书城科普读物青少年身边的环保丛书:人类的生态困境
8429700000005

第5章 可利用水资源的匮乏

长期以来,人们把空气作为不花成本的资源,水也是作为成本低廉的资源对待的,因为它数量巨大且易于获取。当人们面对泛滥的江河时,常为其巨大的水量而叹为观止,然而,江河中的全部淡水若是同浩瀚的海洋相比,仅及其1/1000000。地球是一个水量极其丰富的天体,海洋面积占地球总面积的71%,地球实际上应称为“水球”,而被称为水星的行星上却并没有水。迄今天文学的观察也尚未发现哪一个星球上有水,这又是地球的独特之处。

地球上水的总量是巨大的,达1.4×109立方千米,占地球质量的2/10000。如果地球是一个平滑的球而没有地形起伏,则地球表面就形成一个水深2744米的世界洋。即使世界人口达到100亿,每人平均占有的水量仍达0.14立方千米,即1.4亿立方米。但是,能供人类利用的水却不多,因为水圈中海水占97.3%,难以直接利用,淡水只占2.7%,约合38×106立方千米,仍然是一个极大的数字,相当于地中海容量的10倍。可惜,这些淡水的99%却难以直接被人类利用,因为:两极冰帽和大陆冰川中储存了淡水的86%,位处偏远,难以获取;浅层地下水储量约占淡水总量的12%,必须凿井方能提取。

可贵的淡水资源最易利用的是江河湖沼中的水,占淡水总量的1%弱。然而,人类正是充分利用了这极小部分的水得以繁衍不息,创造了灿烂的文化。古代人类的文明大多与大河有关,例如黄河、尼罗河、恒河、底格里斯河和幼发拉底河等,都是人类文明的摇篮。

水属于可更新的自然资源,处在不断的循环之中:从海洋与陆地表面蒸发、蒸腾变成水蒸气,又冷凝为液态或固态水降落到海面和地面,落在陆地的部分汇流到河流和湖泊中,最后重新回归海洋,如此循环不已。

全球每年水分的总蒸发量与总降水量相等,均为500×103立方千米。全球海洋的总蒸量为430×103立方千米,海洋总降水量为390×103立方千米,二者的差值为40×103立方千米,它以水蒸气的形式移向陆地。陆地上的降水量(110×103立方千米)比蒸发量(70×103立方千米)多40×103立方千米,它有一部分渗入地下补给地下水,一部分暂存于湖泊中,一部分被植物所吸收,多余部分最后以河川径流的形式回归海洋,从而完成了海陆之间的水量平衡。

这4万立方千米的水还不能被人类全部利用,其中大部分(约28×103立方千米)为洪水径流,迅速宣泄入海。其余12×103立方千米中,又有5×103立方千米流经无人居住或人烟稀少的地区,例如寒带苔原地区、沼泽地区和像亚马逊那样的热带雨林地区等。余下可供人类利用的仅为每年7000立方千米。本世纪以来各国修筑了许多水库,控制了部分洪水径流。全世界水库的总库容约为2000立方千米,使可供人类使用的水量达到每年9000立方千米,这就是人类能有效地利用的水资源。

人类对水的需求分生产需用和生活需用两方面。根据各国的经验,对于用水量可以作如下的推算:

1.生活用水:为了维持起码的生活质量,生活用水标准为每人每年30立方米。北京城区的生活用水量略高于此数,为50立方米,发达国家的生活用水量更高,如美国达180立方米,而一些经济欠发达的缺水国生活用水量远低于起码的水平,例如非洲马尔加什共和国西南部居民每人每年仅靠2立方米水维持生活,仅仅超过生物学需水量的最低值。而且他们还必须为这2立方米质量低劣的水支付40美元的水费。

2.工业用水:非高度工业化国家的标准为每人每年20立方米。

3.农业用水:为维持每日10462焦耳(2500卡)热量的食物每人每年需水300立方米,每日12555焦耳(3000卡)热量食物则需水400立方米。

以上3项合计,每人每年的需水量约为350~450立方米,以维持中等发达以下的生活水平。由此推算,每年9000立方千米的总水量可以供养200亿~250亿人口,如果水分能够及时地和持续地供应到需水的地方的话。但是,地球上水分的分配无论在时间上和空间上都极不均衡,而且人口的分布也很不均匀。因此,实际上能够供养的人口将远低于此理论值。另有专家提出一个经验参数:如果依赖一个流量单位(即每年1百万立方米)的人数超过2000人时,这个国家或地区就会出现缺水问题。按这个参数计算,则现有淡水量可供180亿人之需。

从世界范围来看,需水量最大、对供水量至为敏感的部门乃是农业,占用水总量的2/3以上,因此,发展节水农业是节约水资源的有效途径。各国农业用水所占比例差异很大,与各国工农业发展情况和农业在国民经济中所占比重有关。像印度和墨西哥等农业国农业用水所占比重很大,达90%以上。与此相对照的是英国和原联邦德国,农业用水很少,这不仅是由于其工业发达,相对耗水较多,更重要的是这些国家雨水充沛调匀,农业可以旱作而很少灌溉,灌溉技术也较先进,因此农业耗水较少。工业国中日本的情况比较特殊,其农业用水量约占70%,原因是大规模种植耗水量巨大的水稻。美国工农业用水所占比例相当,因为它也是农业大国,但20世纪60年代以来,工业用水量开始超过农业,其主要原因是随着用电量的剧增,电厂冷却用水量亦迅速增加。

干涸的土地我们知道,虽然全球的有效淡水量不及总水量的1%,然而,仍可以满足约200亿人口低水平的需要。不过由于人口的分布和降水的时空分布都极不均匀,使不少国家和地区不时遇到缺水的困难。

供水紧缺往往造成一系列的经济、社会和生态问题。世界上的缺水区常常又是人口增长和城市化发展均较迅速的地区,缺水对农业的冲击最大,因为农业常是这类地区用水量最大的部门,而且又常是经济效益较低的部门,因此当某一地区的用水量接近其自然极限时,常常是农业部门首先失去充分供水的保证。例如,在我国北方缺水地区,每立方米淡水用于工业所取得的经济效益60倍于农业,计划部门在分配用水时必须考虑这个因素。在美国,更是奉行效益优先的信条,当农民把用水权卖给缺水的城市获利多于种植棉花、小麦和牧草时,他们将毫不犹豫地卖水而弃耕。美国有些地区用水权的价格很高,盐湖城每英亩英尺(英美常用体积单位,合1.233立方米)用水权为200美元,而在迅速城市化的科罗拉多州弗兰特岭地区则高达3000~6000美元,任何农业收入都无法与这样的高价竞争。

但是,在过分地考虑用水的经济效益时,却往往忽视了水的生态学功能。在充分保证生活与工农业生产用水的同时,没有考虑给河流留下必要的水,以保护那里的鱼类和野生动物,更没有顾及河流的娱乐与美学功能。我国华北一些河流水的利用率很高,例如海河、滦河流域在干旱的1983年入海水量仅为3亿立方米,为当年径流量的2.6%,该年河水的利用率已达97.4%。黄河下游有些枯水年也出现断流。这种情况对河流生态系统无疑都产生毁灭性的后果。

径流

径流是指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。径流的类型很多,按水流来源可分为降雨径流和融水径流;按流动方式可分地表径流和地下径流,地表径流又分坡面流和河槽流。此外,还有水流中含有固体物质(泥沙)形成的固体径流,水流中含有化学溶解物质构成的离子径流等。径流的形成是一个很复杂的过程。