世界現代水利
正文
第二次世界大戰後,世界科學技術發展突飛猛進。隨著工農業生產的快速發展，以及為滿足日益增長的人口的需要，世界上許多國家投入大量資金髮展水利，在整治河道、提高防洪能力、擴大灌溉面積、建設大水庫和大水電站、 改善航運條件、 跨流域引水、防治水污染、保護水源以及結合水利工程發展旅遊等方面，都取得了較大成就，使水資源的開發、利用和保護達到了較高水平。但由於降水在地理上和時間上分布不均，人類尚無能力充分控制和調節，尚未充分掌握其規律，致使許多地區的水旱災害仍不斷發生。此外，由於工農業和城鎮居民需水量不斷增長，人口向都市集中，使世界上許多地區，特別是城市地區，水資源不敷使用。水體污染繼續蔓延，以及管理不善，加劇了水資源的供需矛盾。
水資源開發 依靠水文循環，地球上每年再生淡水資源的體積大體上是不變的。降水形成的多年河川徑流量約為44.5萬億m3。其中約 2/3在洪水季節直接流入海洋，河川天然基流僅約14萬億m3。為保持生態平衡和工程技術方面的原因，可利用的水資源更少。
據估計，1950年全世界工業、農業和城鎮居民用水總量約1萬億m3，至1980年已增加到3.5萬億m3，預計到1990年將增加到4萬億m3。全世界總用水量中,農業用水占最大份額，約70％，其次是工業用水，約25％，其餘5％為城鎮用水。
現代水資源開發強調綜合利用，防洪、灌溉、發電、航運、供水、漁業和旅遊業等多目標開發。開發途徑主要是：①在河道上築壩蓄水，調節徑流；②建跨流域引水工程，調節水資源在地區上的分布不均；③開發地下水。其中以第一種途徑最主要。
至1986年,全世界已建成庫容1億m3以上的水庫2700餘座，總庫容逾6.4萬億m3,約占全世界陸地年平均河川徑流量的14％。36年來，水庫總庫容約增加了10倍。庫容 1億m3以上的水庫約80％以上是1950年後建成的。已建和在建的100億m3以上的大水庫約100座,總庫容約3.5萬億m3;庫容500億m3以上的特大水庫19座,總庫容約1.7萬億m3，其中6座在蘇聯、5座在加拿大。至1989年，世界上最大的水庫為蘇聯1967年建成的布拉茨克水庫，總庫容約1694億m3。
為解決乾旱缺水地區用水需要，世界上已有10多個國家進行跨流域調水。規模較大的有：①巴基斯坦的印度河調水工程；②蘇聯從額爾齊斯河向奴拉河調水工程；③美國加利福尼亞州調水工程。有些國家還計畫或構想建更大規模的調水工程，如蘇聯計畫從西伯利亞向中亞細亞調水，美國構想調阿拉斯加的水經加拿大到美國本土。這些計畫或因環境和社會問題，或因投資問題，在近期內很難實現。
抽取地下水是最古老的用水方式。80年代估計全世界總用水量中約 1/5取自地下含水層。許多地區因地下水超采嚴重，已引起地下水位大幅度下降、地面下沉和沿海地區海水入侵地下含水層的現象。為緩解這些現象，許多國家一方面限制抽取地下水，另一方面採取向地下含水層人工回灌的技術。
海水淡化技術近年來發展較快，但耗能較多，費用約為常規供水方法的10倍。1980年全世界海水淡化總量約27億m3，小於總用水量的1/1000。其中60％分布在阿拉伯半島等能源豐富而又嚴重缺水的國家。
人工影響天氣，催雨播雲，自1946年首次試驗成功後，已試驗數百次，在增加水庫蓄水量、緩解旱情、撲滅森林火災等方面都起過一定作用。但因影響因素很多，要有一定的氣象條件，80年代仍處於試驗研究階段。
水資源開發的發展趨勢如下。①重視流域規劃：為充分利用水資源，現代水利建設要求以流域為單元，進行多目標水利規劃。70年代以前，流域規劃主要從工程技術經濟方面考慮。70年代以後，流域規劃除考慮工程技術經濟因素外，開始重視社會、環境等方面的問題及其長遠的影響。②重視生態環境問題：60年代以前，所關注的環境問題主要是水源污染。隨著水資源的大規模開發，70年代以後，開始注意整個流域生態環境不容忽視、而且不少是不可逆轉的影響。埃及亞斯文高壩建成後，其環境影響引起全世界的關注和爭議。蘇聯為發展中亞地區的灌溉，引用阿姆河和錫爾河的大量徑流，使鹹海海面從50年代末的6.4萬km2縮減到80年代初的 4萬km2，水位下降10m以上。為補充鹹海水量，計畫從西伯利亞調水，但因可能對環境產生嚴重影響而遲遲不能決定。因此，對重大水利工程，需要事先作出對環境影響的評價，權衡利弊，才可決定。③提高用水效率、加強水資源管理：為緩解水資源匱乏現象，許多國家已重視水資源的管理，提高用水效率。農業節水潛力最大。工業方面主要是提高水的重複利用率。城鎮建築採用節水型設備，並推廣中水道，使飲用水與雜用水的管道分開。在多水季節將多餘的地表水人工補給地下含水層，建造地下水庫，是緩和水資源緊缺的經濟合理措施。原聯邦德國人工補給地下水的水量已占地下水抽取量的30％。
防洪 按現代的科學技術和經濟水平，人類還不能完全控制洪水，只能在經濟開發地區減小洪災損失。半個多世紀以來，許多國家雖投入大量資金建設防洪工程，取得了巨大效益，但由於人類活動和社會經濟發展等因素的影響，洪水損失仍有增加趨勢。
防洪標準根據洪災造成的損失由經濟評價決定，隨國家和地區經濟發展水平和沿岸城市的重要性不同而差別很大。經濟已開發國家，對特別重要的城市一般要求防200年一遇洪水;對重要城市,要求防100年一遇洪水；對農田一般只要求防10～20年一遇洪水，有的甚至只要求防3～7年一遇洪水。防洪工程從規模和效益上看，最典型的是密西西比河防洪系統。
防洪的發展趨勢如下。①工程措施和非工程措施相結合：70年代以前，防洪主要考慮工程措施，但仍經常發生超標準的洪水事件,造成洪災損失。70年代以後,許多國家重視工程措施與防洪非工程措施相結合，目的是使洪災損失儘可能減到最小。②重視城市防洪：城市的資產和人口最集中，是防洪的重點地區，防洪標準也較高。③洪水預報警報系統日趨完善：隨著新技術的發展，洪水預報警報系統已運用地球衛星和遙感技術等收集和處理、傳遞水文情報。洪水預報和警報已成為非工程防洪措施的重要內容。
灌溉 全世界灌溉面積1950年為9600萬公頃，1985年為2.2億公頃，增長1.2倍。35年內增加的1.14億公頃中，8500萬公頃是1950～1960年的10年內增加的。60年代以後，增長比較緩慢。灌溉面積占耕地面積的比例由1950年的 7％增加到1985年的16％。灌溉農田的農產品產值約占全部農產品產值的一半。
世界上灌溉面積最多的國家為中國，其次為印度、美國、蘇聯和巴基斯坦。以上五個國家的總灌溉面積占全世界的65％。歐洲西部一些國家，因雨量較豐、分布較勻，灌溉設施一般較少。
20世紀後20年，預測人口將增加47％，而耕地只能增加4％。為滿足日益增長的人口對糧食的需求,主要靠提高單位面積產量。因此,發展灌溉是主要措施之一。但發展灌溉將受到水資源不足，以及經濟和自然條件、環境等因素的制約。
灌溉的發展趨勢如下。①灌溉方法仍以地面灌溉為主：地面灌溉的面積約占全部灌溉面積的90％。噴灌面積1980年約2000萬公頃,只占灌溉總面積的9％，主要分布在美國、蘇聯和羅馬尼亞等國。②提高用水效率：全世界灌溉渠系有效利用係數僅約0.37，美國大致約0.78，日本約0.6，蘇聯約0.5。為提高用水效率，一些國家採取襯砌渠道或改用管道輸水。此外，還發展節水灌溉技術，如噴灌、微灌等。③發展微灌技術：包括滴灌、微噴灌、滲灌和霧灌等。最主要的是滴灌。1982年全世界滴灌總面積約30餘萬公頃，其中一半以上在美國。滴灌設備費用較高，管道易被堵塞。④鹽鹼地改良：由於農田排水技術不良，在一些灌溉地區發生土壤鹽鹼化。據估計,全世界受鹽鹼影響的土地達9.5億公頃。為防止鹽鹼化，改良土壤，主要採取排水措施。近年採用波紋塑膠排水管，用無溝鋪管機鋪設，效率較高。⑤改進灌溉制度、提高自動化程度：70年代以來，對作物需水量的研究較多，根據實測土壤含水量和作物需水量確定灌溉制度，採用遙測系統提高灌溉自動化程度。
水力發電 全世界可開發的水能資源約 22.6億kW，年發電量約9.8萬億kW·h。其中中國可開發水能資源約3.78億kW，年發電量約1.92萬億kW·h，居世界首位。
1950年，全世界水電站裝機容量約7120萬kW，水電站年發電量約3324億kW·h。到1986年,水電站總裝機容量已增加到5.67億kW,水電站年發電量約2.03萬億kW·h。與1950年相比,分別增加6.96倍和5.1倍。總的水能開發程度約20.7％（按發電量計）。瑞士、法國、義大利和英國的水能資源已開發90％以上。開發中國家水能資源較豐富，但開發程度較低，1980年不到10％。水電在電力生產中的比重，以挪威最高，達99％。此外，非洲的尚比亞、加納、烏干達和薩伊等開發中國家，雖然電力生產量不大，但98％以上依靠水電。預測在20世紀後15年,水電站裝機容量和發電量還可有較大增長,但已開發國家除蘇聯外，預計常規水電站發展不會很大。
至1987年,全世界已建和在建的裝機100萬kW以上的常規水電站已有100餘座，其中裝機150萬kW以上的66座，裝機400萬kW的15座（6座在蘇聯）。1991年世界上最大的常規水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站，設計裝機容量1260萬kW。已建的大型潮汐電站為法國1968年建成的朗斯潮汐電站，裝機24萬kW。
為配合火電站和原子能電站的建設，滿足電網調峰的需要,1950年特別是1960年以來,大型抽水蓄能電站發展很快。1960年全世界抽水蓄能電站總裝機只有350萬kW，到1985年，已增加到6500餘萬kW，增加17.6倍。大型抽水蓄能電站主要分布在美國、日本和西歐一些國家。至1985年，裝機100萬kW以上的抽水蓄能電站已有 30餘座，裝機150萬kW以上的有8座。最大的是美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機210萬kW。
水力發電的發展趨勢如下。①積極開發水電：世界各國在電力生產的發展中，都積極發展水電。但自60年代以來，已開發國家如日本、義大利、美國等，因水電開發已較充分,增長較慢,水電在電力生產中的比重都不斷下降。②綜合利用、梯級開發：世界上一些大河流重視多目標梯級開發,以充分利用落差,並有利於航運。典型實例有美國和加拿大的哥倫比亞河、美國田納西河、法國羅訥河等。③擴建改建已有水電站：由於河流上游增建大水庫，更有效地調節徑流，使下游各梯級電站可擴大裝機。此外，為利用豐水期水量，有擴大裝機容量而減小運行小時的趨勢。老水電站一般設備陳舊，效率較低，60年代以來，紛紛改換新設備。為提高勞動生產率和設備的工作可靠性，已開發國家水電站較多採用集中控制、遠距離調度方式。④發展大型水輪機和新型水輪機:隨著大型水電站的發展，水輪機單機出力也加大。50年代,一般混流式水輪機單機容量僅10萬kW。至80年代,最大已達70萬kW。為適應徑流電站和抽水蓄能電站的建設，60年代以來,發展了不少新型水輪機,如貫流式(燈泡式)、可逆式水輪機等。⑤發展小水電：在20年代中期，小水電曾提供世界電力需求的40％。但50年代後，已運行多年的大批小水電站被廢棄。自70年代中期開始,由於世界能源危機,以及大型水電站站址已大多開發,且大型水電站對環境影響大，因此不論在已開發國家還是開發中國家，分散的小水電資源的開發又重新受到重視。許多國家準備恢復一批已關閉的小水電站。中國至1988年已建小水電站有6萬餘座,總裝機1179萬kW，約占全國水電總裝機容量的三分之一。
航道和港口 水運是一種最古老的運輸方式，二次世界大戰結束後，有明顯發展。世界上通航里程較長的內河航運系統主要在下列國家和地區。①美國：航道總長逾4萬km，其中約一半的水深超過2.74m，48％在密西西比河乾支流上，可與五大湖相通；②蘇聯：有保證航運水深的航道逾8萬km,伏爾加航運系統總長6000km，上達莫斯科,下通黑海和裏海；③歐洲：多瑙河-萊茵河航運系統,在80年代德國開始興建的美因-多瑙運河完成後，東至裏海，西至北海,橫貫歐洲大陸,航道全長約3000km,可通航3000t船隊;④中國：1988年底有可通航的河道約10.9萬km，其中約7萬km分布在長江水系,但大部分水深和通航能力不大。
目前世界上最大的海港是荷蘭的鹿特丹港，吞吐量以1973年最大，達3億t以上。二次大戰後貨櫃碼頭髮展很快。
航道和港口的發展趨勢如下。①渠化航道（見渠化工程）：為提高通航能力，改善通航條件，主要是疏浚和進行河道整治,並結合水資源的開發,建船閘和升船機，渠化航道。80年代,全世界已渠化的航道長約17000km以上。航道水深一般要求大於2.74m。密西西比河可通過載重量逾6萬t的頂推船隊。②擴大港口吞吐能力：為提高港口的吞吐能力，主要是開闢深水航道和開挖深水港池，發展海河聯運，擴大碼頭裝卸設備的能力，發展貨櫃碼頭。貨櫃貨運量的比重日益增加。
水土保持 由於自然條件不利、濫伐森林、過度墾殖和放牧,以及耕作制度不合理,水土流失嚴重。80年代初,全世界土壤侵蝕面積約達2500萬km2，占全世界陸地面積的18.5％。總的每年侵蝕土壤約600億t。中國、美國、蘇聯和印度四個國家合計土壤流失量約占全世界的一半。不少國家已成立專門機構治理水土流失。
水土保持的發展趨勢如下。①小流域綜合治理：以小流域為單元，進行規劃，綜合治理。②工程措施與林草、農業耕作措施相結合：70年代以來，許多國家重視工程措施與林草、農業耕作措施相結合，治理水土流失。水土保持農業耕作措施已被證明是控制水土流失的有效措施之一。
大壩工程 據國際大壩委員會登記，1950年，全世界15m以上的大壩約有5200座，到1986年已增加到3.6萬餘座，其中中國有1.88萬餘座，占全世界的一半以上。
1951～1974年,世界上大壩建設發展速度最快,此後逐漸減慢。已建大壩中，土石壩約占82％,高30m以下的低壩約占78％，高100m以上的高壩總數只占1.14％。目前有高200m以上的高壩24座。高100m以上的高壩，絕大多數是二次世界大戰結束後建成的。
當前世界上最高的土石壩是蘇聯1989年建成的羅貢壩，高335m；最高的重力壩是瑞士1962年建成的大迪克桑斯壩，高285m；最高的拱壩是蘇聯1980年建成的英古里壩，高272m。
大壩建設的發展趨勢如下。①高土石壩和薄拱壩發展較快：1950年100m以上的高土石壩只有13座，到1986年已增加到 174座。1950年100m以上的高拱壩也只有13座,到1986年已增加到126座。高土石壩發展快的原因是：土力學的發展；大型施工機械和施工技術發展，使土石壩在施工速度和造價上可與混凝土壩競爭；土石壩對壩基條件要求較低；對築壩用的土石料的要求放寬，可充分利用當地材料；高土石壩的抗震性能較好，在高烈度地震區建土石壩較安全;地下工程技術的發展,使土石壩的導流和泄洪布置比較方便；深覆蓋層的防滲技術的發展，使地基處理比較可靠。高薄拱壩發展較快的原因是地基處理技術的發展，使原來認為不宜建拱壩的壩址可建拱壩;高強度混凝土的發展,使拱壩的容許應力可以提高;拱壩可在壩頂和壩身泄洪；計算技術的發展,使用高速電子計算機可在較短時間內比較幾種設計方案，予以最佳化。②新壩型發展較快：30多年來發展較快的新壩型有鋼筋混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土心牆堆石壩、定向爆破法築堆石壩、碾壓混凝土壩等。③重視壩的安全:自1959年法國高66m的馬爾帕塞雙曲拱壩失事後，大壩的安全引起各國重視。隨著許多壩的老化，大壩的安全問題也越加突出。不少國家制訂了大壩安全檢查的法令，加強壩體狀態的觀測，安裝大壩安全自動監控系統以及加強大壩管理。大壩安全檢查中發現的主要問題是壩基和壩體的滲漏，壩體和壩基的抗震穩定性，以及土石壩的泄洪能力不足等。
