自然界的水

水是地球上最丰富的物质。单是海洋就覆盖了地球表面的70%以上，大约包含有13.5亿立方公里的水。另外7.7亿立方公里的水，以结合水的形式被紧闭在岩石圈内，0.28亿立方公里水保存在冰盖及冰川中。围绕地球，水存在于一个称作水圈的空间内，它向上扩展到大气层里15公里，向下伸到岩石圈内1公里的平均深度。

水同样是所有活着的东西的主要成分。没有水，就不可能有生命，因为生命依赖于水。事实上，每个活着的东西大部分由水组成。按重量来说，人体有65%是水。假如一个人失去他身体的水分的12%，这个人立刻就会死去。一只小鸡重量的74%是水，一个番茄则含有95%水，几乎每个有机体的含水量都在50%以上。生命本身可能起源于水——海洋的盐水中。血、汗和眼泪的咸味可以作为这种可能性的很好的联想。

自从水存在在大自然以来，它塑造了地球。雨水锤击地面和冲走土壤，海洋波浪冲击海岸，凿成峭壁和带走土地。河流切割山谷，形成冲积三角洲。冰川切割山脉及开挖山谷。

很多地方的国家机构和国际组织如粮食和农业组织（FAO）、世界气象组织（WMO）和世界卫生组织（WHO）都在积极从事主题为水循环的水文科学调查。1965年1月1日，联合国教育、科学及文化组织（UNESCO）提出了国际水文十年（IHD）计划，目前正在继续进行下去。

社会中的水

水和文明。水不仅仅是科学的反映，人们描述水，因其在很多自然规律中有所表现。而且也是文明的反映。在现代文明中，通过每人水的消耗可量度生活水准。满足生命机能的最小需要是每天每人80升。然而，在现代化城市中，平均消耗是每天每人400升。大城市地区，它可以达到每天每人1500升或更多。对于城市供给，水的质量成为一个首要关心的事。

河流、湖泊和海洋为运输提供了工具。中国十三世纪建成了大运河，导致了文明从北向南的传播。近年来，水翼船和气垫船的发展进一步增加了水运输的魅力。

当水力广泛应用在城市、农田和工业时，它对现代文明的发展会有相当的贡献。

在许多发达国家，可以识别六个水问题：供给、变异性、分布、洪水、水质（化学和沉积）、污染。

现代社会的所有水问题中，涉及水的质量问题经证明是最麻烦的。最近几十年，除了在世界上的很多地方惊人的人口增加外，他们伴随的废料处理成为一个有关的问题。而且新技术已把很多新类型的工业和其他废料如合成有机化学制品，清洁剂和放射物质带入到人类环境和生态学。在过去，水在造成文明中起了巨大的作用，然而现在文明却创造了与水有关的新问题。

水资源的开发。废料的无法阻拦的倾倒，污染了很多水资源。以很多其它方法，人类扰乱了水循环中微妙的水的天然平衡。如果水资源能够被有效地开发和精明管理的话，将有更多的水可供利用，而不是像目前看起来的那样，存在着许多表面上看来的水分短缺。一个现代化资源的开发可以变得非常复杂，如它是多目的、多单元和多级应用。

未来的水

水循环的变更，展望未来，人类有很多可能来利用水资源来解决它的水问题。已作了很多尝试来改变天然的水循环，但不是去破坏它的水平衡以致造成坏结果。为了人类福利这样尝试可以在今后大范围内充分地利用。值得提到的某些尝试是：降雨控制、蒸发抑制和地下水回填。

降雨可以通过人工造雨来增加，它通常靠造云来实现，是在大气里用某些物质促进水汽的成核作用（冷凝作用、冰沉积或冻结）。雪或雨的释放可能是这样形成的，或者是在过冷云里冰晶的存在（degener-Findeisen Bergeron理论），或者是由于相当大的水滴的存在（聚结过程）。有些云几乎不降水或全然不降水是因为这些降水的组成成分不足。用干冰或碘化银来产生冰晶进行人工造云或用引入水滴或大的吸湿核可以补偿这个不足。当按照天然过程核不足以产生雨时，这样的催云化雨只是在有限的地形抬升条件下和雷暴雨范围内才有效。

除了人工降雨外，给空气喷上丙烷气、盐水或干冰引起降雪和净化空气，发现该方法用在机场上局部驱散冰冻雾是成功的。用催云化雨或也许用核爆炸来制止台风和分散它们的集中能量方面，正设计更加雄心勃勃的计划。暴雨前用含油物质撒到海里切断表面蒸发和能量供给也有可能大大减少台风能量。人类对几百平方公里或更大范围的水循环的极大改变，这是可能的。这样大规模的尝试影响了全球水循环的微妙平衡，有可能引起危险的后果。因此，只有在将来所有可能作用能够合理预报后，这些尝试才有可能进行。

在一个局部范围内，抑制蒸发和人工的地下水回填在很多情况下证明非常有效，在将来它大半会被广泛地采用。创造了抑制蒸发的很多方法来保存有用水。最通常的实践是在水面上铺一层单分子薄膜，当发现水分子逸出困难时，蒸发便减少。虽然美国实验室五十多年以前就开始了关于这个方法的化学研究，但直到1952年这个概念才首先在野外应用于澳大利亚的水库中。这主要归功于IW. Mans—field的努力。几种的化合物能够在水面形成一个分子厚度的薄膜，最有效的有机化合物是称作“十八醇（烷）”和“十六醇（烷）”的长链脂肪醇。这些化合物的分子在一端有一个对水有吸引力的OH基，而在另一端的碳化氢键为水所排斥，因此这些分子被定向与水面垂直形成了一个不透水薄膜，但能为氧和二氧化碳分子透过。当单分子薄膜能够容易地为水面的扰动弄破时，则该方法在广阔的水面效果较小。理论上，一公斤的十六醇（烷）在4500平方米形成一个细密的薄膜。实际上，需要考虑更多的化学制品，因为它易为风、鸟、昆虫和水生物除掉。而且当这种化合物受到生物消耗时，应当不断地来补充它，采用这个方法，蒸发减少变化在10 ～ 40%之间或更高，这在很大程度上取决于野外条件。

有地下水回填的各种方法。自1890年以来在加利福尼亚采取的最早方法是“沟的散布”，那就是转移过剩地面水到明渠里增加入渗率。无论如何，这个方法实际上可以为“流域散布”所代替。当它有利于大量水分持久不变散布时，这是最有效的回填方法。美国，加利福尼亚州洛杉矶，在二十个散布地面，联合的维持不变的入渗率接近于60000升/秒。由废弃的或专门建造的砂砾坑来回填对于小型的工程同样证明是成功的，特别是在淤积的天然回填水可供利用的地方。假如由于紧密的表层存在，而限制地下水形成，或至少直到表面的通道不开放，那么可以采用井或渗漏坑的回填。经由井的流域回填同样提供了一个新鲜水屏障来阻止海水的侵入，因此保护了靠近海岸地区的地下水资源。

大规模引水。二十世纪后期，大规模从一流域或地区到另外流域或地区的调水方法已推广，这具有巨大的社会经济开发效果，至少对接收地区是这样。在加利福尼亚水规划中，一个700公里的沟渠从北部的水丰富的萨克拉门托、至华金三角州引水到中部和南部地区，更加雄心勃勃的是穿过几个州或穿过高的流域的引水，如自科罗拉多河到洛杉矶。在最新的得克萨斯水计划中，由下路易斯安那密西西比河调入了总计为每年150亿立方米。约有90亿立方米的水通过约800公里的输入管道和水库综合系统被运送，同时向上抬高约1000米达到得克萨斯高平原，以作灌溉之用。过剩水然后送到新墨西哥。

某些提出的大范围引水计划好像科学幻想小说。计划的NAWAPA（北美水和能联合监测）草案设想控制北美大陆的西部主要河流，从育空河、阿拉斯拉州到墨西哥北部。由于在哥伦比亚库提纳河、弗腊泽河上段筑坝，自蒙大拿州穿过加拿大边境进入不列颠哥伦比亚在落基山深沟建成一个800公里长的贮水库，该水库底部在海平面以上900米。水将通过导管向南分配到美国干燥的西部最后到墨西哥。伴随着这个巨大水库产生的是一系列的从阿拉斯加到不列颠哥伦比亚延伸的水库。由这里，一些水将被抽出来提供给一个巨大的航行系统，把水送入加拿大草原，然后流到密西西比河上游和大湖流域。最后，该系统将与在拉布拉多、魁北克和安大略的上面的纽约州的联合方案连接起来。

规模上与NAWAPA方案相比的是鄂毕——叶尼塞——Irtgsh分洪计划。该计划由西西伯利亚向北流的河中引水到里海沙漠，它在亚洲建成的一个表面积比英国还大的人工海来供给沙漠水。另一个方案称为Sergels，淹没非洲面积的10%，有朝一日也许能灌溉干燥的撒哈拉沙漠。

水的回收。当溶解的固体超过1000 ppM，水被归入盐水类。味道不好的咸味水含有1000 ～ 10000 ppM，海水的平均数约为35000 ppM，为了使咸水变甜，通常采用了电析和电离子交换计划。为了使海水脱盐，几个过程是有用的。所用过程中最广泛应用的是包括有蒸发作用或蒸馏作用的那些过程，它是从海里取得淡水的自然的本身过程的机械适应。今天，三种形式生产了几乎全世界的脱盐海水。

“多阶段瞬时蒸发”导致了许多脱盐装置，借助于这个过程，海水热到120 ℃后被带到在水的沸点以下的一个密封瞬时蒸发室内。在该方案里，蒸发发生在长管里而不是在真空室内。另一个形式是“蒸汽压缩蒸溜”，被广泛应用在小范围。在这个过程中，来自海水的蒸汽被压缩并回到蒸发器去，在那儿以新的较高温凝结成淡水，在这种情况下，放出了足够的热量来煮沸更多的海水。

有巨大潜力的其他脱盐过程是真空冻结、反向透、化学变换，由于“真空冻结过程”，冷却的海水进入一个具有低压力的冰冻的小室。水的一部分瞬时蒸发成蒸汽，这样做从剩余物里迁移热量。因此，温度几乎接近于冻结点，冰晶形成了。这些冰晶能够洗掉含盐薄层从而产生淡水。在“反向透过程”中，海水被密封保持透压力以上的压力。然后淡水经过一个透膜而穿透。“化学变换”在海水的脱盐过程中可能起着重要作用。最有名的是“离子——交换过程”，它对含盐水的处理指出了前途另一个有可能的新方法是“吸收提取过程”，即依赖一个有机溶剂从海水里提取纯水。

成本是将来脱盐能否广泛应用的关键。目前，成本很高使得脱盐过程受到限制，仅仅用在来自其他资源的水的成本很高或基本上得不到淡水的地方。无论如何，当由于技术改进使得成本降低时，脱盐过程将广泛应用于实际水的供给。

市政污水仔细净化和再利用是水回收的另一个重要的和非常实际的办法，在今后几十年里在很多地区它可以为常规的实践。

展望未来，世界上很多地区由水丰富向贫乏变动。幸运的，水是不可毁灭的。它是永不减少的泉源。水的不足被感觉到仅仅是由于地区分布和水质变坏，并不是对于总的可用量。水资源的滥用和不适当的管理很大地导致了这种不足。在提供技术来解决将来这样的水问题中，科学和技术无疑地起着愈加重要的作用。而且，将需要从心理上、社会经济上和政治上转变态度。为了保持水分，在将来人类必须以新的姿态生活，如补给水的重新作用，不浪费或不污染资源。同样，人们确信，以合适的价格来保持水的供给是全世界的一项重要任务。在现代社会里水本质是一个商品，它应当看作为一种制造品，为了扩展和改进而需要维修和资本投资，它同样是一个在可用条件下必须被传递的借用资源，如果这个

认识不能达到，水真正的短缺的某一天将会出现。

[Water international，1979年3月]

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* 美国Urbana-Champaignllinois大学土木、水文工程学教授，国际水资源协会会长。