着自然环境,越来越强烈地影口向水循环。人类构筑水库,开凿运河、渠道、河网,以及大量开发利用地下水等,改变了水的原来径流路线,引起水的分布和水的运动状况的变化。农业的发展、森林的破坏,引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市和工矿区的大气污染和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。
水在循环过程中,沿途会挟带各种有害物质,可由于水的稀释扩散,能降低浓度而使之无害化,这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移,造成其他地区或更大范围的污染。
水循环是联系地球各种水体的“纽带”,是“调节器”,它调节了地球各圈层之间的能量,对冷暖气候变化起到了重要的影响。水循环是“雕塑家”,它通过侵蚀、搬运和堆积,塑造了丰富多彩的地表形象。水循环是“传输带”,它是地表物质迁移的强大动力和主要载体。更重要的是,通过水循环,海洋不断向陆地输送淡水,补充和更新陆地上的淡水资源,从而使水成为了可再生的资源。
地球的血管——地下水
地下水存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中。广泛埋藏于地表以下的各种状态的水,统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。
根据地下埋藏条件的不同,地下水可分为上层滞水、潜水和自流水三大类。
上层滞水是由于局部的隔水作用,使下渗的大气降水停留在浅层的岩石裂缝或沉积层中所形成的蓄水体。
潜水是埋藏于地表以下第一个稳定隔水层上的地下水,通常所见到的地下水多半是潜水。当潜水流出地面时就形成泉。
自流水是埋藏较深的、流动于两个隔水层之间的地下水。这种地下水往往具有较大的水压力,特别是当上下两个隔水层呈倾斜状时,隔层中的水体要承受更大的水压力。当井或钻孔穿过上层顶板时,强大的压力就会使水体喷涌而出,形成自流水。
地下水是一个庞大的“家庭”。据估算,全世界的地下水总量多达1.5亿立方公里,几乎占地球总水量的十分之一,比整个大西洋的水量还要多!
贮存在地下岩土中的水。含水岩土分为两个带,上部是包气带,即非饱和带,在这里,除水以外,还有气体。下部为饱水带,即饱和带。饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。地下水可开发利用,作为居民生活用水、工业用水和农田灌溉用水的水源。地下水具有给水量稳定、污染少的优点。合有特殊化学成分或水温较高的地下水,还可用作医疗、热源、饮料和提取有用元素的原料。
地下水与人类的关系十分密切,井水和泉水是我们日常使用最多的地下水。不过,地下水也会造成一些危害,如地下水过多,会引起铁路、公路塌陷,淹没矿区坑道,形成沼泽地等。但在矿坑和隧道掘进中,可能发生大量涌水,给工程造成危害。在地下水位较浅的平原、盆地中,潜水蒸发可能引起土壤盐渍化;在地下水位高,土壤长期过湿,地表滞水地段,可能产生沼泽化,给农作物造成危害。同时,需要注意的是:地下水有一个总体平衡问题,不能盲目和过度开发,否则容易形成地下空洞、地层下陷等问题。