沈灿燊

　　1　前言

　　水资源系统研究是目前世界上被重视研究项目之一，因为它关系到世界经济发展和人类生活的前景。近半世纪以来，由于工、农业的飞跃发展，人口迅速增加，无计划地大量消耗水，幷且污染水质，使水资源受到不同程度的破坏。1965年，联合国教科文组织提出了国际水文十年（IHD）（1965～74）计划，估计由于世界人口增长和生活用水要求的提高，以及工、农业的不断发展，可用水资源必然减少，到本世纪末，人类生活福利情况与可用水资源的丰竭有极大关系，故对全世界水资源作合理的开发利用和妥善保护的研究十分重要。另一方面，水资源的丰竭和变化与当地的自然地理和人类活动有极密切的关系。例如喀斯特地区雨水大量渗漏形成地下河及地下湖泊，沙漠边缘地区过大的蒸发使地表水极之枯竭，特别是人类过份地砍伐森林导致水土流失、洪水加大、枯季流量减少，使水资源季节分配集中而增加用水的困难；还有大的水库群兴建、都市化、耕作方式和耕作制度的改变，……等等，都会引起水资源的某些变化。国际水文计划（I.H.P）（1975～89）成立后，召开国际水文规划会议，在水文规划的新任务中，第一阶段有两项课题直接与水资源研究有关，其中一项为：“把环境条件作为一个整体来评价人类活动对水循环的影响。包括各种人类活动对水资源影响的综合利用”。

　　实际上，水资源的储存与变化和水分循环与水量平衡各个因素有极密切关系。因此仅从水量与水质去研究水资源是不全面的，必须从水的形成过程、河川补给类型、水的时空分配、储存形式、旱涝周期、产流汇流地区特点、水汽输送、海气交换等方面进行系统的研究，即水资源系统研究，方才完整。地理学家对水资源的研究，主要是探讨不同地理环境对水资源的储存、变化、不合理的自然损耗、产生径流的物理过程及结果以及对水量平衡各项要素变化的影响，幷且研究人类以各种不同方式大量利用水资源后，对自然环境产生的影响。研究的方法是实地野外调查观测，研究区域自然因素综合影响，再用物理成因过程方法拟就模式。这方面的研究，必须有自然地理、地质、地貌、植被、土壤、水文、气象和经济地理多学科的队伍，这正是高校地理系的有利之处。开展这方面的研究对摸清我国水资源的储量、变化、防止不合理地滥用水，提出合理开发利用和保护水资源的建议，并作为人与环境广泛关系的研究，在理论方面和应用方面，都有现实意义。

　　水资源研究、国内外都发展得很快，在联合国，本部（UN）、粮农组织（FAO）、气象组织（WMO）、教科文组织（UNESCO）、工业发展组织（UNIDO）等10个机构中，都对水资源系统中某些部分进行研究。1965年教科文组织成立了国际水文十年机构，120多个国家参加。面对人口的迅速增加和生活水平的提高，应如何合理开发利用水资源，是一个急切要解决的问题。十年中，对水量平衡、洪涝、乾旱、地下水、人类对水分循环的影响，水质、河川固体径流、……等方面的研究，在瞭解水圈中出现的水文过程和现象，和对地表水与地下水资源的变化估价，并对世界水资源的合理利用和管理某些方面作出了贡献。国际水文规划委员会成立，第一个阶段中对水资源研究有两大方面：（1）水量平衡与水资源的估算，包括每个国家、每个地域和全球水量平衡及其每一个重要环节（降水、蒸发、水汽输送、径流、土壤水和水的贮存方式）以及其随时空变化的研究；（2）人类活动对环境中的水文因素的影响，研究的内容比较广泛，主要是人类活动导致水文情况及水资源情况的变化，如排灌发展的影响，城市化的影响，土地利用变化的影响，河流、地下水、湖泊、水库中污染的扩散、稀释、自净过程、废热等方面的研究。此外，新技术的应用渐被重视，如遥感技术、核技术的应用。水文时序列随机模拟的发展，径流和整个水循环中数字模拟，水资源系统实时控制模型，水资源动态模型，融雪径流模拟，分布系统模拟，水质模拟等等都陆续开展。

　　近年来，美国、英国、苏联、日本等国家，水资源研究的发展大致归纳为下列几个领域：（1）水资源的储量计算及未来水在供需方面的估算，合理利用水和妥善管理水的研究。研究多目标水利系统最优开发方式；（2）从水量平衡的角度进行水资源形成过程的理论研究，及各个环节水的计算方法；（3）水资源工程措施，并进行水资源合理开发利用研究；（4）地理环境对水资源系统影响的研究；（5）大流域调水，大规模开发水资源对地理环境所产生的作用和反应的研究；（6）政治、经济政策对水资源合理开发利用及管理的影响；（7）水质污染的研究；（8）开辟新水资源，如咸水淡化，南极冰山的开发，冰川的开发，深层地下水的应用的研究。

　　不同的国家根据自己水资源状况和本国特点常侧重某几个领域的研究。例如苏联到1985年灌溉面积将达21×106公顷。因此加强了地表水与地下水平衡关系的研究。美国由于水资源比较丰富，则对水资源政策、城市供水、水资源工程等方面和水资源妥善管理加重研究。

　　值得注意的是：这8个领域中，一半左右是与地理环境和人类活动有关，随着人类活动能力不断加快加剧，对自然环境的影响必然愈来愈大，加以政治、经济政策愈来愈复杂，因此，水资源的研究必须将这些影响因素纳入作为重点加以研究。

　　我国有明显的湿润地区、乾旱地区和半乾旱半湿润地区，有些地区常常旱涝交替，年内水量分配极不均一。喀斯特地区与其他地区，水稻田区与旱作区，森林地区和森林被大量砍伐地区的水资源情况有明显差异，加上近年来我国工农业和各项经济建设都飞跃发展，城市人口迅速增加，许多地区都感到水资源匮缺和水质污染，以及大的工程建设、耕作制度的改变，人类生活水平的提高，都引起水资源变化。1982年广东、四川的大洪水与森林大面积被砍伐的关系，有关方面曾展开激烈争议，因而，各方面都希望能展开“地理环境对水资源系统效应”的研究。

　　我国在60年代开始，便进行水资源方面的研究，初始于中国科学院地理所和各高等院校地理系，接着中国科学地理所组织有关高等院校进行“南水北调对地理环境影响”方面的研究。水利部门与所属机构则进行各地区水资源的初步计算，并作出了全国、各流域和各地区的降水、蒸发、径流等水文图。最近进行了全国水资源水量再一次的计算，和将来工农业生活需水量的估计以及两者盈缺的对比、科学院地理所和全国高等院校地理系近年来也进行瞭解各地区水资源水量及利用现状，提出评价和建议。并对水分循环和水量平衡中各个要素，如产流、蒸发、下渗、降雨等方面进行了理论上和计算方法的研究，并探讨地理环境对水文过程及水资源系统的影响。最近，四川、广东有关部门组织专家进行森林大面积被砍伐后与特大洪水关系的研究，对防洪、农业方面有很大现实意义。高等院校师生在这些研究工作中，作出了重要的贡献。在今后水资源研究许多领域中，“自然环境对水资源系统效应的研究”。人类活动、自然地理环境、水资源系统三者的相互影响的过程和关系，和如何使之达到水资源不竭，自然地理环境优美，人类活动更美好的研究，必会被重视和迅速发展。

　　2　地理环境对水资源系统效应

　　根据我国地理环境的特点，经济建设情况和科研体系，本专题可分以下三方面进行研究：

　　2.1　我国湿润地区地理环境对水资源系统效应的研究

　　我国湿润地区包括淮河、秦岭以南，长江、珠江两大流域，东南沿海，海南岛，横断山脉和东北松花江等地。处在东亚季风区和西南季风区范围内热带、亚热带、温带，雨量充沛，温度较高，日照较长，河流与灌溉系统密布，适宜于农作物生长，为我国主要农业基地。本区东部人口密集，城镇林立，工业发达，水稻田面积广，用水较多。而且，本地区下垫面地理情况十分复杂，有大片喀斯特地区，陡峻的花岗岩山地，以及有平原、洼地、湖泊群，这些不同的地理景观区内的水资源情况差异较大，径流成流过程也不同。

　　本区的水资源特点是：水量丰富，年际变化相对稳定，Cv、Cs都不算大。但年内径流过分集中于洪水季节，暴雨径流较多，难以在自然状况下充分使用。且常出现旱涝。加以人口密集，人类活动频繁，大片森林砍伐，部分地方水土流失较严重，水稻田灌溉大量需水，大小城镇兴起，生活用水和工业用水日渐增多。工农业发展大量排污，污染了河水，对水资源情况有极大影响。因此开展本区合理开发利用和妥善保护水资源具有现实意义。

　　我国湿润地区地理环境（包括人类活动）对水资源系统效应研究的课题主要有：

　　2.1.1　自然地理因素对水资源系统的效应

　　即就是自然地理因素对年水量平衡（年径流总量、年径流年内分配、洪峰流量、枯季径流量、多年径流变化特点）的效应。主要内容包括不同森林及植被类型和覆盖度、地质条件（石灰岩地区作为重点研究、其余如花岗岩山地、玄武岩台地等也作研究）、降水类型和蒸发情况（台风雨、锋面雨等）、湖泊沼泽（如江汉平原及三江平原）、和土壤（沙土，红黄壤等），以及这些自然地理因素对一次洪水（产流）的效应。

　　2.1.2　人类活动对水资源系统的效应

　　研究的主要内容有：人类活动对年降水量平衡的效应、大量砍伐森林及种植不同类型的再生林、不同地理环境下水利工程的兴建（水库群、各种大水利工程）、不同类型都市化、不同地理环境下耕作方式和耕作制度及灌溉方式、河口区大水利工程（堵海工程、联围筑闸、围垦……）不同的土地利用方式、南水北调长江水资源系统的效应。（包括洪水、潮汐、水量分配、枯水流量、水质等的变化），以及上述情况下人类活动对一次产流的效应。

　　2.1.3　自然地理因素及人类活动对水量平衡综合影响效应的研究

　　（1）各类不同地理环境的代表性流域的水量平衡类型、模式与特点，以石灰岩地区为重点。（包括几十年地理环境变化对水量平衡的阶段效应）

　　（2）各类不同地理景观的代表性流域的产流类型、产流模式及产流过程的特点，以石灰岩地区为重点。（包括几十年地理环境变化对产流变化的阶段效应）

　　（3）人类活动极少（纯原始自然状态）与人类活动强烈（开发程度大）的流域水量平衡情况的对比。

　　2.1.4　水质的研究

　　可分为：（1）自然地理因素对水质影响。例如，沿海地带不同地理条件下咸水入侵的研究（东海沿海，海南岛）、河口伸延及泥沙沉积对河口咸水分布及季节变化影响的研究（长江河口、珠江河口）；（2）人类活动对水质污染的影响。例如河口区大水利工程与工农业排污相互作用，对水质污染情况及河口生态平衡的影响（珠江、长江两河口）、轮作制度及灌溉方式对水质污染的影响。

　　2.1.5　不同开发利用水资源方式

　　对地理环境产生的影响（水库群的用水、城市大量用水、大量引水截留排灌、大量开采地下水等）。

　　2.1.6　各种规划

　　（水利规划、农业规划……等）及国家各种法制（森林法……等）与水资源合理开发利用、管理保护的关系的研究

　　2.2　半湿润半乾旱地区地理环境对水资源系统的影响研究（本节由南京大学地理系杨戊教授执笔）

　　本地区在气候上属半湿润、半乾旱地区，相当于落叶阔叶林和森林草原自然带的范围，包括黄、淮、海平原、东北一部、山陕大部、甘肃南部、四川北部和西藏南部地区。这个地区是我国小麦、棉花、及其他旱作的主要产区，在农业生产上占有很重要的地位。该区年径流深在80-300mm，经济系数在0.1-0.3之间，水资源比较贫乏，土地资源却十分丰富，水土组合极不平衡。如海河、滦河、淮河流域耕地面积占全国耕地面积的27%，而水资源只占全国水资源的4%，人口亦占全国总人口的27%，地多水少，缺水十分严重，按人平均每人每年仅500立方米。主要用于灌溉，基本上无水可用于工业生产和城市用水。

　　黄、淮、海三大流域，径流量只占全国的6.6%，而耕地面积却占全国的40%，每亩耕地面积占有的水量只有全国平均的16%。可见该地区地多、人多、水少、水土资源极不平衡，是这一地区水资源紧张的主要原因。由于地表水源不足，地下水超采日趋严重，除产生地下水位下降，引起地面下沉外，有些地区已面临地下水资源枯竭的危险。由于水资源紧张，形成工农业之间、地区之间、各用水部门之间一系列矛盾，迫使许多综合利用的水库改变方向转为专供城市工业用水为主，如北京的官厅、密云、河北的津家口，……。由于改变了原来为农业生产投资的性质，降低了农业生产条件，对当地农业生产的发展构成很大的威胁。该地区河流是受污染较重的，还由于水质的变坏更加重了水资源不足。

　　为解决该地区水土资源不平衡问题，从根本上解决的办法是跨流域引水进行水量调配。这必然要改变原有的地理环境，由于地理环境的改变对水资源的利用也将会造成有利和不利的影响。因此，对整个地区或流域进行自然环境对水资源系统研究则更为突出。

　　国外，在50年代将决策论（Decision  theory）引入描述性学科而诞生了水资源工程学（Water  resources  engineering），作为水资源工程最优化技术之一的动态规划法，分析越来越复杂的水资源系统。水资源的开发利用和保护问题，几乎是对一个地区的经济增长和全面发展生产有显着的影响，也可以说无论什么经济发展规划，水资源系统规划通常都作为该规划的核心。也可以看出水资源系统的重要。

　　为达到该地区的自然资源与水资源系统的研究，达到合理利用水资源的目的，达到最优开发水资源的目的，必须对地理环境（包括人类活动）的影响进行研究。大体可分为两种类型，一种是人类为经济建设而进行的经济调节，或直接引水所引起的影响，如水库的建筑与运用，分洪工程大型灌排工程等；另外是改变了径流形成条件及其他河川流域的水量平衡要素，对水资源产生了影响，如农业措施，森林的垦殖，都市化，沼泽、地区排水等。在人口密集的大流域，以上两种情况都有存在，对水文气象自然地理及下垫面有着密切的关系，尤其是人为因素，往往直接超越自然地理因素变迁速度，所以除了进行水资源系统工程的分析研究外，对因受人类影响而产生的自然环境的变化也要进行预测。从生态平衡上来合理利用水资源。

　　针对本区特点拟进行如下研究：

　　（1）对水资源利用现状要进一步弄清，研究用水、管水、节水、调水的情况，总结这方面的经验，为进一步开发利用、管理、保护提供依据。

　　（2）研究水土平衡，提供合理的耕作制度，划定农、林、牧区域。

　　（3）根据水资源的实际情况，合理核算城市发展规模，调整限制某些工业的布局。

　　（4）研究跨流域引水的可能性，和调水后对流域自然环境影响的预测研究。总之在国民经济发展规划中，农业发展和国民经济建设都应当充分考虑到水资源条件的制约。

　　2.3　我国乾旱地区地理环境对水资源系统效应的研究

　　我国乾旱地区包括新疆、青海、内蒙、宁夏和甘肃、陕西的一部分。它的水资源系统的特点是，大陆性气候乾燥少雨，地区分布极不均匀且降雨时间集中而短暂，特别是平原区雨量更少、蒸发强，几乎不能或很少产生径流，有些地方年雨量在10毫米以下。但乾燥区四周高山，有丰富的冰川、永久积雪以及季节性积雪。河川絶大部分是内陆河，尾间潴水成湖泊或沼泽，大部分靠冰雪融水补给，故径流的多少除与冰雪储量有关外，还与气温有密切关系。因而季节分配不均匀，但多年变化稳定，Cv、Cs值较小。枯季出现时间各地极不一致，枯季流量差异也极大。径流从山区流出后，灌溉山前冲积扇和平原耕地后，余量较小，下游常常乾涸。解放后，大规模开垦，建造各式灌溉系统、水库和水利工程，使河川水量水质都起了较大变化。随着灌溉面积扩大，用水增加，下游流量鋭减，使尾间的湖沼缩小或消灭；渠道大量利用地下水，地下水动储量减少，平水期补给水量鋭减；水库调蓄水量，但蒸发极大，损耗了大量水资源；灌区以下引起了土地沼泽化和盐渍化，天然回归水与灌溉回归水使河水矿化度增加。至于坎儿井，引用泉眼等的灌溉方式对水资源的关系如何，正在不断探索。乾旱区下垫面景观差异较大，地表水源不足，地表水大量渗漏，许多地表水下渗入地下，而本身埋藏的地下水量也十分丰富，故地下水是主要水资源之一，地下水和地表水流相互补给的关系复杂。在这种复杂地理环境下，农业不断发展，人口不断增加，用水量不断增大，探索自然地理条件和人类活动对水资源系统的影响，为合理开发、利用和保护水资源提供可行的科学成果，是十分急需而有重大意义的。

　　本区的研究课题主要是：

　　2.3.1　我国乾旱地区地理环境（包括人类活动）对水资源系统效应的研究

　　（1）自然地理因素对水资源系统的效应，主要是指：

　　1）自然地理因素对水量平衡的效应（包括径流年总量、年内季节分配、枯水流量、流量日变化、洪水、冰情、流量多年变化等），包括河流不同补给来源、（不同类型冰川与永久积雪、季节积雪、降雨、以及其他类型的补给）。气候因素（热量条件、不同下垫面情况下的蒸发、风沙），地貌条件（山地和高原及不同坡向、山前冲积扇、平原及盆地、湖泊及沼泽）、地面覆盖物质和土壤、以及植被对水量平衡的效应，特别是自然地理因素综合影响随水量平衡的效应。

　　2）自然地理因素对产流的效应，包括洪水产流模式和洪水过程。

　　（2）人类活动对水量平衡的效应。例如不同的灌溉方式（主要是灌溉加速河流乾涸）、各类水库（主要是增大蒸发，大量减少可用水资源）、不同类型的引水系统和水利工程、人工融化冰川和永久积雪、开发利用沼泽、人工植林、人类活动综合影响对水量平衡的效应。

　　（3）水质的研究。包括：自然地理因素对水质的影响、人类活动对水质的影响。

　　（4）各种不同开发利用水资源方式对自然环境产生的影响（各类型水库、大量融化冰川和永久积雪。不同灌溉方式，引水工程系统。大量开采地下水等）。

　　（5）各种规划（农业规划，……等）及国家各种法制（森林法等）与水资源合理开发利用，管理保护关系的研究。

　　3　实施的步骤、具体措施和要求

　　为了保证本专题研究课题的实现，提出以下实施的步骤、具体措施和要求：

　　3.1　组织领导

　　由教育部部属高校地学规划工作组领导，在全国建立了三个水资源研究中心。（1）湿润地区水资源研究中心；（2）半湿润、半乾旱地区水资源研究中心；（3）乾旱地区水资源研究中心。三个中心负责三个专题总的研究工作，然后组织区有关地理系承担各个课题并瞭解工作开展、进行情况，共同研究，解决学术上的问题。

　　3.2　实施步骤

　　由三个中心组织课题协作工作，落实承担课题的单位，由承担单位拟好详细课题工作计划及进度表，以后由中心负责督促检查，每2～3年召开一次专题工作总结会议，再向教育部地学规划工作组汇报。

　　3.3　培养人才

　　（1）有关院校招收水资源研究生，结合专题培养高级人才；

　　（2）年青教师参加领域科研工作，培养提高；

　　（3）开设水文或水资源专业，培养水资源大学毕业生。

　　3.4　与国际合作可能性

　　（1）争取参加联合国国际水文委员会有关课题研究，将本规划列入其规划内，开展研究；

　　（2）与美国、日本、英国、澳大利亚等国家水资源研究机构联系，协作研究专题内某些课题。

　　3.5　要求

　　（1）第一个五年计划内，完成计划各课题的研究工作，并写出有关报告及论文。初步能将部分成果提供有关单位参考使用，能显示出有一定经济效益；

　　（2）后十年计划，要求写出较高水平、有系统的科研专著及理论，并有中国特色。能将大部分成果提供有关方面参考使用，有较好的经济效益。

　　（原载：教育部属高校1986-2000年基础研究规划，地理学科重要领域专题报告，1986。）