南水北调工程秦岭水源区保护与监测（张胜利,崔云鹏）

摘要: 阐述了秦岭及其水资源对当地社会、经济可持续发展和南水北调工程的重要意义;探讨了秦岭水源与生态环境的关系和水环境存在的问题，并就此提出了水源保护的策略，即恢复植被、控制旅游景区过度开发、治理污染、创建人工生态系统等;最后，针对秦岭水环境现状，较为详细地提出了水源保护监测的内容及方法。

关 键 词: 水源保护;生态环境;植被恢复;水环境监测;水源保护区;秦岭

中图分类号: TV213.4 文献标识码: A

1 自然概况

秦岭位于我国中部，西至甘肃、青海两省边境，东至河南中部，东西长约1500km，宽约300km，海拔2000～2500m，山脉东西走向，西北高，东南低。秦岭陕西段位于渭河平原与汉江河谷之间，西至嘉陵江，东至丹江，东西长约400km，南北宽约200km，海拔多在1000m以上，最高峰太白山海拔3767m。该段山体石多壤薄，以花岗岩、片麻岩、片岩、石英岩和石灰岩等为主，石灰岩区天然溶洞分布较多。北麓山坡险峻，沟谷（俗称“峪”）深切，密度较大，径流出峪口汇集成河后注入渭河。这些河流源短流急，冲刷严重，水土流失量较大，但进入平原后流速减小，携带泥沙沿山麓堆积形成冲积扇，雨季易灾，枯水季节部分径流潜移地下，转化为地下径流，水质良好，是较为理想的饮用水源。南麓山坡，坡度较缓，坡长约110km，西为嘉陵江水系（在陕流域面积9930km2 ），东为汉江水系（在陕流域面积54783km2 ）和丹江水系（在陕流域面积7551km2 ）。汉江干流落差较小，宽谷与峡谷交替，山间断陷盆地（太白、凤县等）形成大的河谷区，内有阶地平原，水源充足，人口稠密，农业发达。

秦岭南北气候差异较大，南坡为北亚热带气候，北坡属暖温带气候。南北坡年均温差4℃左右，年均降雨量，北坡约600～800mm，南坡则达800～1200mm，局部区域雨季多突发性大暴雨，易造成滑坡泥石流灾害。南北气候差异造成植被不同，进而导致发育土壤类型不一。北麓为褐色土带，汉江谷地为黄土带和水稻土，秦岭山地则为棕壤土带。

秦岭林区为陕西最大林区，面积约18万hm2 ，主要树种为锐齿栎、山杨、白桦、油松、华山松、冷杉和云杉等。

秦岭不但是南北气候和自然生态环境变化的分界线，也是黄河、长江流域的分水岭，还是古北界和东洋界生物的交汇区。森林植被不仅在水平地带上具有独特的过渡特征，同时在海拔梯度上具有明晰的带谱，是我国物种最丰富的地区之一。特殊的地理位置和地形特征，使秦岭成为我国中部地区生态安全的重要保护屏障。

2 水源与生态环境

2.1 水资源

秦岭不但是南水北调中线工程重要水源区（陕西境内面积占取水地丹江口水库汇流区面积的65.44%，年出境水量占年入库水量的70%以上），也是陕西境内渭河、汉江、丹江、嘉陵江等河流的发源地和水源补给区，陕南、关中工农业、城乡人口用水很大程度上依靠这些河流供应。其中汉江、嘉陵江、丹江水源充沛，水系流域面积占到全省土地总面积的35.2%，地面水多年平均径流量312.5亿m3 ，占陕西省地面水多年平均径流量425.8亿m3 的73.4%，且变化较小，地下水资源量61.29亿m3 ，占陕西省地下水资源量143.8亿m3 的42.6%，故中线工程调取汉江和丹江之水，陕西水源可靠性高。渭河横贯陕西关中平原，而关中平原是陕西的政治、经济、文化中心地带，但水资源不足，故秦岭北麓渭河水系水源对关中社会、经济可持续发展和生态环境影响举足轻重。陕西水资源总量445亿m3 ，而秦岭水资源总量就达220亿m3 左右。因此，秦岭水源保护不但对南水北调十分重要，而且对陕西关中地区经济、社会、环境协调发展也影响巨大。

2.2 生态环境

2.2.1 山区

水作为一种自然资源，受多种因素影响，特别是人口、降水和生态环境。人类无法对降水实施较大影响，但完全可以避免对生态环境的破坏。秦岭山区森林茂密，动植物种类繁多，植被分带明显，高山系草甸、针叶林分布区，中山为阔叶林及阔叶、针叶混交林，低山则分布有草本植物及灌木次生林，是世界珍稀动物大熊猫、金丝猴等的重要栖息地。太白山黄柏塬区，原始林带仍具原貌，百年来次生林带繁茂旺盛，与原始林相映并盛。秦岭水文气象也无大的变化，雨量充沛，气候温和，人与自然较为和谐，总体上生态环境处于较好状态。

但过去数10a间，因经济建设需要，林木遭到大规模采伐。为增加粮食生产，开山毁林造田，修建道路等，使自然生态环境遭到破坏。陕西秦岭中、高山区水土流失面积就达7000km2 左右，土壤侵蚀模数200～1000t/km2 ;低山丘陵区，水土流失面积约8000km2 ，土壤侵蚀模数500～1000t/km2 。近年来，更因人口增加和经济发展强劲，导致生产、生活活动加强，铁路、公路、采矿业、水利工程建设等规模和强度加大，如西（安）—安（康）铁路建设、西（安）—汉（中）高速公路建设，安康、商洛的汞、锑矿开发等，使一些尚未恢复的自然生态环境受到新的“创伤”，生态环境面临新的危机，局部则有恶化趋势。近几年，秦岭地区发生的局部大水灾、滑坡泥石流灾害频繁与此不无关系。如2002年8月23日宁陕县城发生强降水，引发泥石流灾害，导致长安河堵塞，使宁陕县城水毁严重，其产生的主要原因是城区周围植被破坏严重及城市建设产生弃土、弃石、弃渣处置不当等。

特别值得注意的是，目前秦岭山区铁路、公路建设，局部地区采矿、建厂和修复水毁工程等，开山劈石，取土填洼，随意弃土、弃石、弃渣，不但毁坏植被，还导致滑坡塌方，增加新的水土流失;铁路、公路的修通，改善了人文环境，新移民纷踏而至，并在原始生态环境地域建房、设店、修建作坊，废气、废水、垃圾随意排放，加之汽车、火车交通运营过程中产生的废物等沿途抛撒，污染空气，污染水源……。这些影响，目前虽未对秦岭水源水质造成大的威胁，但随着时间的推移和治理措施的滞后，以及人类活动的加剧，可能会对秦岭水源水质造成严重威胁，进而影响南水北调，同时也威胁到西安地区的供水安全。

随着我国旅游事业的发展，秦岭山中旅游景点也如雨后春笋般发展起来。自然景观宜人、交通便利和环境优美的地方，不管是山顶还是河谷，宾馆、酒店、度假村随处可见;渡假村休闲、森林公园、溶洞观光、地下河观景等活动日渐频繁。景点开发以及为之配套的道路建设等本身在某种程度上已给环境带来相当大的危害，休闲、观光导致流动人口日益增多，往来车辆进出频繁，生活用水、粪便排泄、汽车尾气污染等，沿公路河道点线成串，更是给当地环境带来压力，且发展趋势即将成面。特别是位于公路、铁路、河流附近山林中的旅游、观光景点，规模不断扩大，在一些地方，毁坏植被建造人工景点，有温泉处开设疗养院和建造别墅等，使原有自然景观面目全非，甚至荡然无存。这种不加限制的开发，最直接的后果便是水资源的污染。

2.2.2 河谷盆地区水环境

秦岭陕西段河谷盆地，以汉中盆地最大，海拔450～700m，东西长约100km，南北宽5～25km;其次是安康盆地以及较大支流的山间盆地，如西乡盆地、凤县盆地、太白盆地、石泉盆地、商州盆地和洛南盆地等。盆地内人口密集，是陕南主要的工农业基地，因此城乡工业、生活废污水排放量大，对水系水质污染严重。陕西汉江干流有排污口29个，基本位于汉江盆地，排出废水量5547万t/a，CODcr 排放量1.2万t/a;丹江干流接纳废水量736万t/a，接纳CODcr 排放量2118t/a，污染物则主要来自于商州盆地（见表1）。盆地内的废水和污染物又主要来源于较大的城镇，如汉江干流重点排污口有8个，占到总污染负荷的81%，而汉中市汉台区和安康市区的工业、城市、生活排污口几乎占这8个重点排污口污染负荷的一半;汉中市有重点排污口6个，各县城的排污口均为重点排污口;丹江干流有重点排污口3个，占污染总负荷的86%，其中商州市城区和南秦河两个入丹江排污口就占污染负荷的72%，商南县入丹江排污口占14%。嘉陵江在陕西境内的污水主要来自于略阳县城的工业生活污水，年排废污水量654.2万t。

此外，盆地内面源污染也不容忽视。由于盆地内农业生产条件较好，为进一步提高农作物产量，化肥、农药等大量使用，当降雨强度大时，土壤中的污染物经地面或地下土层和泥沙一起进入水体，造成水体污染。

依据陕西省1998年47个水质断面的水质监测资料，采用国家地面水环境质量标准（GB3838-88）进行评价，秦岭北麓黄河水系出山口水质一般为Ⅱ类;南坡长江水系源头区水质优良，一般至少在Ⅱ类以上;丹江干流商州段因接纳商州市工业和生活污水，现状水质为Ⅲ类;汉江干流汉中、城固、洋县、安康段因接纳大量城镇工业、生活污水，现状水质多为Ⅲ、Ⅳ类;嘉陵江由于略阳工矿、城镇排污，现状水质为Ⅲ类。因此，总体来说，河谷盆地区水环境较为恶劣。

3 水源保护

3.1 恢复植被

生物生存发展，永远离不开水。陆地上易于利用的水资源，主要是森林植被提供的持续绵延的涵调水和部分地下水。地下水补给量较少，且提取费用高，故森林植被涵调水自然成了水资源的主体。

森林对径流具有良好的调节作用，特别是对于洪水径流，不但可以减少洪水径流总量，而且还可削弱洪峰流量、推迟和延长洪水的汇集时间，有利于水资源的开发利用。这主要缘于林冠对降水的截留再分配、枯枝落叶层持水、林地土壤非毛孔管孔隙滞水以及土壤结构层增加入渗等。秦岭西部祁连山水源林研究所测试数据表明［1，2］:枯枝落叶层可截持40%左右的降水，蓄水能力则达40～325t/hm2 ，土壤贮存降水量700～1600t/hm2 ;森林植被覆盖率高的河流（覆盖率65.9%），旱季径流中涵养水占到90%，覆盖率低的河流（覆盖率6.4%）仅占30%，而且前者枯水季节径流量大，气温、降水对径流变化影响小。此外，森林生态系统林冠层、地被物层和土壤层的存在，还对污染物有较强的截留、过滤作用，使输出的水质得到较好的净化［3，4］。如湖南省生态学会和林学会1982年对湘西八大公山林区的水质状况进行了调查和测定分析，CO2 、溶解氧、Ca2+ 、Mg2+ 、K+ 、Na+ 等和有毒物质含量均低于常规指标。前苏联在莫斯科和高尔基州集水区的研究表明，在农田集水区下部的森林有助于从本质上净化径流水，净化的程度取决于土壤类型和林分组成。日本小仓等根据多摩河各河段的水质监测，认为上游河流因人类活动对河流的影响极小，故水中的化学成分浓度很小，电导率强度、氨态氮、氯化物、高锰酸钾的数量均很低，且季节变化很小，说明森林对水质起到一定的保护作用［5］。北美森林水质测定资料也得出了流量变化愈大则物质浓度变化愈小的结论，说明森林有稳定水质的作用［5］。张胜利等［6］在秦岭中山地带林区的研究也得出了森林生态系统具有调节、净化、稳定水质的作用。因此，在秦岭山区恢复森林植被、实施退耕还林对保护水源至关重要，国家目前在秦岭实施的“天然林保护工程”绝不能动摇;另外，还应对工程建设导致的弃土、弃石、弃渣进行整治，尽快绿化。

3.2 控制旅游景区过度开发

秦岭山中旅游景区过度开发，导致水源污染尤以靠近城镇人口密集区为甚。如靠近西安城区的秦岭北麓，夏季节假日，城市居民成群结队涌进沣峪口等旅游景点，甚至导致210国道交通受阻，远远超过了环境的承载力，但当地受经济利益驱动，仍在不断开发。其他地方也基本类似。因此，秦岭山区旅游景点开发应严格控制总量，履行环境影响评价，以不破坏环境，不超过水环境的自净能力为原则，严禁过度开发。

3.3 治理污染

根据上述分析，秦岭水系汉江、丹江、嘉陵江干流水质变差，主要原因在于周边城市工业、生活废污水影响。因此，应花大力气加强环境执法检查，控制水系内河谷盆地区各县（市）的排污量，并坚持达标排放，防止污水给下游生态环境带来危害，同时保证下游用水安全，为南水北调提供优质水源。

3.4 采取综合措施保护水资源

尽管森林植被具有涵调水源的功能，但区域水资源则主要受大气降水控制。近年来，全球气候变暖，厄尔尼诺现象频繁出现。受其影响，大气降水变化异常，森林径流也出现较大波动，一些时候变好，一些时候变劣，旱涝历时更难预测，进而影响森林水源供水的可靠性。为平衡丰枯，提高供水的可靠性，可考虑用人工方法对水资源实施调控。如在“创伤脆弱区”创建新的人工生态系统（包括实施优良人工林草，改革种植技术，改善养殖业管理方式，改良品种，利用河潭、洼地、溶洞、地下岩隙，结合水利部门、城建部门、铁路公路部门修建防护工程、防洪工程、建设旅游景点水景工程等，建立一些人工水体拦蓄工程），使天然生态系统的恢复和人工生态系统的相互补充，通过逐步调节，保持生态系统的相对稳定，将有利于提高森林植被涵养水源供水的可靠性。

4 水环境监测

水环境监测是水环境评估及其发展变化趋势预测的重要依据，对及时调整管理措施做到未雨绸缪，保证水环境安全至关重要。因此，应从各个方面对秦岭水环境进行监测，包括状态监测、趋势监测、成效监测以及跟踪监测等。

4.1 自然生态环境监测

自然生态环境方面，影响秦岭水源水量、水质的因素主要有天然降水、森林植被、土壤等。

4.1.1 植被监测

（1）森林植被类型、盖度及其对降水的截留;

（2）生物群落演替及生物量变化。

4.1.2 水文气象监测

（1）降水类型、性质、历时、强度、范围和总量;

（2）土壤入渗和滞水能力;

（3）径流流量（泥沙含量）、历时、特征和总量;

（4）气温、地温、湿度、蒸发量、风向、风速、气压;

（5）气象灾害、地质灾害发生时间、地点、危害程度;

（6）大气污染;

（7）水化学成分、水质等级。

4.1.3 其它特殊问题

如动植物灾害监测等。

4.2 人类活动监测

人类活动对秦岭水源（水量、水质）的影响因素主要有:人口数量，生产、生活方式，农牧业管理方式，农产品经营、加工方式方法，山区道路等工程建设规模、性质、涉及区域、范围和时间等。监测内容应包括:

（1）水源区人口数量、生产生活方式、文化素质、风俗习惯;

（2）农牧业类别（如种植业、养殖业）、规模;

（3）农田类别、作物种类、种植面积、病虫害防治，化肥农药使用种类、数量和时间;

（4）农产品加工经营品种、参与人数、活动范围;

（5）农牧业生产种植用水、人畜用水数量和水源;

（6）工程建设性质、类别、规模和历时;

（7）工程建设涉及区域范围人口（包括流动人口）数量;

（8）工程建设用水、用料、机械、用劳及其数量;

（9）工程建设开山劈石、弃土、弃渣、排水等数量，堆（排）放地点和处理方法;

（10）工矿企业数量、规模、污染物排放类型、数量;

（11）人工水体工程分布地点、数量、蓄存水量，利用性质;

（12）旅游景点开发数量、规模、旅游人数等。

以上监测项目，一般应用定量数字说明，有些难以定量的项目可定性或按环保要求（标准）论述，或定量、定性相结合。

4.3 水质监测

（1）污水排放量、污染物成分及排污口分布及来源;

（2）河段水质监测（依据国家有关标准）;

（3）应急监测，如有毒物品泄漏对水质的影响监测等。

4.4 监测区域

秦岭范围大，面积广，地形地貌复杂，交通困难，土壤、植被、降雨、人类活动、工程建设分布等区域间差异较大，要详细监测所有项目困难太多，除水质监测依据国家有关标准外，部分状态、趋势、成效监测项目目前只能采用选择典型区域的方法，点面结合，即选择一些典型监测点（试验小区）和面（小流域），对水源有较大影响的项目进行监测。

4.4.1 监测点、面选择

监测点、面的选择尚无成熟经验可循，可参考国家生态定位观测监测点选择方法和水土流失试验研究观测的经验选择试验小区和典型小流域。对秦岭而言，可分别在秦岭南、北坡的高山区、中山区、低山区，选择若干试验小区（地块面积可选为5m×20m、10m×20m等）和典型小流域（面积可在20km2 以内），就影响水源主要因素（如土壤、植被、降雨、人类活动如工程建设等）进行监测。若仅为南水北调中线工程考虑，可先在秦岭南坡西部（汉江流域）、中部（汉江流域）、东部（丹江流域）分高、中、低山区各选择1组小流域和若干个试验小区进行监测。

4.4.2 监测设施配备

主要设施:小区、小流域应有气象站、量水堰（槽）、水沙取样量测器具和计算工具，仪器等。

4.4.3 监测方法

试验小区、小流域有关项目监测可采用常规方法，其中某些项目，可采用现场调查和直接量算方法进行，如生物量变化等。大范围项目监测，可利用航片、卫片，结合“点”、“面”施测资料，对照测算。

4.5 监测成果资料

监测后应提出下列阶段性或系统性相关资料，主要有:

（1）试验小区及小流域土壤、植被、涵蓄天然降水量等;

（2）天然降水历时、强度、总量和年径流过程线;

（3）地面产流产沙量及历时、悬移质、推移质数量;

（4）不同雨型产沙量比率;

（5）特征降水、特征径流数据;

（6）试验小区、小流域及河流水质监测点水质化验成分及水质等级;

（7）特殊径流（如洪水、泥石流）发生情况、时间、位置、危害;

（8）天然植被生物量变化;

（9）废污水排放量、污染物类型及数量等;

（10）农业生产使用化肥及农药种类、数量、时间等。

在提出上述资料同时，应说明植被恢复概况和生态环境变化概况，以及存在的主要问题及解决方案。

参考文献:

［1］ 车克钧，傅辉恩，贺红元.祁连山北坡森林涵养水源机理的研究，见:中国森林生态系统定位研究.哈尔滨:东北林业大学出版社.1994:280～287.

［2］ 傅辉恩.气候变化与祁连山（北坡）水资源、森林关系的初步探讨，见:中国森林生态系统定位研究.哈尔滨:东北林业大学出版社，1994:288～291.

［3］ 施立新，余新晓，马钦彦.国内外森林与水质研究综述.生态学杂志，2000，19（3）:52-56.

［4］ 陈步峰，周光益，骆土寿等.流溪河水源林流域径流水化学含量及评价.北京林业大学学报，1998，20（4）:18～23.

［5］ 只木良也，吉良龙夫编，唐广仪等译.人与森林.北京:中国林业出版社，1992:108～124.

［6］ 张胜利，李靖，韩创举等.南水北调中线工程水源林生态系统对水质的影响—以秦岭南坡中山地带火地塘林区为例.水科学进展，2006，17（4）:559～565.

作者简介: 张胜利，男，西北农林科技大学资源环境学院，副教授，博士。