世界水利史

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更新時間: 2013-09-04

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水利事業的發展與人類文明有著密切的關係。中國的水利事業源遠流長(見中國水利史)。古代的埃及、巴比倫和印度的水利事業可上溯到公元前四五千年。美洲的瑪雅文明和印加文明的水利遺迹距今也有兩三千年以上。埃及和巴比倫的水利技術以後傳播到希臘和羅馬。

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1 世界水利史 -世界水利史

 

2 世界水利史 -正文

  水利事業的發展與人類文明有著密切的關係。中國的水利事業源遠流長(見中國水利史)。古代的埃及、巴比倫和印度的水利事業可上溯到公元前四五千年。美洲的瑪雅文明和印加文明的水利遺迹距今也有兩三千年以上。埃及和巴比倫的水利技術以後傳播到希臘和羅馬。文藝復興以後傳遍歐美各國。公元前 3世紀的阿基米德對水的浮力理論,和後來文藝復興時期的達·芬奇對水流理論都作出了貢獻。1824年,英國人J.阿斯普丁發明了硅酸鹽水泥,從而帶動了混凝土結構的發展,使土木工程進入到一個新的發展階段。19世紀下半葉出現了鋼筋混凝土,這進一步推動了輕型混凝土建築物的發展。19世紀70年代,出現了水電站。進入20世紀以後,許多新興科學技術已開始在水利工程中得到廣泛應用。例如,利用電子計算機對技術經濟方案進行評估;用系統分析方法全面安排施工進度和評價區域性水資源;利用光彈模型分析和設計水工結構;利用噴灌、滴灌和滲灌等節省灌溉用水;利用遙感、超聲波等手段分析、鑒定大型水利樞紐工程的水文地質及工程地質情況等。在工程建設中,20世紀的水利工程越來越具有大型化、綜合化、跨流域、多目標等特點。
  灌溉  人類很早就利用河水發展灌溉。四大文明古國都出現在大河流域,以灌溉為古代文明的基礎。一般來說,早期的灌溉都是引洪淤灌,以後發展為引水灌溉或建造水庫、調洪灌溉。世界灌溉事業近 200年來發展很快。1800年左右,全世界有灌溉面積800萬公頃。20世紀初提高到4800萬公頃。1949年達到9200萬公頃,60年代末超過 2億公頃。突出的節水新技術有噴灌、滴灌等。
  非洲  尼羅河流域早在公元前4000年就利用尼羅河水位變化的規律發展洪水漫灌。公元前2300年前後在法尤姆盆地建造了美利斯水庫,通過優素福水渠引來了尼羅河洪水,經調蓄後用於灌溉。這種灌溉方式持續了數千年。19世紀初,埃及引種棉花和甘蔗等經濟作物。1826年開始改建舊的引洪漫灌系統,進行常年灌溉。1902年阿斯旺壩建成以後,又由水庫引水進行常年灌溉。1970年建成新的阿斯旺高壩,常年灌溉渠道系統得到進一步的發展,使灌溉更有保證,並解決了防洪問題,每年還可發電100億kW·h。
  兩河流域  美索不達米亞的幼發拉底河和底格里斯河流域的灌溉也可以追溯到公元前4000年左右的巴比倫時期。由於幼發拉底河的高程普遍超過底格里斯河,因而對開挖灌渠十分有利。最早是引洪淤灌,以後發展為坡度平緩的渠道網。約公元前2000年,漢穆拉比時代已有了完整的灌溉渠系。乾渠用磚襯砌,用瀝青勾縫。當時的灌溉面積達260萬公頃以上,養育著1500~2000萬人口。乾渠兼有通航與防洪的作用。當時頒布的《漢穆拉比法典》還專門對堤防失修、沖毀土地的責任者作出了賠償損失的具體規定。約公元前1000年興建的鈕姆盧水庫可向兩岸的渠系供水,有些渠道深達10~16m,寬達120m。公元前600~560年間,新巴比倫的空中花園採用了細密的雨滴灌溉,類似現代的噴灌。
  公元前 539年,巴比倫被波斯征服,灌溉系統失修,農業生產受到很大影響。公元初期,波斯的薩珊王朝修四大幹渠引幼發拉底河水,灌溉今伊拉克中部地區。629年,兩河流域出現大洪水,沖毀紐姆盧水庫,不久阿拉伯人征服兩河流域地區,著手改進舊渠系,逐步恢復灌溉。1258年,蒙古人佔據了兩河流域,灌溉系統遭到破壞。直至20世紀,兩河流域的灌溉才再次發展起來。至1967年兩河灌溉面積達 400萬公頃。兩河流域上游的敘利亞、土耳其等國境內都有許多古灌區,有些至今仍在使用。亞美尼亞、伊朗等地則從公元前 8世紀就以引用地下水發展灌溉的坎兒井眾多聞名。伊朗境內現在還有大約22000條坎兒井仍在使用。
  南亞  印度河流域在公元前2500年左右已有引洪淤灌,但文字記載不多。公元前2千紀雅利安人入侵后,修復了古代的灌溉工程。公元前3世紀左右,印度河流域憑藉灌溉已做到一年兩熟。當時北方建有亞穆納水渠,南方則有高韋里河三角洲灌區。在中世紀的1000多年中,南亞次大陸建造了數萬座水壩用於灌溉,其中位於博帕爾東南的一座水庫庫區面積大約達到650km2。當17世紀英國入侵時,這兩個國家已有數千座各種類型的水利工程遺迹。這些工程往往不斷損壞,不斷修復。19世紀前期,重建一些主要的灌區。20世紀修的最有名的灌溉工程如:1915年完成的三合渠,引傑赫勒姆河水穿過傑納布河和拉維河,是世界較早的跨流域引水工程;1932年完成的蘇庫爾閘引水工程,是當時世界最大的有控制的引水灌溉渠系,引水1346m3/s,灌田300萬公頃。20世紀60年代,巴基斯坦全國灌溉面積約1150萬公頃。
  印度從19世紀起建有大量大型灌渠。如:改建高韋里河三角洲渠繫上的古大阿尼卡特壩,可灌田44萬公頃;1836~1866年建大渠4條,灌田約200萬公頃,其中有當時世界最大的引水工程戈達瓦里河三角洲渠系;以後十年中又興建大渠5條,其中有橫貫印度半島的貝里亞爾渠。20世紀經陸續興建,至60年代末,印度灌溉面積達3800萬公頃。
  錫南(今斯里蘭卡)自公元前 5世紀就開始發展灌溉。特別是公元2世紀至14世紀之間,斯里蘭卡島中部乾旱地區修建了大大小小的蓄水池達1500餘座,形成了許多水庫、塘堰、渠繫結合的灌溉網。后漸衰落,19世紀以後逐漸恢復並修建新式大灌渠。
  亞洲其他地區  早在公元前1050年,柬埔寨就在吳哥窟附近修建了暹粒河灌區,並且一直使用到現在。日本在公元前6世紀已有水利記載,以後大量修建山塘、水庫,20世紀開始修大型灌區,至1947年全國水澆地已佔耕地面積一半以上。印度尼西亞的爪哇等島,自古引水種稻,19世紀始建新式工程,20世紀60年代灌溉面積約380萬公頃,大量的古代工程仍在使用。
  蘇聯中亞阿姆河、錫爾河流域的灌溉始於公元前6世紀。8世紀中葉以後,這一帶是阿巴斯王朝的四大糧倉之一。自1918年以後開始興建現代灌溉工程。自1939年完成費爾干納大渠,長344km。二次世界大戰後又修長1560km的卡拉庫姆渠等,建成了一些大型灌區。
  美洲  灌溉可追溯到古老的瑪雅文明和印加文明。
  秘魯的灌溉歷史至少在公元前1000年就已開始。皮斯科河谷公元前已有灌溉工程。公元1~600年間是水利工程大發展的時期,此後印加帝國統治的1000年,灌溉又得到進一步發展。阿根廷於1577年興建了杜爾塞河引水工程。中美洲墨西哥等地的灌溉工程則至16~17世紀才出現較多的記載,到1946年灌溉面積達123萬公頃,此後20年中修建了196座水庫和989處引水壩, 1966年灌田280萬公頃,技術上也有發展。美國自1847年開始,迅速發展灌溉事業,技術水平也提高得很快,20世紀50~60年代大規模發展噴灌,1967年噴灌面積達300萬公頃,總灌溉面積達1700萬公頃。
  排水  早期農業是在河流沿岸發展起來的,需要排干沼澤,進行土地墾殖。公元前5世紀中葉,希臘歷史學家希羅多德曾記載了尼羅河谷的排水工程,以後羅馬的瓦羅在《論農業》一書中提到了修建排水工程的規範。世界上許多早期的城市都有完備的排水系統。
  荷蘭的排水在世界上享有盛名,它是與圍海造田聯繫在一起的。公元 4世紀,這一帶就開始出現人工海堤。從10世紀開始,盛行築堤造田工程。最初在圩田內實行自然排水。1612年開始利用風車抽水圍墾沿海低地。幾百年間,依靠人工堤防共圍墾出7100km2以上的土地,相當於全國陸地面積的五分之一。現代的須得海工程和萊茵河三角洲工程在全世界都有很大的影響(見荷蘭海堤)。
  荷蘭的排水工程技術以後又擴展到歐洲的其他地區。英國從13世紀開始排水,把大量低洼地改變成農田。1531年制定法律,國家直接干預排水事業,並於1918和1930年兩次頒布國土排水法案。法國在1620年首先使用瓦管排水。英國於1724年首先使用鼠道式暗渠,1764年出現了有壓地下水的沼澤地的排水方法,1843年發明圓形瓦管製造機,19世紀後半葉又發明了挖溝機。在東歐、波蘭從13世紀起就開始排水,羅馬尼亞的排水歷史甚至比灌溉歷史還要早。希臘的排水工程則主要是為了防洪。
  近100多年來,在世界其他地區,由於農業灌溉的急劇發展,土壤次生鹽鹼化問題日益突出,進一步推動了排水工作的發展。埃及於1909年以後大力發展深溝排水解決了棉田的鹽鹼化問題。美國於1849~1850年建立了沼澤地法案,排水自東向西發展,除沼澤排水外,還發展灌區排水,大量使用瓦管暗溝,到1960年排水面積約4100萬公頃。加拿大排水有 200多年歷史。巴基斯坦結合井灌發展垂直排水,20世紀60年代末有深井5500多眼,並有大面積地面排水網。
  截至20世紀60年代末,全世界(除中國外)有人工排水設施的土地總面積約 1億公頃。其中美國佔3700萬公頃,蘇聯為811萬公頃。此外,加拿大、印度、匈牙利、波蘭、日本和義大利等國有人工排水設施的土地面積也相當大。
  防洪  水直接影響人類的生存和社會的發展。在發展水利的同時,人類必須與水害作鬥爭。
  修築堤防  自古以來,世界上最普遍的防洪措施就是沿河流兩岸修建堤防(見堤)。
  公元前3400年左右,埃及人就修建了尼羅河左岸大堤,以保護城市和農田。隨著人口的增長和社會發展的需要,右岸大堤也逐漸建立起來。尼羅河大堤從開羅至阿斯旺約有900km,並向上游繼續延伸200km。
  從巴比倫的《漢穆拉比法典》的有關條款記載中,可以看到,公元前2000年左右,美索不達米亞地區已有了比較完整的保護土地的堤防。
  此外,義大利的波河河谷、法國的低洼地、英國的沼澤地以及巴基斯坦信德省內都有許多古老的防洪堤防。波蘭的系統堤防建於公元12世紀。
  美國防洪工程始於1717年。當時法國探險家、路易斯安那總督邊維爾下令在密西西比河下游建造了第一道1.2m高的堤防。至1735年,新奧爾良附近的河流兩岸已有逾50km長的堤防。
  1919年,荷蘭與德國簽定協議,在萊茵河下游修建防洪堤。這一工程一直持續了近40年,至1955年才最後完成。
  建造水庫  建造水庫以調蓄天然來水,是另一種普遍的防洪方法。
  公元前2650年前後,埃及在傑賴維干河上修建了異教徒壩,從而建成了一座完全用於防洪的水庫。尼羅河畔的美利斯水庫是利用法尤姆綠洲的天然窪地改建的,它兼有防洪和灌溉的雙重效益,約建於公元前2300年。
  在美索不達米亞地區,巴比倫時代曾利用幼發拉底河沿岸的哈巴尼亞湖和阿布恩迪卜斯盆地作為滯洪調節池。斯里蘭卡的明內里耶水庫約建於公元前 3世紀,周長達32km。
  整治河道  早在公元前9世紀,德國人就利用築堤和裁彎取直等方式整治萊茵河道,以保護施特拉斯堡東部和東南部的低洼耕地。11世紀,法國阿爾薩斯地區也有一些局部的防洪措施。19世紀,萊茵河逐步得到分段整治,其中從施特拉斯堡至巴塞爾之間的一段約於1885年完成。
  1879年6月28日,美國國會通過議案,決定在美國陸軍工程兵團屬下設立密西西比河委員會,並撥款100萬美元用於河道治理。在此之前,堤防建設等資金都是由個人籌集。
  現代防洪  日本的大規模防洪工程出現於明治維新時期。 俄國的正規防洪工程有 1877年的庫班河工程和1915年的亞塞拜然防洪工程。1917年3月1日,美國國會通過了第一個防洪法案,授權陸軍工程兵團在密西西比河和薩克拉門托河上修建防洪工程,並研究其他河流的防洪問題;1936年的防洪法案則進一步制定了防洪工程措施,規定聯邦政府與州政府要在防洪工程中合作,委託農業土地部制定防洪計劃,委託陸軍工程兵團制定工程計劃;1968年的國家洪水保險法案特彆強調對洪泛區的土地利用加強管理,以減少洪災損失。
  在多數國家,由國家直接組織的現代化防洪工程是在20世紀才出現的。如波蘭(1905)、法國(1910)、保加利亞(1944)、墨西哥(1944)、印度尼西亞(1947)、加拿大(1950)、印度(1954)、匈牙利(1954)和哥倫比亞(1955)等。
  50年代以來,防洪工程措施以外的洪泛區管理、洪水預報警報系統、洪災的預防計劃等已在世界範圍內受到重視。
  運河工程  運河是人工開挖的通航河道。古埃及已有記載,中世紀以後在歐洲得到大發展。19世紀以後在全世界進一步推廣,規模也越來越大。
  世界上最早的通航運河是公元前 1887~ 前1849年,古埃及塞勞斯內特三世時期建成的繞道尼羅河及其支流,經苦湖溝通地中海與紅海的古蘇伊士運河。此運河后因泥沙淤積和年久失修而廢棄。在歐洲,羅馬人由於軍事運輸的需要,曾修建了許多運河。公元67年開聯接萊茵河與馬斯河的運河,長37km,可以避開北海沿岸的風暴。為了改造英格蘭的劍橋窪地,羅馬人曾挖掘了好幾條運河,把卡姆河與烏斯河、寧河與威特姆河、威特姆河與特倫特河連接起來。上述一些工程至今仍在使用。
  隨著羅馬帝國的衰亡,歐洲運河工程的發展在很長一段時間內停滯不前。12世紀,運河隨貿易的發展而復甦,荷蘭、盧森堡、比利時等地勢低洼的國家有85%的運輸依靠內河航道。在義大利,1179~1209年建成了納維格里奧大運河,以便從採石場向米蘭大教堂工地運輸石料。這條運河上出現了帶有人字閘門的船閘。1373年,在荷蘭梅爾韋德運河上的弗雷斯韋克建成了西方的第一座現代型複式船閘。1391~1398年,德國建成了從勞恩堡至呂貝克的施特克尼茨運河,溝通了北海和波羅的海。
  16~18世紀是歐洲運河大發展的時期。法國於1642年建成了布里亞爾運河,把盧瓦爾河與塞納河聯接在一起。這條運河沿線建有40座船閘。1681年完成的朗格多克運河長250km,把比斯開灣和地中海連接在一起。這條運河沿途建有108座船閘,一條165m長的隧洞和三座大渡槽。一些小溪則利用涵管暗渠從運河下面通過。在德國,這期間曾開挖了許多運河,把易北河、奧得河和威悉河聯接在一起。英國於1761年開通布里奇沃特運河,以便從沃斯利向曼徹斯特運輸煤炭。1776年,這條運河延伸至默西河。大特朗克運河則促進了英格蘭中部地區的發展,為出口貿易提供了到歐洲市場的水路運輸。1773年動工,1822年通航,1847年竣工的喀里多尼亞運河穿過了蘇格蘭大峽谷,把沿線的許多湖泊聯接在一起。
  19世紀以後,世界各地開挖的運河迅速增加。1832年瑞典建成聯接北海和波羅的海的約塔運河。1893年,希臘的科林斯運河開挖成功,把伊奧尼亞海和愛琴海聯接在一起。在中歐,1840年建成路德維希運河,聯接起多瑙河、美因河與萊茵河。俄國早在1718年就有很大規模的運河系統,至1804年,在伯瑞西納和德維納河之間開闢了一條運河。此後俄國還將伏爾加河、第聶伯河、頓河、德維納河與鄂畢河的上游聯接在一起以發展航運。美國於1825年完成581km長的伊利運河,沿河建造了82座船閘,從而促進了中西部大草原地區的開發。1829年,加拿大興建了韋蘭運河。在此期間,歐美以外地區也有一些運河,如緬甸的端迪運河,馬達加斯加的潘加蘭運河等。
  19~20世紀最重要的運河工程是基爾運河、蘇伊士運河和巴拿馬運河。位於今德國北部的基爾運河於1887~1895年興建,總長98.6km,縮短了自英吉利海峽至波羅的海的航程達685km;20世紀兩次擴展,沿線設8座船閘,通航船舶最大吃水9.5m,最大船寬32.5m。蘇伊士運河是聯接紅海和地中海的一條無閘水道,1869年11月17日通航,全長173km,大大縮短了從地中海至印度洋的航程。巴拿馬運河是溝通太平洋和大西洋的國際水道,全長81.3km,依靠船閘越過分水嶺。這條運河自1881年起開鑿,中間一度停頓,1904年重新動工,直至1914年8月15日完工。
  水能利用  在埃及和美索不達米亞等古文明發源地,利用水力衝動簡單固定槳葉水輪來進行農產品加工、灌水和排水等,至少在公元前1000年已經出現。歐洲至中世紀已應用得很廣泛。一直到近代,許多地區仍在使用。
  近代水輪  近代直接驅動機械為灌溉、排水、供水服務的水輪有卧式、立式兩大類。19世紀不斷改進裝置和性能,提高效率,在北美、南非、南歐、北歐仍大量使用,直到20世紀初才逐漸被淘汰。
  水輪機  1827年法國人B.富爾內隆製造出第一台水輪機,只有6馬力。到1832年造出了50馬力的水輪機。由水輪發展成水輪機是一個大進步。稍後美國人J.B.弗朗西斯及其他工程師陸續創造出適應不同水流情況的水輪機,為水力發電提供了必要條件。
  水力發電  限於電工學發展的水平,水輪機用於發電在初期進展很慢,直到19世紀後期解決了遠距離輸電之後才出現了水電站。1878年法國建成了世界上第一座水電站。1882年美國威斯康星州建成美國第一座水電站。此後在全世界迅速發展。1950年後進展更快,趨勢是河流梯級開發,電站和機組向大容量發展,潮汐電站和抽水蓄能電站等也有發展。
  1936年美國於科羅拉多河上建成221m高的胡佛壩,裝機容量至 134萬kW。1942年美國在哥倫比亞河上建成大古力水電站,現有裝機容量為648萬kW。到1980年,全世界已建和在建的設計裝機 100萬kW以上的水電站已達120座。目前世界上最大的水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站,裝機1260萬kW。
  全世界可能開發的水能資源約22.6億kW,1980年已開發約 4.6億kW,佔總量的20%左右。水電站裝機容量(包括抽水蓄能電站)以美國、蘇聯等國最多。
  城市水利  一般來說,當城市發展到一定規模時,就必須採用工程措施來解決供水和排水問題及城市防洪問題。
  早在公元前2900年前後,埃及就出現了為孟斐斯城供水的工程。公元前25世紀前後的許多泥版的記載都表明當時美索不達米亞地區有許多向城市供水的水庫和渠道。大約在公元前2500~1700年期間,印度河流域出現了兩座大城市──摩亨約-達羅和哈拉帕。從對摩亨約-達羅的考古發現看,這座城市已有完整的供排水系統,多數房屋都有水井,排水溝從房屋通到街道,最後通到大河。
  大約公元前800年,烏拉爾圖王國(今土耳其東部)修建了向首都圖什帕供水的渠道,全長56km。以後首都遷到托普拉卡萊,於是又擴建了輸水工程。工程由一座水庫(即今凱希什湖)、兩座主壩、若干座副壩和兩條主幹渠組成。
  公元前700年左右,向耶路撒冷供水的長530m、高2m的輸水隧洞建成。亞述帝國在這期間也建成了向尼尼微城供水的渠系,輸水道長約80km,其間有好幾座石灰岩渡槽。最大的一座長約300m、寬13m,設有14座支墩。
  公元前6世紀,希臘人建造了向薩摩斯城供水的隧道,長度約為427m。希臘人最先採用了青銅管或加固木管制的虹吸管,但應用並不廣泛。公元2世紀為雅典城修建的一些蓄水工程一直使用到現在。古代羅馬人的城市供排水工程在水利史上佔有很重要的地位(見古羅馬供水)。
  維也納在公元前 1世紀時已有了城市排水系統。渠系用磚石砌成,斷面為1.8m×0.8m,應用有孔的石板製成排水渠道的進水口,使得污水可排放到封閉的磚砌水渠,再泄入最近的排水明渠。這一渠系在中世紀時曾重建。
  巴黎的第一個重要輸水系統建於12世紀,並一直使用到17世紀。18世紀中葉,法國著名水利工程師H.皮托主持建造了蒙彼利埃市水道,其中有一段1km長的羅馬式石拱。在美洲,墨西哥城於15世紀末已初具規模,街道與運河交錯,運河上設有調節水量的閘門。倫敦在1582年開始使用活塞泵供水,17世紀時的城市供水渠道超過60km,設置40道閘門,市內配水系統由木製管道構成。日本水戶的笠原高架水渠建於1663年,直到現在還在使用。
  隨著城市規模的日益擴大,城鎮供水和排水系統也日趨完善。由於水資源的不斷開發,因而使得輸水渠道越來越長。現在的輸水管道長達一百公里以至數百公里已很普遍。美國科羅拉多輸水道主幹線長達389km,年輸水量達15億m3
  水利法規  人類隨著社會經濟的發展,要求人為地對自然水進行分配,要處理好人與自然之間,以及人與人之間的矛盾。為了協調矛盾,合理地利用水資源,就必須制定水利法規(或稱水法規)。
  巴比倫時期的《漢穆拉比法典》在第53~56條中明文規定:「如果有人忽視維修堤防而造成決口,他應賠償由此給其他土地所有者帶來的損失」;「如果他無力賠償損失,則他本人及其財產將被拍賣,受損失者將分得這筆錢」等。
  在瑞士等國家,羅馬法規和舊德意志法規都規定了個人與公眾的水權是不同的。根據羅馬法規的規定,除去極小的水源外,一切永久性自由流動的水都是公共水資源,其使用權屬於羅馬公眾。對什麼是「永久性自由流動的水」?羅馬法規的依據是「終年不斷」,而舊德意志法規的準則是「能夠航行和浮運」。因此,較大的河流的水權屬於羅馬公眾,而較小河流則有私人使用權。
  古印度婆羅門經典《吠陀》和其他文學作品中,可以找到許多有關水利設施管理方面的規定。大約在公元前300年時已有如下一些規定:「一般情況下,從建有水壩的河流、湖泊中用水,要支付生產收入的四分之一作為國家稅收。」「在飢荒時,國王及其臣民在水壩附近建立臨時住所。」「河流中的水生動物、水渠和水壩受到保護。捕魚要在獲得許可時才能進行。」「……如果個人的水壩失於管理長達 5年,其管理權則由國家接管。如果公眾捐款建造水壩,則 5年內免稅;如系修理舊壩,則免稅4年。」
  早在1369年,印度的一則碑銘就已明確規定了建造水庫的選址及施工規範,規定了12條必須具備的條件及6條必須避免的水利條件。
  在西班牙,7世紀頒布的法典已明確規定,水是西班牙土地的「血和生命」。12世紀頒布的《唐·傑姆國王水法》曾一直延續影響了好幾個世紀。這一水法規定了兩條重要的原則:①水不屬於個人所有,而屬於受益土地。因此當土地所有者變更時,水權也自動轉移。②水的管理權掌握在有關的農場主手中,他們的管理實體是由民主選舉產生的。政府有意識地限制自身的職能以保證這些管理機構的工作不致受到妨礙。這項水法建立了巴倫西亞地區土地灌溉規則,把這一地區改造成富庶的柑橘產地。
  13世紀亨利三世統治英國時期,曾致力於改造拉姆尼沼澤。此後至1427年產生英國歷史上最早的一項重要的排水法規。愛德華三世統治時期(1312~1377)曾頒布法令,禁止往泰晤士河傾倒垃圾。1388年的一項議會法令專門寫明了這個問題。15世紀初,法國國王查理六世也宣布反對把廢物倒入塞納河。
  19世紀中葉以後,有關水利的各項法規日益增多。除了歐洲各國的法規日益健全外,亞洲的印度、伊拉克、土耳其、柬埔寨,非洲的突尼西亞,美洲的加拿大和波多黎各都頒布了有關法規。進入20世紀后,世界各國多數都有了比較完備的水利法規,有的國家還出現了多部。水利法規已逐步變得越來越具體,越來越詳細,其門類也日益齊全。
  基礎研究  水利工程技術是在人類與自然進行鬥爭的過程中發展起來的。而對這些工程技術及其基本原理進行探討,開展基礎研究則滯后了許多年。古代和中世紀雖然也有一些重大的發現和經典性著作,但真正的基礎科學研究則出現於西方文藝復興、產業革命時代以後。進入20世紀以來,其發展速度更快。
  水力學  古代人很早就發現了水力學的許多現象,並作出了一些科學的總結,其中以阿基米德發現浮體定律為代表。文藝復興時期,達·芬奇成為實驗水力學的前驅。17世紀,正式出現水力學這個科學名詞,1686年I.牛頓提出了水力相似性原理。18世紀丹尼爾第一·伯努利和L.歐拉等人創立了水動力學,並使之與實驗水力學平行發展。18世紀中葉,英國工程師J.斯米頓提出使用水工模型進行水力學等試驗。1841年美國第一座現代的水工實驗室在馬薩諸塞州的盧韋爾建立。19世紀科學家發現了管流和明渠流兩種流態,並提出了弗勞德相似準則和區分流態的雷諾數,推導出紊流的雷諾公式。1898年德國著名水利專家H.恩格斯創立河工模型試驗室。他進行治河模型試驗達幾十年。進入20世紀,世界上許多國家都建立了水工實驗室。模型試驗相似原理已為學術界普遍接受。英國人在南亞次大陸和埃及的灌區進行了大量的現場觀測工作,對渠道的沖淤和透水地基上築壩等研究更為突出。德國航空學家L.普朗特於1904年提出的邊界層理論,很快就被水力學者用於解決實際問題。T.von卡門於1912年完成了著名的「卡門渦街」研究,進一步豐富了水力學的內容。
  水文學  早在公元前3200年前後,埃及人就掌握了尼羅河水位變化的規律,並開始使用原始的水位計。在古希臘已有許多人開始討論水文循環問題。直至16世紀,法國人才以嚴謹的方式證明水流的最終來源是海水或大氣中的水汽。早在公元前4世紀,印度已開始廣泛使用雨量計。1687年英國水文學家E.哈雷首先採用蒸發器測定了水面蒸發率。19世紀初,J.道爾頓提出了在一定條件下,蒸發速率與水汽壓力的飽和差成正比的理論,為蒸發計算提供了可靠的依據。1000多年以前,伊朗人G.A.卡拉季就寫出了有關地下水的專著《潛水的開發》。16世紀以後,地下水文學有很大發展。其中H.-P.-G.達西論述了滲流理論,提出了達西定律。19世紀,奧地利人P.福希海默爾把數學分析方法引入地下水研究。法國人G. -A.多布雷則於1887年出版了《地下水》一書。當時,人們在萊茵河、易北河等河流上已通過實測和推算等綜合方法建立起流量資料系列。1851年,愛爾蘭人T.J.莫萬尼提出推求洪峰流量的原理。1932年,美國水文學家L.R.K.謝爾曼提出了水文計算中的單位線方法。此後水文學繼續不斷發展,並與其他學科互相交叉、滲透。
  土力學  土力學的形成時間較晚。1773年法國物理學家C.-A.de庫侖發表有關土壓力的理論;1857年蘇格蘭工程師W.J.M.蘭金提出土質量平衡理論。1925年K.泰爾扎吉(又譯太沙基)發表《土力學》一書,標誌著這一學科基本形成,40年代他又出版了《理論土力學》和與人合作出版了《工程實用土力學》。隨著土力學和岩石力學的發展,築壩技術理論才日益成熟並趨向於規範化。
  壩工設計理論  19世紀50年代,蘭金研究了疏鬆土質的穩定性問題,此後德·薩齊里和德洛克等研究了重力壩設計中砌石和基礎的應力問題。1861~1866年建造的古夫爾·登伐重力壩是世界上第一座用現代技術理論建造的大壩。它位於法國弗蘭河上,最大壩高60m,是當時世界上最高的大壩。土石壩和拱壩的設計理論和分析方法也大體從19世紀50年代開始,但正式應用於拱壩設計是在1922年。土壩的合理設計則還要晚一些。
  發展趨勢  在工程建設中,20世紀的水利工程越來越具有大型化、綜合化、跨流域、多目標等特點。
  工程大型化  1961年義大利建成262m高的瓦依昂雙曲拱壩,次年瑞士建成285m高的大迪克桑斯重力壩。目前世界上最大的水電站是巴西和巴拉圭邊界河流巴拉那河上的伊泰普水電站,總裝機容量為1260萬kW。最大的地下水電站為加拿大拉格朗德二級水電站,總裝機容量為532.8萬kW。
  世界的高壩技術正在不斷發展。蘇聯1980年建成的努列克土石壩高300m,而1989年建成的羅貢壩的高度則達335m。
  跨流域引水  20世紀世界上跨流域調水逐漸普遍。其中最著名的有美國加利福尼亞州調水工程、澳大利亞古爾加底輸水工程等。
  多目標綜合利用  隨著現代工業的不斷發展,國民經濟的各個部門都對水利事業提出了更高的要求。由於全球性水資源短缺,城市防洪標準日趨提高,水質污染越來越嚴重,這就要求水利部門在對河流開發的規劃階段即注意水資源綜合利用,兼顧各個用水單位的利益,實施河流梯級開發。如從19世紀末開始的萊茵河開發,1933年後美國田納西河幹流開發,1927~1932年及1944~1976年蘇聯第聶伯河幹流中下游開發,1931年後美國哥倫比亞河幹流等的開發,都是較早的例子。
  現代水利的發展不僅要解決工程技術問題,還必需注意解決人類活動對水的不良影響。未來的水利事業將是技術、經濟、生物等多學科的結合,以便取得更好的經濟效益、社會效益和環境生態效益。這種多目標的綜合利用將是世界水利發展的總趨勢。
  參考書目
 H.Rouse, History of Hydraulics, Iowa Institute of Hydraulic Research, State University of Iowa,Iowa,1954.
 K.K.Framji and I.K.Mahajan, Irrigation and Drainage in the World,2nd ed., InternationalCommission on Irriga-tion and Drainage(ICID),New Delhi,1969.
 福田仁志著:《世界の灌溉──比較農業水利論》,東京大學出版會,東京,1974。
 K.K.Framji and B.C.Garng, Flood Control in the World,International Commission on Irrigation and Drainage(ICID),New Delhi,1976.

 

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