水文学原理(第二版)
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2.5 人类活动对水文循环和水量平衡的影响

由于人类活动使得自然地理条件发生变化,从而导致水文循环要素、过程、强度、水文情势等发生变化,进而使水量平衡也产生变化。人类活动对水文循环的路径以及水量平衡各项量值的影响,有直接影响与间接影响两类。水文循环中有两个重要环节:一是空中水汽输送;另一是地面径流。人类活动对于前者的影响是间接的,而对后者的影响是直接的。此外,人类活动不仅改变了水循环的量值,也改变了水文循环过程中水的质量,即水的物理化学性质。

2.5.1 人类生产及生活用水对水文循环的影响

人类为了满足生活和工农业生产的需要,把水从河流或地下含水层直接取出。其中一部分重新回到河流或地下含水层中,一部分通过蒸发成为大气水,只有一小部分返回当地水文循环系统。从而使该区域水循环各要素的量或质的时空分布直接发生变化,这种影响在旱区尤为突出。例如我国新疆地区气候干旱,农田需水迫切,农田灌溉大量引水,致使许多河流季节性断流。在黄河流域,因内蒙古河套地区大量引水灌溉,出现了河套地区流量比上游兰州段的流量小的反常现象。由于大量引水灌溉,河水大量引入农田,增大了陆面蒸发,减小了河川径流,造成黄河年径流量有逐年下降的趋势。同时,随着人口增长,城市与工业的发展,生活与工业引水量也日益加大。这些因素使用水量急剧增大,以致到上世纪末黄河这样的大河也发生了连续数年的断流现象。

人类活动的表现在于明显地改变了下垫面状况。农业方面耕作面积的增加改变了原有植被状况,改变了蒸发条件,进而改变了水汽输送量值;农田排出水中含有不同量值的养分和农药,使水质发生了变化。城市化的发展,使大量透水陆面变为不透水地面,使得相同降雨量所产生的径流量及径流过程不同。现代工业排放的废气降低了近地面的大气透明度,从而改变了辐射状况,影响了陆面能量平衡,导致海洋与陆地表面温度变化,而降水量也随之发生了变化。工业排放的污、废水含有比农业更多的有害物质。而近年来,黄土高原地区的人类活动,包括修筑梯田和淤地坝等工程措施,以及退耕还林还草等改变土地利用状况的措施,则在一定程度上减缓了人类对水文循环的影响。

2.5.2 水利工程的影响

为了满足人类用水、用电的需要,我国在河流上兴建了大量水库、水电站等水利工程。这些工程改变了河川径流时间分配的过程,水库蓄水也增大了水面面积。由于水面蒸发远大于陆面蒸发,因而总体上蒸发量增大。蒸发的水量改变了内陆水文循环中的水汽量值,在一定程度上增强了内陆水文循环。由于这些工程在蓄水过程中,改变了径流的运动条件,改变了水的温度状况以及水中微生物和生物的生存条件,也相应会引起水质的变化。

2.5.3 跨流域调水工程的影响

跨流域调水改变了水文循环的路径,同时也改变了水文循环各要素之间的平衡关系,而对水文循环具有很大影响。不仅对调出区有影响,对调入区也有不可忽视的影响。例如,我国的南水北调工程,使长江流域水量减少,使黄河、淮河、海河流域水量增加;长江流域水量减少量值相对有限,而黄淮海流域水量增加比例较大。因此,南水北调工程对长江的影响,如是否会产生入海口区淡水退缩及咸水入侵,河口侵蚀量增加等负面影响都需要研究;对黄淮海调入区而言,调入水量满足人民生产生活需要,在一定程度上补充了长期超采的地下水是有利的方面,但是否会改变调入区水文循环状况还有待进一步研究。

不同的人类活动,其水文效应的影响规模、变化过程和变化性质,以及可否逆转等均不同。例如跨流域引水、大型水库等水利工程,这些人类活动时间短暂,但可以骤然改变水循环要素,而且一旦改变就将持久发生而不可逆转的存在下去。植树造林、城市化等历时较长的人类活动,对水文要素的影响则是逐渐变化的。水文效应的影响与原水体水量大小有关,影响改变的量和质与总量和总体水质都是相对而言的。

总而言之,人类活动对水文循环的影响越来越大,而水文循环的改变又会引起自然环境的变化。这种变化可以是朝着有利于人类的方向发展,也可能朝着不利于人类的方向发展,弄清其机理,在理论和实践上,都有重大的意义。