人类活动对水文循环的干扰水文学概论

水是人类社会生存和经济社会发展的重要基础资源。随着人类活动的加强，如水利工程的兴建和都市化的发展，极大地改变了天然水文循环的降水、蒸发、入渗、产流、汇流等过程。人类取用水和排水过程已经严重影响（或干扰）到自然界的水文循环，许多流域在天然降水并未减少的情况下出现了河流断流、湖泊干枯、地下水枯竭等问题。这些问题说明在天然降水尺度的水文循环研究中已经不能忽略经济-社会系统对水文循环的干扰作用与影响。有的学者提出“人类社会的水文循环”的概念，它是指人类在社会活动中不断地取水、用水和排水而产生的人为水循环过程。严格地讲，它是依附于自然水文循环的一个组成部分，或是一个环节、分支（如同降水、蒸散发、下渗等环节），而不是一个独立的水文循环过程。它主要包括人类从自然界的取水过程、用水过程和向自然界的排水过程。水的自然循环和社会循环是交织在一起的，水的社会循环依赖于自然循环而存在，同时又严重干扰自然界的水文循环。从“天人合一”和“人与自然协调发展”的角度，应当将水文循环研究纳入到“天然-人工”这个更为完整的水文循环体系中（图2.2）。

图2.2　“天然-人工”水文循环体系示意图

1.生产及生活用水对自然界水文循环的影响

水的用途非常广泛，人们利用它的物理或化学性质，开发出各种用途，有的用水不消耗水量，例如用于航运；有的用水消耗水量，例如农田灌溉，或者水存在于产品之中，例如食品、饮料和饮用水等，这一类取用地表和地下的水所消耗的水，最终也都会以蒸发的方式参加水循环；另一方面，用水会改变水质、水温等。但是就水量而言，人类的生产、生活用水总是会改变该区域水循环各要素的量或质的时空分布。这种变化非常复杂，有一些甚至很难定量分析计算其影响程度。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，出现了黄河在河套段的流量比上游兰州段的流量小的反常现象。由此可见，大量引水灌溉，河水被大量引入农田，减小了下游的河川径流，造成黄河年径流量有逐年下降的趋势。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20世纪末黄河这样的大河也发生了连续数年的断流现象。

2.人类活动改变下垫面对自然界水文循环的影响

人类活动明显地改变了下垫面状况，对自然界的水循环会产生多种影响。我国退耕还林、水土保持措施，使森林植被状况大为改观，林地能有效地涵养水分，改变了一次降雨形成地表和地下径流的比例，削减了地面径流的洪量和洪峰流量，增加了地下径流的比例，与此同时，又增加了当地的蒸发，如果达到一定面积的范围，可能改变局部气候条件，活跃的蒸发所产生的水汽会增加当地的降水量。大规模的退耕还草、退耕还湖，也会明显的影响水文循环。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，使大量原来透水的农田变为不透水的道路和屋面，改变了蒸发和径流的形成条件，使得相同降雨量所产生的径流量及径流过程不同，下渗量和蒸发量减少，而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大。城市排水系统管网化使暴雨径流尽快地就近排入水体，使洪水汇流速度增加，洪量更为集中。对城市汇水河道整治与改建后，河道直线化，断面规范化，呈梯形或矩形，边坡用砖石砌，增加了河道输水能力，使洪量集中。城市化会侵占天然河道洪水滩地，减小了洪水滩地储洪容量和泄洪能力，使城市遭遇大洪水时，河道调蓄能力减弱，洪水溢出下水道或河道积聚城市地面而形成积水。设立各种类型的控制性涵闸泵站进行人为调节，将影响城市径流过程。来自城市外的引水和城市本身污水排放，造成径流水量和水质的变化。而大城市的热岛效应，会使城市的夏季频频出现局地暴雨。(www.xing528.com)

3.水利工程对自然界水文循环的影响

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。

大规模的跨流域调水工程，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，对水文循环产生较大影响。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，一旦建成投产，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地存在下去。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，影响的改变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。