水資源與水環境
海洋和陸地上的液態水和固態水構成一個大體連續的圈層覆蓋著地球表麵，通常稱為水圈（hydrosphere），它包括江河湖海中一切淡水和鹹水、土壤水、淺層與深層地下水以及兩極冰帽和高山冰川中的冰，還包括大氣中的水滴和水蒸汽，這是全球水分循環中的一個重要環節。
人類的生存離不開水，生命就是從水中發源的，而且有賴於水分才能維持。人體之中65％的重量是水，成年人身體中平均含水40—50千克，而且每天要消耗和補充2.5千克水，失水12％以上就會導致死亡。全球生物體內所含的水分約占淡水總量的0.0003％。人類的生活與生產無不消耗水，表6.1列舉了生活用水和某些生產項目用水的數量。
表6.1生活用水和某些生產用水的數量
世界水資源
一、世界水資源與水循環
長期以來，人們把空氣作為不花成本的資源，水也是作為成本低廉的資源對待的，因為它數量巨大且易於獲取。當人們麵對泛濫的江河時，常為其巨大的水量而歎為觀止，然而，江河中的全部淡水若是同浩瀚的海洋相比，僅及其百萬分之一。地球是一個水量極其豐富的天體，海洋麵積占地球總麵積的71％，地球實際上應稱為“水球”，而被稱為水星的行星上卻並沒有水，迄今天文學的觀察也尚未發現哪一個星球上有水，這又是地球的獨特之處。地球上各處的水量與其平均停留時間列於表6.2。
表6.2水的分布與停留時間
由表6.2可見，地球上水的總量是巨大的，達1.4×109km3。占地球質量的萬分之二，如果地球是一個平滑的球而沒有地形起伏，則地球表麵就形成一個水深2744米的世界洋。即使世界人口達到100億，每人平均占有的水量仍達0.14km3，即1.4億立方米。但是，能供人類利用的水卻不多，因為水圈中海水占97.3％，難以直接利用，淡水隻占2.7％，約合38×106km3，仍然是一個極大的數字，相當於地中海容量的10倍。可惜，這些淡水的99％卻難以直接被人類利用，因為：
第一，兩極冰帽和大陸冰川中儲存了淡水的86％，位處偏遠，難以獲取；第二，淺層地下水儲量約占淡水總量的12％，必須鑿井方能提取。
最易利用的是江河湖沼中的水，占淡水總量的1％弱。然而，人類正是充分利用了這極小部分的水得以繁衍不絕，創造了燦爛的文化。古代人類的文明大多與大河有關，例如黃河、尼羅河、恒河、底格裏斯河和幼發拉底江等，都是人類文明的搖籃。
水屬於可更新的自然資源，處在不斷的循環之中：從海洋與陸地表麵蒸發、蒸騰變成水蒸汽，又冷凝為液態或固態水降落到海麵和地麵，落在陸地的部分彙流到河流和湖泊中，最後重新回歸海洋，如此循環不已。
第一，全球每年水分的總蒸發量與總降水量相等，均為500×103km3。
第二，全球海洋的總蒸量為430×103km3，海洋總降水量為390×103km3，二者的差值為40×103km3，它以水蒸汽的形式移向陸地。
第三，陸地上的降水量（110×103km3）比蒸發量（70×103km3）多40×103km3，它有一部分滲入地下補給地下水，一部分暫存於湖泊中，一部分被植物所吸收，多餘部分最後以河川徑流的形式回歸海洋，從而完成了海陸之間的水量平衡。
這4萬立方公裏的水還不能被人類全部利用，其中大部分（約28×103km3）為洪水徑流，迅速宣泄入海（圖6.2）。其餘12×103km3中，又有5×103km3流經無人居住或人煙稀少的地區，例如寒帶苔原地區、沼澤地區和象亞馬孫那樣的熱帶雨林地區等。餘下可供人類利用的僅為每年7000km3。本世紀以來各國修築了許多水庫，控製了部分洪水徑流。全世界水庫的總庫容約為2000km3，使可供人類使用的水量達到每年9000km3，這就是人類能有效地利用的水資源。
二、世界對水的需求
人類對水的需求無非是從生產和生活兩方麵考慮。根據各國的經驗，對於用水量可以作如下的推算：
（1）生活用水：為了維持起碼的生活質量，生活用水標準為每人每年30m3。北京城區的生活用水量略高於此數，為50m3，發達國家的生活用水量更高，如美國達180m3，而一些經濟欠發達的缺水國生活用水量遠低於起碼的水平，例如非洲馬爾加什共和國西南部居民每人每年僅靠2m3水維持生活，僅僅超過生物學需水量的最低值。而且他們還必須為這2m3質量低劣的水支付40美元的水費。
（2）工業用水：非高度工業化國家的標準為每人每年20m3。
（3）農業用水：為維持每日10462焦耳（2500卡）熱量的食物每人每年需水300m3，每日12555焦耳（3000卡）熱量食物則需水400m3。
以上三項合計，每人每年的需水量約為350—450m3，以維持中等發達以下的生活水平。由此推算，每年9000km3的總水量可以供養200—250億人口，如果水分能夠及時地和持續地供應到需水的地方的話。但是，地球上水分的分配無論在時間上和空間上都極不均衡，而且人口的分布也很不均勻。因此，實際上能夠供養的人口將遠低於此理論值。另有專家提出一個經驗參數：如果依賴一個流量單位（即每年1百萬立方米）的人數超過2000人時，這個國家或地區就會出現缺水問題。按這個參數計算，則現有淡水量可供180億人之需。
表6.3列舉了世界和各洲淡水資源及其利用的概況。以資源總量計，亞洲最多，大洋洲最少，但以人均占有量計，則恰恰相反，大洋洲最豐而亞洲最少。每年的提水量也是亞洲最高，不
表6.3世界淡水資源與利用概況
言而喻，這是用於灌溉。各部門用水的比例可以從一個側麵反映出該地區的經濟結構與發展水平，例如非洲和亞洲的農業用水所占比例最高，而生活和工業用水所占比例很低；相反，工業發達的歐洲和北美洲工業用水比例很高。北京城市生活用水、工業用水與農業用水的比例分別為7％、28％和65％，與表中所列的世界平均水平相當接近。
從世界範圍來看，需水量最大、對供水量至為敏感的部門乃是農業，占用水總量的2/3以上，因此，發展節水農業是節約水資源的有效途徑。各國農業用水所占比例差異很大，與各國工農業發展情況和農業在國民經濟中所占比重有關。與此相對照的是英國和原聯邦德國，農業用水很少，這不僅是由於其工業發達，相對耗水較多，更重要的是這些國家雨水充沛調勻，農業可以旱作而很少灌溉，灌溉技術也較先進，因此農業耗水較少。工業國中日本的情況比較特殊，其農業用水量約占70％，原因是大規模種植耗水量巨大的水稻。美國工農業用水所占比例相當，因為它也是農業大國，但60年代以來，工業用水量開始超過農業，其主要原因是隨著用電量的劇增，電廠冷卻用水量亦迅速增加。
盡管農業用水所占比重很大，但迄今全世界水澆地麵積隻占全部耕地的18％，其餘82％仍為旱作農業，而且在可以預見的未來，這種情況不會有重大的改變。這意味著全人類仍在很大程度上處於“靠天吃飯”的狀況，全球性天氣波動將繼續對人類的糧食供應起著重大影響。因此，灌溉對於農業是至關重要的。一方麵，灌溉增加了墾殖麵積，在幹旱地區尤其如此，那裏無灌溉即無農業。我國新疆一些灌區在這方麵取得了較大的成功。另一方麵，它增加單位麵積產量，在灌溉條件下，加上其他農業措施如應用良種、合理施用肥料和農藥等，可使產量增加3—4倍。同時，灌溉還增加了複種指數，其效益相當於增加了耕地麵積。這種效益在農業上常用種植強度（croppingintensity）來表示，這就是收獲麵積與總耕種麵積之比值。在目前的農業水平下，全世界旱作農業的種植強度約為0.70，灌溉農業為1.11，預期到2000年可分別提高至0.76和1.29。目前水澆地生產的糧食占世界糧食總產量的1/3，可見灌溉農業取得的成就。
世界上最成功的灌溉農業在亞洲，全世界灌溉能力的63％在東南亞，該地區大部分一年兩熟，種植強度平均達1.3，幾乎為旱作農業平均水平的2倍。我國、孟加拉國和非洲的埃及都有集約農業的悠久傳統，種植強度達1.5以上。日本的水稻產量，平均0.45公頃土地即可供應10462焦耳（2500卡）/人/日，美國需要2倍的土地麵積方能達到此數，而印度則需要7倍於此的土地。
灌溉對於農業增產與穩產的作用固然無庸置疑，但是由於其耗水量巨大又限製了其發展。目前大多數灌溉方法比較落後，效率低，浪費大。在全世界範圍內，灌溉水的平均有效率僅及37％，其餘的63％都浪費了。這不僅浪費了水源，增加了成本，而且還造成養分的流失，更嚴重的是引起土壤鹽漬化和水澇，造成地下水汙染，以及引起某些疾病（如瘧疾和血吸蟲病）的傳播等問題，這些均需予以足夠的重視。
三、世界供水前景
上文已經指出，雖然全球的有效淡水量不及總水量的1％，然而，仍可以滿足約200億人口低水平的需要。不過由於人口的分布和降水的時空分布都極不均勻，使不少國家和地區不時遇到缺水的困難。表6.4按人均順序列出世界13個富水國和13個貧水國的水資源概況，我國恰好名列世界貧水國的第13位，人均水資源占有量隻有2520m3，僅及世界平均值的1/3。
表6.4世界若幹富水國和貧水國的水資源（1985年）
世界人口仍處在持續增長的態勢中，如果按照聯合國的人口預測資料，2000年世界人口為62.5億，則人均占有水資源量將下降至6500m3，2025年世界人口增長至約85億，人均水資源占有量將進一步下降至4800m3，供水形勢更加緊張。估計本世紀末將有30多個國家嚴重缺水。另有人估計名列豐水國第13位的美國於2020年每天將需水37億噸（1400×109加侖），成為缺水國（據E.E.Morris，1974年）。表6.5列舉了一些國家和地區缺水的情況。
表6.5一些國家和地區缺水情況
供水緊缺往往造成一係列的經濟、社會和生態問題。世界上的缺水區常常又是人口增長和城市化均較迅速的地區，缺水對農業的衝擊最大，因為農業常是這類地區用水量最大的部門，而且又常是經濟效益較低的部門，因此當某一地區的用水量接近其自然極限時，常常是農業部門首先失去充分供水的保證。例如，在我國北方缺水地區，每立方米淡水用於工業所取得的經濟效益60倍於農業，計劃部門在分配用水時必須考慮這個因素。在美國，更是奉行效益優先的信條，當農民把用水權賣給缺水的城市獲利多於種植棉花、小麥和牧草時，他們將毫不猶豫地賣水而棄耕。美國有些地區用水權的價格很高，鹽湖城每英畝英尺（英美常用體積單位，合1.233m3）用水權為200美元，而在迅速城市化的科羅拉多州弗蘭特嶺（FronRange）地區則高達3000至6000美元，任何農業收入都無法與這樣的高價競爭。