水利工程論文-南水北調(diào)對海河流域水生態(tài)環(huán)境影響分析.doc

水利工程論文-南水北調(diào)對海河流域水生態(tài)環(huán)境影響分析摘要：海河流域多年平均水資源總量為372億m3，流域人均總水資源占有量僅有305m3，是全國缺水最為嚴(yán)重的流域，水資源的嚴(yán)重短缺大大制約了區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。更為嚴(yán)重的是，長期以來海河流域水資源的開發(fā)利用片面強(qiáng)調(diào)了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，忽略了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善，致使流域的生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)整體退化。在南水北調(diào)工程總體規(guī)劃中，工程供水目標(biāo)以城市生活和工業(yè)用水為主，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)。依據(jù)黃淮海流域水資源合理配置與南水北調(diào)工程總體布局的研究成果，推薦的基本調(diào)水量方案2010年和2030年向海河流域供水分別為60.6億和95.7億m3，高方案2010年和2030年向海河流域分別供水69.3億和103.3億m3。如此大量外調(diào)水的流入必將對海河流域的水循環(huán)和水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，本文就這個問題展開相關(guān)分析。關(guān)鍵詞：南水北調(diào)海河流域水生態(tài)環(huán)境海河流域多年平均水資源總量為372億m3，流域人均總水資源占有量僅有305m3，是全國缺水最為嚴(yán)重的流域，水資源的嚴(yán)重短缺大大制約了區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。更為嚴(yán)重的是，長期以來海河流域水資源的開發(fā)利用片面強(qiáng)調(diào)了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，忽略了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善，致使流域的生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)整體退化。在南水北調(diào)工程總體規(guī)劃中，工程供水目標(biāo)以城市生活和工業(yè)用水為主，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)。依據(jù)黃淮海流域水資源合理配置與南水北調(diào)工程總體布局的研究成果，推薦的基本調(diào)水量方案2010年和2030年向海河流域供水分別為60.6億和95.7億m3，高方案2010年和2030年向海河流域分別供水69.3億和103.3億m3。如此大量外調(diào)水的流入必將對海河流域的水循環(huán)和水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，本文就這個問題展開相關(guān)分析。1海河流域水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀1.1水污染嚴(yán)重1998年，全流域廢污水排放總量已達(dá)到55.6億t，這些廢物水中大部分末經(jīng)處理就直接排入河流和水庫，造成地面水的嚴(yán)重污染。流域現(xiàn)狀地表水的污染河長比例高達(dá)75，23站井的地下水達(dá)不到飲用水要求，水污染形勢十分嚴(yán)峻。1.2河道干涸、功能退化由于用水大量增加，造成河道干涸斷流、河道功能退化等問題。現(xiàn)狀流域各河大都成為季節(jié)性河流。據(jù)初步統(tǒng)計，在流域一、二、三級支流的近10000km河長中，已有約4000km河道長年干涸。一些河道雖然有水，但主要是由城市廢污水和灌溉退水組成，基本沒有天然徑流，“有河皆干，有水皆污”已成為海河流域的一個突出問題。河道干涸還引發(fā)河道內(nèi)雜草叢生、土地沙化、土壤鹽分累積。山前平原與河道兩岸附近的淺層地下水位持續(xù)下降地區(qū)，河流沖積沙地和砂質(zhì)褐土、砂質(zhì)潮土、砂質(zhì)草甸土等耕地沙化趨勢嚴(yán)重，沙土隨風(fēng)遷移造成覆蓋沙地。近30年來，流域內(nèi)“沙化”土壤面積不斷擴(kuò)大。由于缺少人海水量，山區(qū)進(jìn)入平原的徑流、引黃水量和降雨中帶來的鹽分不能排出，引起區(qū)域性的積鹽。1.3入海水量銳減、河口生態(tài)環(huán)境退化統(tǒng)計表明，90年代與50年代相比，流域年平均入海水量減少了72。90年代年平均入海水量只有68.5億m3，只相當(dāng)于總水資源量的18，而且40集中在灤河及冀東沿海地區(qū)。由于入海徑流減少，各河河口相繼建閘拒咸蓄淡，引起閘下大量海相泥沙淤積。據(jù)統(tǒng)計，閘下總淤積量達(dá)9500萬m3，致使海河流域骨干行洪河道泄洪能力衰減40。另外陸源污染也給河口近海地區(qū)造成很大影響。渤海灣受納天津、北京兩大城市的污水，無機(jī)氮、無機(jī)磷、化學(xué)耗氧量等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。由于入海徑流減少和嚴(yán)重的污染，河口地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)價值的魚類基本上絕跡，渤海灣著名的大黃魚等優(yōu)良魚種基本消失。近10年來，渤海赤潮頻頻發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。1.4濕地大幅度減少、生物多樣性消失50年代海河流域有萬畝以上的洼淀190多個，洼淀面積超過10000km2?，F(xiàn)今，除白洋淀和部分洼淀修建成水庫外，大部分的洼淀都已消失或退化，即使加上30多座大型水庫和100多座中型水庫，濕地面積僅剩2000多km2。在區(qū)域湖泊洼地演變過程中，人類活動干擾是其中最重要的驅(qū)動因素。以白洋淀為例，50年代以后，白洋淀上游興建了總庫容達(dá)36億m3的水庫，大大減少了入淀水量，19641981年，白洋淀因圍墾造田減少了90的湖面面積，導(dǎo)致19661995年出現(xiàn)5次干淀，19902000年又多次面臨干淀的威脅，依靠定期補水才得以維持。1.5地下水嚴(yán)重超采海河流域地下水大規(guī)模開采始于70年代。到1998年，扣除補給量后，全流域已累計消耗地下水儲量896億m3，其中淺層地下水471億m3，深層水425億m3。地下水過度開采造成了地面沉降、地裂和塌陷等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。天津和流域中東部平原已發(fā)生區(qū)域性地面沉降。至1998年，河北平原累計沉降量大于300mm的面積達(dá)1.82萬km2，天津市累計沉降量大于1500mm的面積133km2。平原區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)地裂縫近200多條。地下水位下降還引發(fā)海水入侵和咸水入侵等問題，使得成淡水邊界向淡水區(qū)移動。1.6水土流失嚴(yán)重水土流失是海河流域主要自然災(zāi)害之一。海河流域年降雨量雖然不大，但多以暴雨形式出現(xiàn)，而另一方面流域內(nèi)山區(qū)地面坡度較大，且土質(zhì)疏松，植被覆蓋率低，加之人口密度大，生產(chǎn)落后，廣種薄收，陡坡開荒等人為因素，導(dǎo)致流域內(nèi)山丘區(qū)存在嚴(yán)重的水土流失問題。1.7污灌造成環(huán)境污染和健康危害由于水資源短缺，海河流域排放的廢污水很大一部分被用于農(nóng)業(yè)灌溉，絕大部分灌溉污水未經(jīng)任何處理，給周邊環(huán)境和人體健康帶來危害。2海河流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析流域的水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境有著極為密切的天然聯(lián)系，千萬年來大自然所形成的自然水循環(huán)造就了一個地區(qū)特有的穩(wěn)定水生態(tài)環(huán)境。而近幾十年來由于人類對水資源的大規(guī)模開發(fā)利用改變了水的自然循環(huán)，使一些地區(qū)穩(wěn)定的水生態(tài)環(huán)境趨于不穩(wěn)定，并出現(xiàn)流域水生態(tài)環(huán)境整體退化現(xiàn)象，海河流域就是這樣一個典型。南水北調(diào)工程直接對流域進(jìn)行大規(guī)模補水，加大了流域水循環(huán)通量，雖然其直接主要供水目標(biāo)不是流域生態(tài)環(huán)境，但也會對流域的水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。為了定量研究評估這種影響，首先需要研究流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境之間的自然關(guān)聯(lián)。2.1流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析方法為了比較簡單清晰的描述流域總體水循環(huán)的狀態(tài)及其與水生生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，本研究不著眼于流域內(nèi)降雨、地表水、地下水和土壤水之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而以整個流域為一個單元，以年為尺度，重點描述流域各種水量變化與各種耗水之間的關(guān)系，以揭示水循環(huán)過程、狀態(tài)與水生態(tài)環(huán)境演變的宏觀關(guān)聯(lián)。研究的方法是在水平方向以流域邊界為界，在豎直方向以深層地下水上隔水層為下邊界，以地表及其附屬物、植被為上邊界形成一個封閉的單元。首先分析年度間進(jìn)入單元的總水量，單元內(nèi)的總蓄變量和總消耗量，摸清水循環(huán)過程中各種水量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，然后分析各種水量對不同水生態(tài)環(huán)境子類的驅(qū)動關(guān)系，以此分析和判斷流域水生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和對未來的水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析和評估。水循環(huán)的過程可通過水量均衡方程式來表示。TweTWsTWc式中：Twe進(jìn)入單元的總水量；tWs單元的總蓄變量；TWc單元的總耗水量。在水量均衡方程式中，進(jìn)入這一單元的水量有降雨形成的當(dāng)?shù)厮Y源總量（包括地表水和地下水資源量并扣除二者的重復(fù)計算量）、從外流域調(diào)入的地表水水量和從深層開采的地下水量三項；平衡方程中的總蓄變量是當(dāng)年在單元內(nèi)增加（或減少）的水量，包括水庫蓄變量和淺層地下水蓄變量；總耗水量是指通過不同方式排出本單元的總水量，主要包括水平排出單元的入海水量和豎直排出的蒸發(fā)消耗量?？偤乃坑挚梢愿鶕?jù)其消耗性質(zhì)分為經(jīng)濟(jì)社會耗水量和非經(jīng)濟(jì)社會耗水量。經(jīng)濟(jì)社會耗水量是指由人工供給的用于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活所消耗的水量，包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城市生活和農(nóng)村生活用水的消耗。而非經(jīng)濟(jì)社會耗水可視為水生態(tài)環(huán)境消耗水量，包括維護(hù)河口生態(tài)環(huán)境的入海水量，水系生態(tài)環(huán)境耗水量和陸地生態(tài)環(huán)境耗水量。其中水系生態(tài)環(huán)境耗水量包括天然河道水面蒸發(fā)量、湖泊濕地水面蒸發(fā)量和城市河湖水面蒸發(fā)量。陸地生態(tài)環(huán)境耗水是指平原區(qū)和山區(qū)河谷盆地陸地上地下水的騰發(fā)量，但不計灌溉回歸地下水的騰發(fā)量。應(yīng)用以上方程式可以描述流域單元的整個水循環(huán)過程和狀態(tài)，同時由于水循環(huán)中的各項幾乎都與水生態(tài)環(huán)境有著極為密切的關(guān)系，因此通過水循環(huán)中各項的分析就可以反映出流域水生態(tài)環(huán)境的狀況。上述水量均衡方程式中的各收支項可以對三類水生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行分析評價：第一類有關(guān)地下水超采問題，包括進(jìn)入單元的總水量中的深層開采量以及淺層地下水蓄變量。從多年平均來看，如深層開采量過大形成深層超采或淺層地下水蓄變量小于零形成淺層地下水超采時，水生態(tài)環(huán)境就受到破壞，超采量越大，受破壞的程度就越深，直至出現(xiàn)地面沉降、地裂和塌陷以及引發(fā)海水入侵等各種環(huán)境問題；第二類是水系生態(tài)環(huán)境耗水量和陸地生態(tài)環(huán)境耗水量減少問題，如果二者特別是水系生態(tài)環(huán)境耗水量不能達(dá)到一定要求，則會出現(xiàn)河道干涸，湖泊萎縮，濕地消失、土壤沙化、生物多樣性消失等一系列生態(tài)環(huán)境問題；第三類是入海水量衰減問題，如果入海水量不能滿足河口生態(tài)環(huán)境要求，則河口海區(qū)會出現(xiàn)鹽度升高、升溫遲緩、松散的底質(zhì)消退，進(jìn)而影響魚類產(chǎn)卵、生長，導(dǎo)致近海漁業(yè)資源的衰退。此外，入海水量減少還造成泥沙淤積、河道萎縮、河道自然功能下降。在流域水循環(huán)中，水量平衡方程兩側(cè)收支各項是遵循流域水循環(huán)的規(guī)律相互關(guān)聯(lián)的，即來水。蓄存和消耗量之間存在此消彼漲的關(guān)系，比如經(jīng)濟(jì)社會耗水增加，非經(jīng)濟(jì)社會耗水必然減少；河道、湖泊濕地耗水增加，入海水量也會減少。因此區(qū)域水循環(huán)的狀態(tài)可能會因為人類不合理的開發(fā)利用而被改變，從而引發(fā)嚴(yán)