沈燦燊

　　1　前言

　　水資源系統研究是目前世界上被重視研究項目之一，因爲它關系到世界經濟發展和人類生活的前景。近半世紀以來，由於工、農業的飛躍發展，人口迅速增加，無計劃地大量消耗水，并且污染水質，使水資源受到不同程度的破壞。1965年，聯合國教科文組織提出了國際水文十年（IHD）（1965～74）計劃，估計由於世界人口增長和生活用水要求的提高，以及工、農業的不斷發展，可用水資源必然减少，到本世紀末，人類生活福利情况與可用水資源的豐竭有極大關系，故對全世界水資源作合理的開發利用和妥善保護的研究十分重要。另一方面，水資源的豐竭和變化與當地的自然地理和人類活動有極密切的關系。例如喀斯特地區雨水大量滲漏形成地下河及地下湖泊，沙漠邊緣地區過大的蒸發使地表水極之枯竭，特别是人類過份地砍伐森林導致水土流失、洪水加大、枯季流量减少，使水資源季節分配集中而增加用水的困難；還有大的水庫群興建、都市化、耕作方式和耕作制度的改變，……等等，都會引起水資源的某些變化。國際水文計劃（I.H.P）（1975～89）成立後，召開國際水文規劃會議，在水文規劃的新任務中，第一階段有兩項課題直接與水資源研究有關，其中一項爲：“把環境條件作爲一個整體來評價人類活動對水循環的影響。包括各種人類活動對水資源影響的綜合利用”。

　　實際上，水資源的儲存與變化和水分循環與水量平衡各個因素有極密切關系。因此僅從水量與水質去研究水資源是不全面的，必須從水的形成過程、河川補給類型、水的時空分配、儲存形式、旱澇週期、産流匯流地區特點、水汽輸送、海氣交换等方面進行系統的研究，即水資源系統研究，方才完整。地理學家對水資源的研究，主要是探討不同地理環境對水資源的儲存、變化、不合理的自然損耗、産生逕流的物理過程及結果以及對水量平衡各項要素變化的影響，并且研究人類以各種不同方式大量利用水資源後，對自然環境産生的影響。研究的方法是實地野外調查觀測，研究區域自然因素綜合影響，再用物理成因過程方法擬就模式。這方面的研究，必須有自然地理、地質、地貌、植被、土壤、水文、氣象和經濟地理多學科的隊伍，這正是高校地理系的有利之處。開展這方面的研究對摸清我國水資源的儲量、變化、防止不合理地濫用水，提出合理開發利用和保護水資源的建議，並作爲人與環境廣泛關系的研究，在理論方面和應用方面，都有現實意義。

　　水資源研究、國内外都發展得很快，在聯合國，本部（UN）、糧農組織（FAO）、氣象組織（WMO）、教科文組織（UNESCO）、工業發展組織（UNIDO）等10個機構中，都對水資源系統中某些部分進行研究。1965年教科文組織成立了國際水文十年機構，120多個國家參加。面對人口的迅速增加和生活水平的提高，應如何合理開發利用水資源，是一個急切要解决的問題。十年中，對水量平衡、洪澇、乾旱、地下水、人類對水分循環的影響，水質、河川固體逕流、……等方面的研究，在瞭解水圈中出現的水文過程和現象，和對地表水與地下水資源的變化估價，並對世界水資源的合理利用和管理某些方面作出了貢獻。國際水文規劃委員會成立，第一個階段中對水資源研究有兩大方面：（1）水量平衡與水資源的估算，包括每個國家、每個地域和全球水量平衡及其每一個重要環節（降水、蒸發、水汽輸送、逕流、土壤水和水的貯存方式）以及其隨時空變化的研究；（2）人類活動對環境中的水文因素的影響，研究的内容比較廣泛，主要是人類活動導致水文情况及水資源情况的變化，如排灌發展的影響，城市化的影響，土地利用變化的影響，河流、地下水、湖泊、水庫中污染的擴散、稀釋、自净過程、廢熱等方面的研究。此外，新技術的應用漸被重視，如遥感技術、核技術的應用。水文時序列隨機模擬的發展，逕流和整個水循環中數字模擬，水資源系統實時控制模型，水資源動態模型，融雪逕流模擬，分佈系統模擬，水質模擬等等都陸續開展。

　　近年來，美國、英國、蘇聯、日本等國家，水資源研究的發展大致歸納爲下列幾個領域：（1）水資源的儲量計算及未來水在供需方面的估算，合理利用水和妥善管理水的研究。研究多目標水利系統最優開發方式；（2）從水量平衡的角度進行水資源形成過程的理論研究，及各個環節水的計算方法；（3）水資源工程措施，並進行水資源合理開發利用研究；（4）地理環境對水資源系統影響的研究；（5）大流域調水，大規模開發水資源對地理環境所産生的作用和反應的研究；（6）政治、經濟政策對水資源合理開發利用及管理的影響；（7）水質污染的研究；（8）開闢新水資源，如鹹水淡化，南極冰山的開發，冰川的開發，深層地下水的應用的研究。

　　不同的國家根據自己水資源狀况和本國特點常側重某幾個領域的研究。例如蘇聯到1985年灌溉面積將達21×106公頃。因此加强了地表水與地下水平衡關系的研究。美國由於水資源比較豐富，則對水資源政策、城市供水、水資源工程等方面和水資源妥善管理加重研究。

　　值得注意的是：這8個領域中，一半左右是與地理環境和人類活動有關，隨着人類活動能力不斷加快加劇，對自然環境的影響必然愈來愈大，加以政治、經濟政策愈來愈復雜，因此，水資源的研究必須將這些影響因素納入作爲重點加以研究。

　　我國有明顯的濕潤地區、乾旱地區和半乾旱半濕潤地區，有些地區常常旱澇交替，年内水量分配極不均一。喀斯特地區與其他地區，水稻田區與旱作區，森林地區和森林被大量砍伐地區的水資源情况有明顯差异，加上近年來我國工農業和各項經濟建設都飛躍發展，城市人口迅速增加，許多地區都感到水資源匱缺和水質污染，以及大的工程建設、耕作制度的改變，人類生活水平的提高，都引起水資源變化。1982年廣東、四川的大洪水與森林大面積被砍伐的關系，有關方面曾展開激烈争議，因而，各方面都希望能展開“地理環境對水資源系統效應”的研究。

　　我國在60年代開始，便進行水資源方面的研究，初始於中國科學院地理所和各高等院校地理系，接着中國科學地理所組織有關高等院校進行“南水北調對地理環境影響”方面的研究。水利部門與所屬機構則進行各地區水資源的初步計算，並作出了全國、各流域和各地區的降水、蒸發、逕流等水文圖。最近進行了全國水資源水量再一次的計算，和將來工農業生活需水量的估計以及兩者盈缺的對比、科學院地理所和全國高等院校地理系近年來也進行瞭解各地區水資源水量及利用現狀，提出評價和建議。並對水分循環和水量平衡中各個要素，如産流、蒸發、下滲、降雨等方面進行了理論上和計算方法的研究，並探討地理環境對水文過程及水資源系統的影響。最近，四川、廣東有關部門組織專家進行森林大面積被砍伐後與特大洪水關系的研究，對防洪、農業方面有很大現實意義。高等院校師生在這些研究工作中，作出了重要的貢獻。在今後水資源研究許多領域中，“自然環境對水資源系統效應的研究”。人類活動、自然地理環境、水資源系統三者的相互影響的過程和關系，和如何使之達到水資源不竭，自然地理環境優美，人類活動更美好的研究，必會被重視和迅速發展。

　　2　地理環境對水資源系統效應

　　根據我國地理環境的特點，經濟建設情况和科研體系，本專題可分以下三方面進行研究：

　　2.1　我國濕潤地區地理環境對水資源系統效應的研究

　　我國濕潤地區包括淮河、秦嶺以南，長江、珠江兩大流域，東南沿海，海南島，横斷山脈和東北松花江等地。處在東亞季風區和西南季風區範圍内熱帶、亞熱帶、温帶，雨量充沛，温度較高，日照較長，河流與灌溉系統密佈，適宜於農作物生長，爲我國主要農業基地。本區東部人口密集，城鎮林立，工業發達，水稻田面積廣，用水較多。而且，本地區下墊面地理情况十分復雜，有大片喀斯特地區，陡峻的花崗岩山地，以及有平原、窪地、湖泊群，這些不同的地理景觀區内的水資源情况差异較大，逕流成流過程也不同。

　　本區的水資源特點是：水量豐富，年際變化相對穩定，Cv、Cs都不算大。但年内逕流過分集中於洪水季節，暴雨逕流較多，難以在自然狀况下充分使用。且常出現旱澇。加以人口密集，人類活動頻繁，大片森林砍伐，部分地方水土流失較嚴重，水稻田灌溉大量需水，大小城鎮興起，生活用水和工業用水日漸增多。工農業發展大量排污，污染了河水，對水資源情况有極大影響。因此開展本區合理開發利用和妥善保護水資源具有現實意義。

　　我國濕潤地區地理環境（包括人類活動）對水資源系統效應研究的課題主要有：

　　2.1.1　自然地理因素對水資源系統的效應

　　即就是自然地理因素對年水量平衡（年逕流總量、年逕流年内分配、洪峰流量、枯季逕流量、多年逕流變化特點）的效應。主要内容包括不同森林及植被類型和覆蓋度、地質條件（石灰岩地區作爲重點研究、其餘如花崗岩山地、玄武岩臺地等也作研究）、降水類型和蒸發情况（臺風雨、鋒面雨等）、湖泊沼澤（如江漢平原及三江平原）、和土壤（沙土，紅黄壤等），以及這些自然地理因素對一次洪水（産流）的效應。

　　2.1.2　人類活動對水資源系統的效應

　　研究的主要内容有：人類活動對年降水量平衡的效應、大量砍伐森林及種植不同類型的再生林、不同地理環境下水利工程的興建（水庫群、各種大水利工程）、不同類型都市化、不同地理環境下耕作方式和耕作制度及灌溉方式、河口區大水利工程（堵海工程、聯圍築閘、圍墾……）不同的土地利用方式、南水北調長江水資源系統的效應。（包括洪水、潮汐、水量分配、枯水流量、水質等的變化），以及上述情况下人類活動對一次産流的效應。

　　2.1.3　自然地理因素及人類活動對水量平衡綜合影響效應的研究

　　（1）各類不同地理環境的代表性流域的水量平衡類型、模式與特點，以石灰岩地區爲重點。（包括幾十年地理環境變化對水量平衡的階段效應）

　　（2）各類不同地理景觀的代表性流域的産流類型、産流模式及産流過程的特點，以石灰岩地區爲重點。（包括幾十年地理環境變化對産流變化的階段效應）

　　（3）人類活動極少（純原始自然狀態）與人類活動强烈（開發程度大）的流域水量平衡情况的對比。

　　2.1.4　水質的研究

　　可分爲：（1）自然地理因素對水質影響。例如，沿海地帶不同地理條件下鹹水入侵的研究（東海沿海，海南島）、河口伸延及泥沙沉積對河口鹹水分佈及季節變化影響的研究（長江河口、珠江河口）；（2）人類活動對水質污染的影響。例如河口區大水利工程與工農業排污相互作用，對水質污染情况及河口生態平衡的影響（珠江、長江兩河口）、輪作制度及灌溉方式對水質污染的影響。

　　2.1.5　不同開發利用水資源方式

　　對地理環境産生的影響（水庫群的用水、城市大量用水、大量引水截留排灌、大量開采地下水等）。

　　2.1.6　各種規劃

　　（水利規劃、農業規劃……等）及國家各種法制（森林法……等）與水資源合理開發利用、管理保護的關系的研究

　　2.2　半濕潤半乾旱地區地理環境對水資源系統的影響研究（本節由南京大學地理系楊戊教授執筆）

　　本地區在氣候上屬半濕潤、半乾旱地區，相當於落葉闊葉林和森林草原自然帶的範圍，包括黄、淮、海平原、東北一部、山陝大部、甘肅南部、四川北部和西藏南部地區。這個地區是我國小麥、棉花、及其他旱作的主要産區，在農業生産上佔有很重要的地位。該區年逕流深在80-300mm，經濟系數在0.1-0.3之間，水資源比較貧乏，土地資源却十分豐富，水土組合極不平衡。如海河、灤河、淮河流域耕地面積占全國耕地面積的27%，而水資源只占全國水資源的4%，人口亦占全國總人口的27%，地多水少，缺水十分嚴重，按人平均每人每年僅500立方米。主要用於灌溉，基本上無水可用於工業生産和城市用水。

　　黄、淮、海三大流域，逕流量只占全國的6.6%，而耕地面積却占全國的40%，每畝耕地面積佔有的水量只有全國平均的16%。可見該地區地多、人多、水少、水土資源極不平衡，是這一地區水資源緊張的主要原因。由於地表水源不足，地下水超採日趨嚴重，除産生地下水位下降，引起地面下沉外，有些地區已面臨地下水資源枯竭的危險。由於水資源緊張，形成工農業之間、地區之間、各用水部門之間一系列矛盾，迫使許多綜合利用的水庫改變方向轉爲專供城市工業用水爲主，如北京的官廳、密雲、河北的津家口，……。由於改變了原來爲農業生産投資的性質，降低了農業生産條件，對當地農業生産的發展搆成很大的威脅。該地區河流是受污染較重的，還由於水質的變壞更加重了水資源不足。

　　爲解决該地區水土資源不平衡問題，從根本上解决的辦法是跨流域引水進行水量調配。這必然要改變原有的地理環境，由於地理環境的改變對水資源的利用也將會造成有利和不利的影響。因此，對整個地區或流域進行自然環境對水資源系統研究則更爲突出。

　　國外，在50年代將决策論（Decision  theory）引入描述性學科而誕生了水資源工程學（Water  resources  engineering），作爲水資源工程最優化技術之一的動態規劃法，分析越來越復雜的水資源系統。水資源的開發利用和保護問題，幾乎是對一個地區的經濟增長和全面發展生産有顯著的影響，也可以説無論什麽經濟發展規劃，水資源系統規劃通常都作爲該規劃的核心。也可以看出水資源系統的重要。

　　爲達到該地區的自然資源與水資源系統的研究，達到合理利用水資源的目的，達到最優開發水資源的目的，必須對地理環境（包括人類活動）的影響進行研究。大體可分爲兩種類型，一種是人類爲經濟建設而進行的經濟調節，或直接引水所引起的影響，如水庫的建築與運用，分洪工程大型灌排工程等；另外是改變了逕流形成條件及其他河川流域的水量平衡要素，對水資源産生了影響，如農業措施，森林的墾殖，都市化，沼澤、地區排水等。在人口密集的大流域，以上兩種情况都有存在，對水文氣象自然地理及下墊面有着密切的關系，尤其是人爲因素，往往直接超越自然地理因素變遷速度，所以除了進行水資源系統工程的分析研究外，對因受人類影響而産生的自然環境的變化也要進行預測。從生態平衡上來合理利用水資源。

　　針對本區特點擬進行如下研究：

　　（1）對水資源利用現狀要進一步弄清，研究用水、管水、節水、調水的情况，總結這方面的經驗，爲進一步開發利用、管理、保護提供依據。

　　（2）研究水土平衡，提供合理的耕作制度，劃定農、林、牧區域。

　　（3）根據水資源的實際情况，合理核算城市發展規模，調整限制某些工業的布局。

　　（4）研究跨流域引水的可能性，和調水後對流域自然環境影響的預測研究。總之在國民經濟發展規劃中，農業發展和國民經濟建設都應當充分考慮到水資源條件的制約。

　　2.3　我國乾旱地區地理環境對水資源系統效應的研究

　　我國乾旱地區包括新疆、青海、内蒙、寧夏和甘肅、陝西的一部分。它的水資源系統的特點是，大陸性氣候乾燥少雨，地區分佈極不均匀且降雨時間集中而短暫，特别是平原區雨量更少、蒸發强，幾乎不能或很少産生逕流，有些地方年雨量在10毫米以下。但乾燥區四周高山，有豐富的冰川、永久積雪以及季節性積雪。河川絶大部分是内陸河，尾間潴水成湖泊或沼澤，大部分靠冰雪融水補給，故逕流的多少除與冰雪儲量有關外，還與氣温有密切關系。因而季節分配不均匀，但多年變化穩定，Cv、Cs值較小。枯季出現時間各地極不一致，枯季流量差异也極大。逕流從山區流出後，灌溉山前冲積扇和平原耕地後，餘量較小，下游常常乾涸。解放後，大規模開墾，建造各式灌溉系統、水庫和水利工程，使河川水量水質都起了較大變化。隨着灌溉面積擴大，用水增加，下游流量鋭减，使尾間的湖沼縮小或消滅；渠道大量利用地下水，地下水動儲量减少，平水期補給水量鋭减；水庫調蓄水量，但蒸發極大，損耗了大量水資源；灌區以下引起了土地沼澤化和鹽漬化，天然回歸水與灌溉回歸水使河水礦化度增加。至於坎兒井，引用泉眼等的灌溉方式對水資源的關系如何，正在不斷探索。乾旱區下墊面景觀差异較大，地表水源不足，地表水大量滲漏，許多地表水下滲入地下，而本身埋藏的地下水量也十分豐富，故地下水是主要水資源之一，地下水和地表水流相互補給的關系復雜。在這種復雜地理環境下，農業不斷發展，人口不斷增加，用水量不斷增大，探索自然地理條件和人類活動對水資源系統的影響，爲合理開發、利用和保護水資源提供可行的科學成果，是十分急需而有重大意義的。

　　本區的研究課題主要是：

　　2.3.1　我國乾旱地區地理環境（包括人類活動）對水資源系統效應的研究

　　（1）自然地理因素對水資源系統的效應，主要是指：

　　1）自然地理因素對水量平衡的效應（包括逕流年總量、年内季節分配、枯水流量、流量日變化、洪水、冰情、流量多年變化等），包括河流不同補給來源、（不同類型冰川與永久積雪、季節積雪、降雨、以及其他類型的補給）。氣候因素（熱量條件、不同下墊面情况下的蒸發、風沙），地貌條件（山地和高原及不同坡向、山前冲積扇、平原及盆地、湖泊及沼澤）、地面覆蓋物質和土壤、以及植被對水量平衡的效應，特别是自然地理因素綜合影響隨水量平衡的效應。

　　2）自然地理因素對産流的效應，包括洪水産流模式和洪水過程。

　　（2）人類活動對水量平衡的效應。例如不同的灌溉方式（主要是灌溉加速河流乾涸）、各類水庫（主要是增大蒸發，大量减少可用水資源）、不同類型的引水系統和水利工程、人工融化冰川和永久積雪、開發利用沼澤、人工植林、人類活動綜合影響對水量平衡的效應。

　　（3）水質的研究。包括：自然地理因素對水質的影響、人類活動對水質的影響。

　　（4）各種不同開發利用水資源方式對自然環境産生的影響（各類型水庫、大量融化冰川和永久積雪。不同灌溉方式，引水工程系統。大量開采地下水等）。

　　（5）各種規劃（農業規劃，……等）及國家各種法制（森林法等）與水資源合理開發利用，管理保護關系的研究。

　　3　實施的步驟、具體措施和要求

　　爲了保证本專題研究課題的實現，提出以下實施的步驟、具體措施和要求：

　　3.1　組織領導

　　由教育部部屬高校地學規劃工作組領導，在全國建立了三個水資源研究中心。（1）濕潤地區水資源研究中心；（2）半濕潤、半乾旱地區水資源研究中心；（3）乾旱地區水資源研究中心。三個中心負責三個專題總的研究工作，然後組織區有關地理系承擔各個課題並瞭解工作開展、進行情况，共同研究，解决學術上的問題。

　　3.2　實施步驟

　　由三個中心組織課題協作工作，落實承擔課題的單位，由承擔單位擬好詳細課題工作計劃及進度表，以後由中心負責督促檢查，每2～3年召開一次專題工作總結會議，再向教育部地學規劃工作組匯報。

　　3.3　培養人才

　　（1）有關院校招收水資源研究生，結合專題培養高級人才；

　　（2）年青教師參加領域科研工作，培養提高；

　　（3）開設水文或水資源專業，培養水資源大學畢業生。

　　3.4　與國際合作可能性

　　（1）争取參加聯合國國際水文委員會有關課題研究，將本規劃列入其規劃内，開展研究；

　　（2）與美國、日本、英國、澳大利亞等國家水資源研究機構聯繫，協作研究專題内某些課題。

　　3.5　要求

　　（1）第一個五年計劃内，完成計劃各課題的研究工作，並寫出有關報告及論文。初步能將部分成果提供有關單位參考使用，能顯示出有一定經濟效益；

　　（2）後十年計劃，要求寫出較高水平、有系統的科研專著及理論，並有中國特色。能將大部分成果提供有關方面參考使用，有較好的經濟效益。

　　（原載：教育部屬高校1986-2000年基礎研究規劃，地理學科重要領域專題報告，1986。）