第1章 绪论

1.1 水资源短缺与调水工程

地球表面约3/4的区域被水覆盖，淡水资源仅占2.5%，而这些淡水约有70%以冰川形式存在，其他主要以地下水和地表水形式存在。人们常用的地表水只占整个淡水资源的1.3%，其余主要以湖泊、河流和沼泽的形式存在。由于地表水的总量有限，而且时空分布不均，因此区域性缺水显著。随着全球人口增长和城市化进程的加快，加之环境污染等因素的影响，一方面，人类对水资源的需求和依赖程度不断增加；另一方面，可用水资源的总量不断减小，缺水地区不断增加，水资源越来越稀缺。目前，世界上约28亿人口每年中有1个月处于缺水状态，而这些人口中，约有12亿人生活在常年缺水的地区。水资源的短缺可分为资源型短缺和经济型短缺。资源型短缺是由于自然原因导致的天然缺水，这种情况常常伴随水资源的过度开发、地下水水位下降等；而经济型短缺是指由于社会发展水平和经济条件限制，而无法修建基础设施和有效利用水资源的情况。全世界范围来看，即使不考虑经济型缺水，资源型缺水的人口数量也已达到了12亿之多。

我国幅员辽阔，东西南北跨度大，水资源空间分布不均匀，南方水资源相对丰富，人口和耕地相对较少，北方水资源较少，人口和耕地相对较多，水资源地域分布从东南向西北逐渐递减。雨量的时间分配基本与季节变换相吻合，夏季和秋季降雨量相对较多，而春季和冬季降雨量相对较少。由于空间和时间分布不均，导致我国很多地方缺水形势严峻，此外，城市化进程和经济的快速发展，也加剧了水资源短缺的严峻程度。我国600多座大中型城市中，有300多座城市面临水资源短缺问题。在我国的水资源利用中，如何保护和高效合理地利用有限的水资源，成为当前面临的重大问题之一。

对于资源型缺水，调水工程是解决区域性缺水的最直接的途径之一，通过将水资源丰富地区的淡水调配到水资源短缺的地区，在重新分配资源的同时，可以优化配置水资源和实现区域经济的平衡发展。有关调水工程的定义并没有统一的标准，从广义上讲，一切通过人工渠道、渡槽、管道和隧洞等改变水资源地域分布的工程都可称为调水工程。

根据调水工程的线路形式、动力水头和调水目的，调水工程可分为多种类型。

（1）从调水工程的作用来分，可分为航运、灌溉、防洪、供水、发电、改善生态环境等。早期的调水工程主要功能是为航运和灌溉服务。如巴拿马运河、苏伊士运河和京杭大运河等人工水道主要是为航运服务。此后修建的工程更多用于灌溉、发电等，如美国的加利福尼亚州北水南调工程、中央河谷工程、秘鲁的马赫斯调水工程等。随着人口的增加和经济的发展，近代修建的调水工程主要是用于解决缺水地区的工业和居民生活用水问题，如我国的南水北调工程、引滦入津工程、掌鸠河调水工程等。

（2）从调水工程的形式来分，通常可分为无压输水和有压输水。无压输水通常采用人工河道、明渠和无压暗渠；有压输水通常采用隧洞、管道等。为灌溉和航运服务的早期的调水工程通常采用人工河道和明渠等无压输水形式，而为满足城市和居民生活用水需求的调水工程则通常采用隧洞和管道等有压输水形式。

（3）从输水动力来分，通常可分为加压输水和自流输水。加压输水是指通过水泵等加压设施将水体由低处向高处输送，自流输水是指水流在重力作用下，水体由高处向低处输送的形式。

在长距离输水工程中，同一输水工程的输水形式往往多种多样，既包含有压部分，也包括无压部分；既包含加压输水，也包含自流输水。