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                  水    利

    水利一詞最早見于戰國末期問世的呂氏春秋中的《孝行覽·慎人》篇,但它所講的“取水利”系指捕魚之利。約公元前 104~前91年, 西漢史學家司馬遷寫成《史記》,其中的《河渠書》(見《史記·河渠書》)是中國第一部水利通史。該書記述了從禹治水到漢武帝黃河瓠子堵口這一歷史時期內一系列治河防洪、開渠通航和引水灌溉的史實之后, 感嘆道:“甚哉水之為利害也”,并指出“自是之后,用事者爭言水利”。從此,水利一詞就具有防洪、灌溉、航運等除害興利的含義。現代由于社會經濟技術不斷發展, 水利的內涵也在不斷充實擴大 1933年,中國水利工程學會第三屆年會的決議中就曾明確指出:“水利范圍應包括防洪、排水、灌溉、水力、水道、給水、污渠、港工八種工程在內。”其中的“水力”指水能利用,“污渠”指城鎮排水。進入 20世紀后半葉, 水利中又增加了水土保持、水資源保護、環境水利和水利漁業等新內容,水利的含義更加廣泛。因此,水利一詞可以概括為:人類社會為了生存和發展的需要,采取各種措施,對自然界的水和水域進行控制和調配,以防治水旱災害,開發利用和保護水資源。研究這類活動及其對象的技術理論和方法的知識體系稱水利科學。用于控制和調配自然界的地表水和地下水,以達到除害興利目的而修建的工程稱水利工程。
                水利與人類
  水是一切生命的源泉,是人類生活和生產活動中必不可少的物質。在人類社會的生存和發展中,需要不斷地適應、利用、改造和保護水環境。水利事業隨著社會生產力的發展而不斷發展,并成為人類社會文明和經濟發展的重要支柱。
 原始社會生產力低下,人類沒有改變自然環境的能力。人們逐水草而居,擇丘陵而處,靠漁獵、采集和游牧為生,對自然界的水只能趨利避害,消極適應。進入奴隸社會和封建社會后,隨著鐵器工具的發展,人們在江河兩岸發展農業,建設村莊和城鎮,遂產生了防洪、排澇、灌溉、航運和城鎮供水的需要,從而開創和發展了水利事業。
 18世紀開始的產業革命,帶來了科學和技術的發展。一些國家開始進入以工業生產為主的社會。水文學、水力學、應用力學等基礎學科的長足進步,各種新型建筑材料、設備、技術,如水泥、鋼材、動力機械、電氣設備和爆破技術等的發明和應用,使人類改造自然的能力大為提高。而人口的大量增長,城市的迅速發展,也對水利提出了新的要求。19世紀末,人們開始建造水電站和大型水庫以及綜合利用的水利樞紐,水利建設向著大規模、高速度和多目標開發的方向發展。
 水利工程曾包括在土木工程學科之內,與道路、橋梁、公用民用建筑并列。水利工程具有下列特點:水工建筑物受水作用,工作條件復雜;施工難度大;各地的水文、氣象、地形、地質等自然條件有差異,水文、氣象狀況存在或然性,因此大型水利工程的設計,總是各有特點,難于劃一;大型水利工程投資大、工期較長,對社會、經濟和環境有很大影響,既可有顯著效益,但若嚴重失誤或失事,又會造成巨大的損失或災害。由于水利工程具有自身的特點,以及社會各部門對水利事業日益提出更多和更高的要求,促使水利學科在20世紀上半葉逐漸形成為獨立的科學。
 二次世界大戰以后,隨著各國經濟的恢復和發展,以及系統論、控制論、信息論等新理論和電子計算機、遙感、微波通信等新技術的出現,水利事業進入蓬勃發展的新時期。但是在某些地方由于對水土資源的過量開發,或未能有效地進行保護,已造成惡果。例如:大量侵占江河湖泊水域,降低了防洪能力;濫伐濫墾森林草原,加劇了水土流失;工礦排放有毒廢水,污染了水源;超量開采地下水,造成了水源危機等。因此,水利又面臨許多新的課題。
 通觀歷史,人類與水一直存在著既適應又矛盾的關系。隨著人類社會的不斷發展,人與水的矛盾也在不斷變化,需要不斷地采取水利措施加以解決,而每一次大規模的成功的水利實踐,都會進一步提高水利在人類發展過程中的重要地位。
                  世界水利
  地球上的水量是豐富的,但是淡水量僅占2.5%,而參與全球水循環的動態水量又僅為淡水量的1.6%,約為577萬億m其中降落在陸地上以徑流為主要形式的水量,多年平均為47萬億m。這部分水量逐年循環再生,是人類開發利用的主要對象。然而這部分水量中約有三分之二是以雨和洪水形式出現,不僅難以大量利用,且常帶來嚴重的水災。
 世界上不同地區因受自然地理和氣象條件的制約,降雨和徑流量有很大差異,因而產生不同的水利問題。
 非洲是高溫干旱的大陸。水資源按面積平均在各大洲中為最少,不及亞洲或北美洲之半,并集中在西部的扎伊爾河等流域。除沿赤道兩側雨量較多外,大部分地區少雨,沙漠面積占陸地的三分之一。解決缺水問題,為非洲多數國家的首要任務。非洲有世界上最長的河流──尼羅河。尼羅河的水資源哺育了埃及的古文明,至今仍與埃及經濟息息相關。
 亞洲是面積大、人口多的大陸,雨量分布很不均勻。東南亞及沿海地區受濕潤季風影響,水量較多,但因季節和年際變化雨量差異甚大,汛期的連續雨常造成江河泛濫。如中國的長江、黃河,印度的恒河等都常為沿岸人民帶來災難。防洪問題成為這些地區的沉重負擔。中亞、西亞及內陸地區干旱少雨,以致無灌溉即無農業,必須采取各種措施開辟水源。
 北美洲的雨量自東南向西北遞減,大部分地區雨量均勻,只有加拿大的中部、美國的西部內陸高原及墨西哥的北部為干旱地區。密西西比河為該洲的第一大河,洪澇災害比較嚴重,美國曾投入巨大的力量整治這一水系,并建成溝通湖海的干支流航道網。在美國西部的干旱地區,修建了大規模的水利工程,對江河徑流進行調節,并跨流域調水,保證了工農業的用水需要。在加拿大和美國境內,水能資源豐富,開發程度也較高。
 南美洲以濕潤大陸著稱,徑流模數為亞洲或北美洲的兩倍有余,水量豐沛。北部的亞馬孫河是世界第一大河,流域面積及徑流量均為世界各河之冠,水能資源也較豐富,但流域內人煙較少,水資源有待開發。其他各河水量也較充裕,修建在巴拉那河上的伊泰普水電站,裝機容量為1260萬kW,為世界最大的水電站。
 歐洲絕大部分地區具有溫和濕潤的氣候,年際與季節降雨量分配比較均衡,水量豐富,河網稠密。歐洲人利用優越的自然條件,發展農業、開發水電、溝通航運,使歐洲的經濟有較快的發展。
 長期以來,世界各地的人們,在不同的歷史時期和不同的自然條件下,為著不同的目的,修建了大量的各種類型的水利工程。特別是第二次世界大戰之后,在短短幾十年中所修建的工程之多,速度之快,規模之大,技術水平之高,均超過以往的歷史階段,并取得巨大的效益。在許多江河上建成了數以萬計的水庫,總庫容達6萬億m,大大增加了對徑流的調節能力。通過水庫、堤防、河道整治、分蓄洪水等綜合措施,提高了許多江河的抗洪能力。如中國的黃河素以善淤善決善徙著稱,過去平均每三年兩次決口,災害頻繁,被稱為“中國的憂患”。經過整治,已四十余年安瀾。又如美國的密西西比河,洪水經常泛濫,經過修建一系列防治工程,使1973年和1983年發生大洪水時,減少洪災損失各在百億美元以上。在灌溉和排水方面,戰后發展較快。1950年世界的灌溉面積為14.4億畝,占世界耕地總面積的7%,到1986年已增至35億畝,占耕地總面積的17%,其糧食產量占全世界總產量的40%,其產值達全世界農業總產值的一半。水力發電在20世紀初仍為新興事業。1950年全世界水電裝機約為7120萬kW,到1986年已增至5.67億kW,占世界可能開發的水能資源總數22.6億kW的25%,但開發程度很不平衡。西歐一些發達國家如瑞士、法國、意大利、英國等,水能開發程度都已超過90%;而水能資源較豐富的發展中國家,開發程度還很低。水運是世界上較早開發的運輸方式,受到各國的重視。如蘇聯的伏爾加河、北美的密西西比河、中國的長江、歐洲的多瑙河等,內河航運均較發達。19世紀后半葉和20世紀初,蘇伊士運河和巴拿馬運河先后通航,大大縮短了大西洋和印度洋及太平洋之間的海運航程,促進了世界水運的發展。當代世界第一大港荷蘭的鹿特丹港,年吞吐量已達3億t。在筑壩技術方面,戰后發展很快,壩高和壩體規模都大大突破了過去的水平。據國際大壩委員會1986年登記,壩高15m以上的大壩約為3.6萬座,其中壩高在200m以上的有26座。世界最高的壩是蘇聯于1989年建成的羅貢壩,壩高335m。
 與此同時,許多國家對于水土保持、水資源保護以及結合水利工程發展漁業和旅游業等均較重視,并取得不同程度的效益。
                 水利在中國
  中國位于亞洲東部,地勢西高東低,季風氣候明顯。降水季節集中,年際變化很大,地區分布不均。東南沿海地區年雨量約1800mm,西北內陸不及200mm。水資源主要來自大氣降水,年平均總量為28100億m,居世界第六位。中國雨熱同步的氣候條件、江河的豐沛水資源及江河中下游的廣大沖積平原,都給中華民族的繁衍發展帶來了有利條件。但水土資源的開發也伴隨著與水旱災害的斗爭。人口的增長又增加了對水土資源開發的壓力。至20世紀80年代,因人口眾多,人均占有水資源量僅為世界人均值的四分之一。特別是水資源與土地資源的分布不相協調,南方水多而耕地少,北方水少而耕地多。如長江及其以南地區,江河徑流量占全國的83%,但耕地只占33%;長江以北地區,耕地占全國的67%,但江河徑流量僅占17%。這些都成為今后發展的制約因素。
 水利在中國有著重要地位和悠久歷史。歷代有為的統治者,都把興修水利作為治國安邦的大計。傳說早在公元前21世紀,禹即主持治水,平治水土,疏導江河,三過家門而不入,一直為后人所崇敬。及至春秋戰國時期,中國已先后建成一些相當規模的水利工程。其中如淮河的芍陂和期思陂等蓄水灌溉工程,華北的引漳十二渠灌溉工程,溝通江淮和黃淮的邗溝和鴻溝運河工程,以及趙、魏、齊等國修建的黃河堤防工程,都是這一時期的代表性水利建設。
 戰國末期,秦國國力殷實,重視水利,及至統一中國,生產力更有較大發展。四川的都江堰、關中的鄭國渠(見鄭白渠)和溝通長江與珠江水系的靈渠,被譽為秦王朝三大杰出水利工程。國家的昌盛,使秦漢時期出現了興修水利的高潮。漢武帝瓠子堵口,東漢王景治河等都是歷史上的重大事件。在甘肅的河西走廊和寧夏、內蒙古的黃河河套,也都興建了引水灌溉工程。
 隋唐北宋五百余年間,是中國水利的鼎盛時期。社會穩定、經濟繁榮,水利建設遍及全國各地,技術水平也有提高。隋朝投入巨大人力,建成了溝通長江和黃河流域的大運河,把全國廣大地區通過水運聯系起來,對政治、經濟、文化的發展產生了深遠影響。唐代除了大力維護運河的暢通,保證糧食的北運外,還在北方和南方大興農田水利,包括關中的三白渠、浙江的它山堰等較大的工程共250多處。唐末以后,北方屢遭戰亂,人口大量南移,使南方的農田水利迅速發展。太湖地區的圩田河網、濱海地區的海塘和御咸蓄淡工程,以及利用水力的碾、水碓等都有較大的發展。水利法規、技術規范已經出現,如唐《水部式》、宋《河防通議》等。
 從元明到清中期,中國水利又經歷了六百年的發展。元代建都北京,開通了京杭運河。黃河自南宋時期奪淮改道以來,河患頻繁。明代大力治黃,采用“束水攻沙”,固定黃河流路,修建高家堰,形成洪澤湖水庫,“蓄清御黃”保證漕運。這些措施對明清的社會安定和經濟發展起了很大作用,但也為淮河水系留下嚴重的后患。在長江中游,強化荊江大堤,并發展洞庭湖的圩垸,促進了兩湖地區的農業生產。珠江流域及東南沿海的水利建設也有很大發展。但從整體而論,自16世紀下半葉起,中國水利事業的發展已趨緩慢。
 清末民國時期,內憂外患頻繁,國家無力興修水利,以致河防失修、灌區萎縮、京杭運河中斷,水利處于衰落時期。但是海禁漸開,西方的一些科學技術傳入中國,成立了河海工程專門學校等水利院校,培養水利技術人才。各地開始設立雨量站、水文站、水工試驗所等;研究編制了《導淮工程計劃》、《永定河治本計劃》等河流規劃。在這一期間也修建了一些工程,如1912年在云南建成了石龍壩水電站,20年代修建了珠江的蘆苞閘,30年代修建了永定河屈家店閘、蘇北運河船閘和陜西的關中八惠灌溉工程等。但在全國范圍內,水旱災害日益嚴重,整治江河、興修水利,已成為廣大人民的迫切要求。
 1949年中華人民共和國成立后,水利進入飛躍發展時期。經過40年的努力,取得了遠遠超過前代的成就。對黃河、 淮河、 海河、遼河等江河開始了全面的整治。全國整修加固堤防約20萬km,修建了大、中、小型水庫共8萬多座,總庫容4500億m。普遍提高了江河的防洪能力,初步解除了大部分江河的常遇水害,并為工農業和城市供水4700億m。農田水利方面,建成了萬畝以上的灌區5300多處,配套機井250多萬眼,全國灌溉面積由1949年的2.4億畝猛增到80年代的7.2億畝,居世界各國的首位。在不足全國耕地一半的灌溉土地上,生產出占全國產量三分之二的糧食和占全國產量60%的經濟作物。中國以占世界7%的耕地,基本解決了占世界22%的人口的溫飽問題。全國水電裝機到1987年已超過3000萬kW,年發電量達1000億kW·h,占全國總發電量的20%。全國內河航運的里程已發展到11萬km,年貨運量達6.6億t。與此同時,中國水利建設的科技水平也有很大提高,在修建高壩大庫、大型灌區、整治多沙河流、農田旱澇鹽堿綜合治理和小水電開發等許多方面已接近或達到世界先進水平。
                  展    望
  進入20世紀90年代,人類面臨突出的問題是人口急劇增長,水資源日益緊張和水環境的日趨惡化。世界人口1930年約為20億,到1987年已達到50億,預計20世紀末將增至63億,其中發展中國家的人口增長速度大于工業發達國家。人口的急劇增長,要求相應地增產糧食,特別對于發展中國家更是首要任務。隨著人口增長和經濟的發展,對水的需求將大大增加。但是世界上不少地方,如亞洲的中部及西部、非洲的東部和北部、美洲的西部以及東歐部分地區,都已不同程度地出現水源危機。向節水型社會發展,將成為世界性的發展趨勢。隨著人類利用自然和改造自然的能力的提高,自然界也受到不同程度的影響和破壞。展望未來,人類必須更加自覺地加強水資源的管理,防治水土資源的惡化,保證水環境的良性發展。
 中國是人口大國,又是發展中國家。全國人口已超過11億,預計到20世紀末將增至12億以上。在人口持續增長的情況下,缺水形勢將更加嚴峻。我們必須從自己的國情出發,使水利為實現國民經濟和社會發展的戰略目標提供全面服務。要繼續鞏固提高江河的防洪能力,特別是保證人口密集和經濟發達的廣大平原的防洪安全。要在河流上繼續修建調節工程,使江河徑流得到較充分的利用,并修建必要的跨流域調水工程,使全國供水能力從80年代末的4700億m增加到6500億m。要鞏固和改造現有灌區,適當擴大灌溉面積,使全國有灌溉設施的土地從7.2億畝增加到8億畝;結合改造中低產田,使全國糧食產量到20世紀末達到5億t。中國的水能資源居世界首位,但開發程度較低,應大力開發利用水能,到20世紀末力爭水電裝機達到8000萬kW。要發揮水運的優越條件,增加內河航運在交通運輸中的比重。在綜合開發利用水資源的同時,還要加強水土保持、防治水質污染、改善城鄉的供水條件;利用水利設施發展水產和旅游事業等。
              科學研究與學科分支
  水利科學涉及范圍較廣,需要研究的課題很多。主要有兩方面:一是研究自然界中水的運動規律及與自然環境、社會環境之間的相互關系;二是研究水利事業的先進技術、經濟規律和管理措施。
 水利科學的研究方法,主要有:①總結歷史和實踐經驗;②理論分析和計算;③野外查勘和定點觀測;④原型觀測;⑤物理模型試驗等。前四者與其他相近學科的研究方法基本相同,后者應用近似模擬理論,制作水工模型,可取得原型觀測或定點觀測等方法難以得到的技術資料,優點很多,適用范圍也廣。
 水利科學是一門人類社會改造自然的科學,涉及到自然科學和社會科學許多門類的知識。主要有:氣象學、地質學、地理學、測繪學、農學、林學、生態學、機械學、電機學以及經濟學、史學、管理科學、環境科學等。當代水利科學中所包含的分支學科,按性質可分為四類。
 基礎學科,包括水文學、水力學、河流動力學、固體力學、土力學、巖石力學等。
 專業學科,包括防洪、灌溉和排水、水力發電、航道和港口、水土保持、城鎮供水與排水(考慮《中國大百科全書·土木工程》已設“給水和排水工程”分支,為避免重復,本卷僅設“城鎮供水”一條)等。
 按工作程序劃分的學科,包括水利勘測、水利規劃、水工建筑物(設計)、水利工程施工、水利管理等。
   綜合性分支學科,包括水利史、水利經濟學、水資源等。
                                   錢正英
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