海河流域水平衡与水资源可持续开发利用分析与建议（于伟东）

时间：2022-02-23 17:01:38 浏览量：次

摘要: 海河流域水资源的可持续利用是关系海河经济社会发展的关键问题。本文对海河流域1998～2006 年降雨、供水和用水情况进行了全面分析研究, 并从流域水循环角度对海河流域降雨、ET 耗水(流域蒸腾蒸发) 和入海水量进行了研究, 分析了海河流域水资源开发和利用的发展趋势, 分析了南水北调条件下海河流域的水资源形势, 提出实现海河流域水资源可持续利用的途径。根据海河流域水资源综合规划提出的调水量和节水规划分析, 南水北调可以从根本上提高海河流域水资源和水环境的承载力, 届时水污染防治和地下水恢复将成为流域水资源保护和管理的重点。

关键词: 水资源; 水平衡; 水循环; 可持续利用; 海河流域

中图分类号: P333.1 文献标识码: A 文章编号: 1000- 0852(2008)03- 0079- 04

水既是最重要的三大基础自然资源之一, 也是关系到一个国家或地区综合实力和社会发展潜力的战略性资源[1]。随着水资源危机的日益严峻, 水资源问题已经得到全世界的关注。

2002 年在南非召开的可持续发展首脑会议将水危机列为未来10 年人类面临的最严重的挑战之一[2]。海河流域在我国政治和经济领域居重要的战略地位, 是我国经济发达地区和粮食生产基地, 人均GDP 高于全国平均水平25%。经济的增长带来的生态环境问题十分明显[3]。20 世纪60 年代以来, 由于驱动地下水资源变化的开采和拦蓄等人类活动日益增强以及连续多年气候干旱等多重作用, 海河流域平原区大部分河流长期干涸, 地下水已经严重超采, 地下水资源日益匮乏和衰减, 地下水水位降落漏斗已经区域化并向纵深发展, 引发了严重的环境地质问题, 如地面沉降、地下水水位降落漏斗和地裂缝等, 生态功能和社会功能也严重削弱, 已经对该地区社会经济发展产生了一定影响[4]。目前针对海河流域水资源安全方面的研究较多, 其中水量平衡问题、缺水量分析和研究是普遍关心的问题[5]。对于海河流域的水供需平衡问题的研究, 关系到这一地区的水资源安全, 并直接影响南水北调的设计规模、流域水资源可持续利用等重大水资源问题的决策[6]。

1 海河流域水资源开发利用现状

海河流域多年平均降水量539mm, 人均水资源占有量305 m3, 亩均水资源量225 m3, 远低于国际通行的人均1 000 m3紧缺标准和500m3 极度紧缺标准, 属于资源性严重缺水地区。由于地处温带半干旱、半湿润季风气候区, 流域降水有年内集中、年际变化大的特点, 降水丰枯变差系数居全国七大流域之首。1993 年批复的海河流域综合规划预计到2000 年流域水资源开发利用程度为63%, 但目前流域实际供水量已高达400 亿m3,开发利用率已超过100%, 地下水连续超采, 水资源供求形势极为严峻。[7]

1.1 海河流域供水形势

1998～2006 年, 海河流域供水和用水量统计见表1。从表1可知, 海河流域年均供水396.25 亿m3。其中,地表水占22.58%,地下水占65.71%,引黄水占11.06%, 污水回用等占0.64%。海河流域供水水源仍然以地下水为主, 但地下水开采呈现逐年降低趋势, 但在枯水年2002 年和2005 年地下水开采量出现反弹; 流域近年来平均引黄河水43.81 亿m3/年, 占供水总量的11.06%,反映了本流域对黄河水的依赖性; 污水回用等其它水源仅占供水总量的0.64%, 但是近年利用量持续增加,预计以后会有较大的发展。

海河流域多年平均水资源总量370 亿m3, 可利用水资源总量为232 亿m3, 而1998～2006 年海河流域本地水资源供水量359.88 亿m3, 远超过海河流域232 亿m3 的可利用水资源总量。同时, 黄河流域也属于水资源缺乏地区, 受多种因素限制, 黄河对于海河流域的调水潜力也已经接近极限。近年来, 海河流域完全是依靠过度开发地表水、超采地下水等牺牲生态环境的措施支持流域经济社会发展的形势并没有根本改善, 海河流域水资源形势依然严峻。

1.2 海河流域用水现状

从表1 知, 海河流域年均用水总量395.46 亿m3, 其中工业用水占15.63%,农业用水70.31%, 生活用水13.32%, 其它用水0.74%。由于节水工作成效显著, 工业用水总量1999 年达到69.1 亿m3 高峰后, 全流域的工业用水量呈现稳步降低的趋势,2004、2005、2006 年均低于57.0 亿m3, 减少用水12 亿m3, 降幅近20%。农业用水仍占流域用水总量70%,对于流域用水总量具有重要影响。近年来, 农业用水量变化范围为307.2～256.14 亿m3,相对工业节水来说, 农业用水量降低趋势不明显, 总体上农业用水量的变化与年降雨量关系密切, 如1998 年、2003 年雨量较大, 农业用水显著降低, 1999 枯水年农业用水量达到最高。生活用水量增加, 在用水中所占比例在逐步上升, 由1998 年的49.3 亿m3 增加到2006 年的56.55 亿m3, 年均增加1.63%。

通过以上分析可以看出, 海河流域用水形势: 工业用水总量稳步降低; 农业用水基本维持稳定, 但是受降雨影响较大, 干旱年最多可增加50 亿m3; 随着人民生活水平的提高和城市化进程,生活用水量必将进一步提高, 同时用于生态环境改善的用水将逐渐提高。

2 海河流域水资源平衡分析

对于闭合流域, 存在以下水量平衡方程:

P=△W+R+ET ( 1)

式中: P 为降雨量; R 为入海径流量; ET 为蒸发消耗量; △W 为流域蓄水变化量, 多年平均条件下流域蓄水变化量为零。如果没有外调水源, 则流域降水量:

P 平均= R 平均+ET 平均( 2)

自然状态下, 流域水资源处于正常循环的可持续状态, 并维持着动态平衡。但是, 如果受到人类水资源开发活动的干扰, 如超采地下水, 灌溉土地, 修建水库等都会增加ET 量, 导致流域水资源蓄水变量△W处于负值的亏空状态, 如果长期得不到恢复, 就会对流域生态环境造成危害, 如地下水位下降, 植被衰落,土地沙化, 入海径流衰减等, 从而危害流域的水资源可持续开发利用。因此, 从水循环和水资源平衡角度看, 判断流域水资源开发是否为可持续的标准是: 流域水资源ET 总消耗量和入海水量应该小于流域的平均降雨总量。即:

P 平均> R 平均+ET 平均

1998～2006 年海河流域水量平衡见表2。从表2 知, 海河流域平均降雨量476.4mm, 年均水资源总量253.6 亿m3, 引黄43.81 亿m3, 入海水量18.10 亿m3, 地下蓄水降低33.83亿m3。因此, 保证入海生态水量50 亿m3( 海河水利委员会, 海河流域水生态恢复水资源保障规划) 的条件下,海河流域合理的综合ET消耗量需要降低: 31.9+1.97+33.83=67.7 亿m3。按海河流域用水消耗率68.9%( 2006 年海河流域水资源公报) 计算, 需要减少用水98.25 亿m3; 在保证年均引黄43.8 亿m3 条件下, 综合ET 消耗量仍然要降低23.9 亿m3, 需要减少用水34.7 亿m3。据此估算,现有水资源需求条件下, 包括引黄河水等外流域调水需要增加98.25 亿m3 才能维持流域水资源平衡, 这也是海河流域现状的缺水量。

3 对策和建议

3.1 重视雨水管理, 实施大“水资源”管理

研究表明, 地表径流和地下水的水资源量仅占降水量的20%左右, 这部分水量就是水资源管理和规划的目标, 这不能不说是水资源管理的缺陷。应转变水资源管理观念和思路, 强化降水是流域的全部水资源观念, 实施“大水资源”管理。如海河流域, 多年平均水资源量仅占降水量的20%, 统计分析见表3。另外大约80%的降水这部分水资源或被地表植被等截留后蒸发返回大气层, 或被植物吸收, 对流域生态环境和人们的生产、生活起到重要作用。事实上, 在水循环过程中, 蒸发蒸腾量作为水循环大系统的主要消耗项, 对水资源的利用效用方面起着决定性的作用, 只有重视水循环过程中的每一个环节, 充分考虑水循环的每一个分过程———大气过程、地表过程、土壤过程以及地下过程的消耗转化, 才能实现水资源管理的目标。据统计,在全球范围内, 80%的农田是通过降水来灌溉的, 这些农田提供了60%～70%的粮食产量。同时, 即使是人工灌溉的农田, 也在很大程度上受降水的影响。因此, 关注流域水资源总量动态变化, 将水资源管理的范围扩大到全部降水的管理, 如雨水利用, 雨水农业, 生态绿化等技术, 将极大地拓宽水资源利用的途径, 增加应对水资源紧缺的方法, 这也是水资源可持续利用的未来发展趋势。

3.2 流域水资源管理要向综合ET 消耗总量控制转变

供水量、用水量是水资源管理中常用的指标。但是, 从流域水循环角度看, 水资源消耗分为两部分, 一部分为消耗水量, 为不可恢复的水资源, 主要为蒸腾蒸发( ET) 消耗; 另一部分水量可以继续参与水循环, 如灌溉的回归水, 经处理的污水等, 为可重复使用的水量。在保证流域入海水量等生态需水量的前提下,降低水资源消耗, 降低流域蒸腾蒸发( ET) 消耗才是实现流域水资源平衡的唯一途径。因此, 恢复海河流域的水资源平衡, 必须降低海河流域水资源综合ET 消耗量, 实现流域节水管理向真实节水, 即降低综合ET 消耗的方向倾斜, 实现水资源可持续开发利用[9]。海河流域的水资源条件,决定了节水工作的长期性和艰巨性, 要保障和恢复海河流域良好的水生态环境, 应把水资源管理和节约的重点放在控制综合ET 总量消耗和提高水资源利用效率上来。

3.3 以提高用水效率为核心, 强化农业节水

农业用水占海河流域用水总量70%以上, 对于控制水资源消耗总量至关重要, 农业用水应该是海河流域节水管理的重点。农业节水重点是提高农业用水效率。实现农业真实节水就应最大限度地减少无效蒸腾蒸发量, 提高农业有效水分生产率。海河流域灌溉农田的ET 消耗量大约为660mm, 一般非灌溉农田ET消耗仅400mm。从目前海河流域水资源形势看, 农业灌溉面积不宜增加, 重点应加强节水灌溉和节水作物推广, 调整种植结构, 充分利用降水资源, 发展雨水农业, 努力降低农田的无效蒸发, 提高单位耗水量的农产品产量, 这对于流域水资源可持续开发非常重要, 对于农业的可持续发展意义也非常重大。

3.4 以水资源条件为依据, 调整产业结构和城市发展规划

按照水资源和水环境的承载能力打造海河流域经济结构,以水资源条件决定区域发展规划, 这是社会科学、协调可持续发展的基本要求。自然界中许多蒸腾蒸发是不可以控制的, 维持河、湖、湿地, 水土保持恢复森林植被以及城市景观用水, 都要增加蒸腾蒸发量, 增加水资源消耗。海河流域属于水资源匮乏地区, 流域和区域规划应充分考虑城市地理位置、水资源和气候条件, 社会经济发展, 特别是城市建设规划, 植树、种草、扩大城市河湖面积等方面应考虑当地水资源条件, 在控制ET总消耗量的基础上统筹规划。近年来海河流域湿地大幅度萎缩, 这是降雨减少、气温变暖和水资源过度开发综合作用的结果。湿地ET 消耗相当于降水的1.5 倍, 远远大于农田、草原和林地, 海河流域的水资源条件无法支持大面积湿地。因此, 恢复湿地和湖泊要慎重, 应结合水资源开发利用, 科学决策湿地和湖泊的恢复目标。同时, 严格控制城市景观用水, 合理调整产业结构, 在流域范围内大力发展耗水少、污染小的工业, 严格控制高耗水行业的发展。要在城市生活用水中大力推广中水系统, 大力推进污水处理回用, 有效降低城市水资源消耗。避免污水对生态环境的破坏, 这应该是城市水资源管理的一个重要方面。

3.5 保障生态用水,保证流域入海水量

生态用水是保证流域生态、经济可持续发展的前提和根本。水资源管理和保护活动要以维系良好的生态系统为最高目标,遵循自然选择和经济选择的规律, 尽量减少人类活动对水的自然状态的干扰和破坏。海河流域水资源紧缺, 生活、生产和生态环境用水矛盾尖锐。在保证生活用水, 发展生产的要求下, 不能忽视生态环境用水。入海水量是流域生态用水的重要指标, 综合反映流域水资源开发利用程度, 对于保持水沙平衡关系、减少河道及河口淤积、维持河口水生态环境具有重大意义。在降水量确定的前提下, 保证入海流量就是控制地表水的开发利用率, 就是保证河流的生态流量。

3.6 做好南水北调实施后水资源优化配置

根据《海河流域水资源综合规划》, 2010 年海河流域需要调引长江水70 亿m3, 其中东线20 亿m3, 中线50 亿m3。[10]如果同时保证引黄水量40 亿m3 的水平, 考虑节约用水等因素, 基本上可满足海河流域水资源需求, 海河流域水资源条件将得到根本性改善, 海河流域实现良性的水循环成为可能。因此, 南水北调实施条件下的海河流域, 在保证生活、生产用水的同时, 水生态环境的恢复应该成为重要任务和目标。同时, 应把恢复地下水的任务作为硬性指标, 确保地下水得以恢复, 真正将地下水作为海河流域的战略性资源储备起来, 才能从根本上恢复和提高海河流域抵御水资源危机的能力。

参考文献:

[1] 王浩,王建华, 陈传友.现代水资源评价及水资源学学科体系研究[J].地球科学进展, 2007, 17( 1) 12- 17.

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[4] 王金哲, 费宇红, 张光辉, 申建梅, 聂振龙. 海河平原地下水资源可持续利用前景评价[J].水文地质工程地质, 2005( 4) : 56- 59.

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[10] 王志民.恢复海河流域生态环境, 全面建设小康社会[J].海河水利,2003( 1) .

[11] 海河水利委员会.1996~2006 年海河流域水资源公报[R].

作者简介:于伟东( 1968- ) , 男, 吉林桦甸人, 副总工, 教授级高工, 博士研究生, 主要从事水资源管理与保护管理与研究。

来源：《水文》2008.6

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