海河流域水資源安全評(píng)價(jià)

海河流域水資源安全評(píng)價(jià)

海河流域影響著北京、天津、河北、山西、河南、山東、遼寧和內(nèi)蒙古的八個(gè)省，共有263個(gè)縣和市。總面積31.8×104km2,其中平原占40%。2000年人口1.2億,耕地1107萬(wàn)公頃。多年平均降水量539mm,地表徑流量220×108m3,地下水資源量249×108m3,水資源總量372×108m3,人均305m3。有大型水庫(kù)31座,總庫(kù)容249×108m3,控制山區(qū)面積的85%。平原區(qū)河道常年斷流的占河流數(shù)量的45%,常年有水的占16%。當(dāng)?shù)厮Y源開(kāi)發(fā)利用率達(dá)到90%。海河流域是我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用程度最高、水資源最為緊缺的地區(qū)之一。開(kāi)展海河流域水資源安全研究具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義,本文的水資源安全是指水資源能否滿(mǎn)足人民生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的要求,并利用已建立的水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見(jiàn)表1)對(duì)海河流域的水資源安全狀況進(jìn)行具體評(píng)價(jià),對(duì)海河流域水資源不安全的問(wèn)題、成因進(jìn)行診斷。1水資源總供量的平衡評(píng)價(jià)根據(jù)表1的水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,首先需要對(duì)水資源總體供需平衡狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。1.1人類(lèi)可耗水資源量估算總體供需平衡狀況用指標(biāo)人類(lèi)耗水量占人類(lèi)可耗用量的比例來(lái)反映。海河流域近年平均人類(lèi)生產(chǎn)生活耗水量為300×108m3左右。需要估算的是人類(lèi)可耗用水資源量有多少。人類(lèi)可耗用量,或者叫水資源可利用量,指總水資源量(包括當(dāng)?shù)厮Y源和客水)中,在扣除為滿(mǎn)足生態(tài)保護(hù)要求所需消耗的徑流資源(定義為徑流口徑的生態(tài)需水)、因技術(shù)經(jīng)濟(jì)原因難以利用的水量之后可供人類(lèi)生產(chǎn)和生活凈消耗的水量。1.2不同坡面的下墊面和水資源量華北地區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源量,有不同的評(píng)價(jià)結(jié)果。全國(guó)第一次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果為421×108m3。根據(jù)“七五”攻關(guān)采用1956～1984年系列的評(píng)價(jià)結(jié)果,海河流域水資源總量419×108m31。但根據(jù)最新的海河流域水資源規(guī)劃2采用1956～1998年系列并把下墊面還原到80年代的評(píng)價(jià)結(jié)果,海河流域水資源總量只有372×108m3。評(píng)價(jià)水資源量減少的主要原因有兩個(gè):一是多年平均降水量減少,二是以產(chǎn)流系數(shù)較低的80年代為基準(zhǔn)進(jìn)行下墊面還原,使產(chǎn)流系數(shù)降低。就未來(lái)而言,由于氣候和下墊面的變化,水資源量可能還會(huì)發(fā)生變化。但由于氣候變化的不確定性,我們?nèi)约僭O(shè)降水變化是平穩(wěn)的隨機(jī)系列,而不考慮未來(lái)的氣候變化對(duì)水資源的影響。關(guān)于下墊面變化,我們認(rèn)為因?yàn)樗帘３?、植被恢?fù)產(chǎn)流系數(shù)會(huì)下降的觀點(diǎn)不夠全面,理由是坡面的植被未必能恢復(fù)到50年代的水平,因而產(chǎn)流系數(shù)也不會(huì)因坡面植被恢復(fù)而低于50年代。80年代以后產(chǎn)流系數(shù)下降的主要原因是地下水位下降而難以補(bǔ)給地表徑流,以及降水與徑流的非線(xiàn)性關(guān)系即降水少時(shí)產(chǎn)流系數(shù)要低。所以,我們暫時(shí)也不考慮面上的水土保持工程對(duì)水資源的影響。華北地區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源量采用1956～1998長(zhǎng)系列評(píng)價(jià)結(jié)果,海河流域水資源總量372×108m3?？烧{(diào)用黃河水按國(guó)務(wù)院分配方案,魯北33.8×108m3(城市2.8×108m3,農(nóng)村31×108m3),豫北4.4×108m3(城市0.8×108m3,農(nóng)村3.6×108m3),天津市、河北省多年平均分配指標(biāo)為20×108m3,山西省引黃入晉工程2010年建成,2010年、2030年進(jìn)入海河流域大同、朔州等城市的水量分別為1.65×108m3和3.74×108m3,可引黃總量為約60×108m3。所以海河流域可用的水資源總量為432×108m3。1.3海南河流水文水質(zhì)最小進(jìn)出水量和最小水量的建議海河流域徑流口徑的生態(tài)需水主要包括以下幾項(xiàng):為維持?？诃h(huán)境所需的最小入海水量、為維持河道水面所需最小水量、為保護(hù)湖泊濕地所需的最小水量。1.3.1不同應(yīng)入海量的選擇為維持入海口生態(tài)環(huán)境所需要的最小入海水量是確定全流域生態(tài)需水的下邊界約束條件。確定入海生態(tài)需水量的一個(gè)技術(shù)途徑是歷史還原法:即選擇一個(gè)入?？诃h(huán)境由較好變?yōu)椴缓玫臍v史轉(zhuǎn)折時(shí)期,以該時(shí)期的入海水量作為計(jì)算入海生態(tài)水量的參照。對(duì)于海河流域而言,一般認(rèn)為20世紀(jì)70年代是水環(huán)境的一個(gè)明顯轉(zhuǎn)折期,在此之前水環(huán)境較好,在此之后水環(huán)境明顯變壞。因此可以選擇20世紀(jì)70年代作為確定入海生態(tài)水量的一個(gè)基準(zhǔn)。據(jù)資料分析(見(jiàn)表2),七十年代海河流域入海水量為116×108m3,其中非汛期平均入海水量為23.96×108m3。據(jù)此推算全年的最低入海需水量應(yīng)為116×108m3減去同期非生態(tài)所需的大洪水入海量。估計(jì)同期非必需的大洪水入海量約為30×108m3,所以最小入海需水量約為86×108m3。為保持一定入海水量,河道必須有水,而且河道水面蒸發(fā)會(huì)消耗一部分水。估計(jì)河道和入海的總生態(tài)需水量為88×108m3。從海河流域的實(shí)際入海水量來(lái)看,在70年代以前入海水量較大,所以水環(huán)境較好;80年代以后入海水量急劇減少,水環(huán)境也隨之急劇惡化。80年代平均年入海水量只有26.9×108m3,遠(yuǎn)沒(méi)有滿(mǎn)足入海最小生態(tài)需水量。90年代年均入海水量68.5×108m3,比80年代有所增加,但仍比入海最小生態(tài)需水量少很多。除了河道和入海水量減少之外,引起水環(huán)境惡化的主要原因是水質(zhì)的惡化。排入河道和入海的水都是污水,直接破壞了河道和入?？诘纳鷳B(tài)環(huán)境。因此治理水污染,改善水質(zhì)是當(dāng)務(wù)之急。1.3.2洋淀港、南港目前海河流域,常年有水的天然淡水湖泊水面,只有白洋淀,北大港,南大港。大部分已干涸,或是季節(jié)蓄水。按逐步恢復(fù)的原則來(lái)規(guī)劃,2010年湖泊濕地需水約4×108m3,2030年約為12×108m3。1.3.3從地下水超采量看海河流域地下水大規(guī)模開(kāi)采始于70年代。到1998年,與50年代末相比,全流域平原區(qū)地下水已累計(jì)消耗地下水儲(chǔ)量896×108m3,其中淺層地下水471×108m3,深層水425×108m3(見(jiàn)表3)。地下水凈超采量應(yīng)該按地下水儲(chǔ)存量的消耗量來(lái)定義。因?yàn)槿绻麤](méi)有消耗靜態(tài)儲(chǔ)量而只是動(dòng)用可更新的動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量就可以長(zhǎng)期持續(xù)利用而談不上超采。按此超采量的定義,1958～1998年全流域地下水平均年超采量22.4×108m3,其中淺層地下水超采11.78×108m3,深層水10.61×108m3。海河南系平原是主要超采區(qū),超采18.07×108m3,占總超采量的80.7%。超采最多的時(shí)段是1975～1985年,年均超采30.2×108m3。山區(qū)年均超采1.5×108m3。山區(qū)地下水超采主要在山西省忻州、大同和河北省張家口等山間盆地,其它山區(qū)基本上不超采。徒駭馬頰河地區(qū)總體上不超采,但引黃達(dá)不到的地區(qū)出現(xiàn)超采。按照逐步減少超采、停止超采、轉(zhuǎn)而適當(dāng)回補(bǔ)的原則,而且考慮到2030～2040年是人口高峰、之后人均用水會(huì)轉(zhuǎn)向?qū)捤傻娜丝诎l(fā)展趨勢(shì),初步考慮2010年之前停止超采,2010～2040年年均回補(bǔ)10×108m3,2040年以后年均回補(bǔ)15×108m3,直到回補(bǔ)到合理的規(guī)劃目標(biāo)為止。1.3.4海需水和湖泊海河流域生態(tài)需水量為:2010年102×108m3,其中河道和入海需水88×108m3,湖泊濕地4×108m3,地下水回補(bǔ)10×108m3;2030年110×108m3,其中河道和入海需水88×108m3,湖泊濕地12×108m3,地下水回補(bǔ)10×108m3。1.4陸域生態(tài)耗水有80108m3難以利用量:地表水的難以利用量可以忽略,因?yàn)榭梢园褩壦鳛槿牒Ｉ鷳B(tài)用水。難以利用量主要是淺層地下水的無(wú)效蒸發(fā)量。1995～1998年海河流域耗水平衡分析表(表4)中值得注意的是其中的陸地生態(tài)耗水量1項(xiàng)。該項(xiàng)耗水高達(dá)90×108m3。而真正需要的陸域生態(tài)耗水是河湖、濕地耗水,在現(xiàn)狀情況下不會(huì)超過(guò)10×108m3。也就意味著所謂陸地生態(tài)耗水中有80×108m3是無(wú)效消耗。這些水是如何消耗的?主要耗于東部平原的無(wú)效潛水蒸發(fā)。冀東沿海平原地下水含鹽量高而埋藏淺,雖不便利用,但蒸發(fā)量大。之所以稱(chēng)這些蒸發(fā)是無(wú)效的,原因是當(dāng)?shù)啬昃邓?00mm左右,足以供養(yǎng)當(dāng)?shù)刂脖坏纳L(zhǎng),過(guò)多的潛水蒸發(fā)不僅對(duì)植被而言是多余的,而且造成土地鹽堿化。雖為無(wú)效蒸發(fā),但因?yàn)榇蟛糠趾}量大、水質(zhì)差,而又分布廣,難以控制,除了少部分可以作為微咸水利用之外,大部分咸水還難以利用,所以當(dāng)作難以利用量考慮。現(xiàn)狀按80×108m3考慮,2010年按75×108m3,2030年按70×108m3。1.5水資源利用量和供水量1.5.1不考慮服務(wù)生態(tài)需水、難以利用量的海運(yùn)流域可利用量結(jié)果分析常規(guī)水資源可利用量=當(dāng)?shù)厮Y源量-生態(tài)需水量-難以利用量+調(diào)水在不考慮南水北調(diào)的情況下,扣除生態(tài)需水和難以利用量之后,海河流域可利用量為254×108m3左右(見(jiàn)表5)。1.5.2流域內(nèi)水資源的重復(fù)利用可供水量指可從地表和地下水天然水體取走供人類(lèi)利用的水量。其與可利用量之間的差別是:可利用量是可凈消耗的量,而可供水量包括退水的重復(fù)利用,從數(shù)量關(guān)系上,可供水量等于可利用量乘以重復(fù)利用系數(shù)。由于從天然水體引走的水往往沒(méi)有被全部消耗,而是有一部分回到了天然水體(如灌溉回歸水等),這些回歸水還可以重復(fù)利用。所以,可從天然水體引走的水量即可供水量可以大于可凈消耗的可利用量,即可供水量等于可利用量乘以重復(fù)利用倍數(shù)?？晒┧坎捎靡韵路椒ㄇ蟮?W可=r1Y1+r2Y2+r3Y3W可=r1Y1+r2Y2+r3Y3其中:W可是可供水量,Y1是流域內(nèi)地表水可利用量(可凈消耗量),r1是地表水重復(fù)利用倍數(shù),Y2為流域內(nèi)地下水可利用量(可凈消耗量),r2是地下水重復(fù)利用倍數(shù),Y3是流域外引水量,r3是外引水重復(fù)利用倍數(shù)。不考慮南水北調(diào)情況下海河流域可供水量估算結(jié)果:現(xiàn)狀337.8×108m3,2010年354×108m3;2030年352.6×108m3(見(jiàn)表5)。1.6水體供水量及水質(zhì)從凈耗水口徑來(lái)看,海河流域水資源可利用量只有243×108m3,但實(shí)際人類(lèi)生產(chǎn)生活凈消耗水量300×108m3,實(shí)際耗用量超過(guò)可耗用量56.8×108m3,超過(guò)23.5%。從可供水量口徑來(lái)看,海河流域可供水量337×108m3,實(shí)際供水量424×108m3,實(shí)際供水量超過(guò)可供水量86.2×108m3,超過(guò)25.5%。目前的虧缺量是通過(guò)超采地下水、擠占生態(tài)需水、污水回用和利用微咸水、海水來(lái)彌補(bǔ)的(見(jiàn)表6)。從此可以判斷海河流域目前的供水量是不可持續(xù)的,因而其水資源保障是不安全的。2漢江流域水資源安全綜合評(píng)價(jià)按照表1的指標(biāo)體系,可以對(duì)海河流域水資源安全的各個(gè)方面進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。2.1灌溉管理性水壓海河流域的缺水既有管理性缺水的性質(zhì),又有水質(zhì)型缺水、資源型缺水的性質(zhì),但基本不存在工程型缺水,所以屬于混合型缺水。管理性缺水的判斷依據(jù)是1998年在降水頻率為43%、即雨量多于50%年份的情況下,實(shí)際灌溉定額卻達(dá)到4665m3/hm2,比50%降水頻率年份的理論綜合灌溉定額4485m3/hm2還高出4%。而且在水資源很緊缺的北京市布局高耗水的大型冶金、化工企業(yè),突出反映了布局管理的不合理。2.2求的可靠程度水資源社會(huì)安全指水資源滿(mǎn)足人民基本生活需求的可靠程度。不論是從生活用水的水量水質(zhì)保證程度還是水價(jià)承受能力來(lái)看,海河流域的水資源可以滿(mǎn)足人民生活的基本需求,是安全的。2.3確保了水資源在海運(yùn)流域的經(jīng)濟(jì)安全水資源經(jīng)濟(jì)安全指水資源能否滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的正常需求。從工業(yè)用水量和水價(jià)承受能力來(lái)說(shuō),海河流域的水資源經(jīng)濟(jì)安全是有保證的。但從農(nóng)業(yè)用水保證程度(10%灌溉面積得不到灌溉用水)和農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)(30%的灌溉用水不符合用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))來(lái)看,海河流域的水資源經(jīng)濟(jì)安全是沒(méi)有保證的。2.4水資源生態(tài)安全沒(méi)有保障不論是從生態(tài)需水滿(mǎn)足率,還是水環(huán)境達(dá)標(biāo)率、航道萎縮率等指標(biāo)來(lái)看,目前海河流域的水資源生態(tài)安全都沒(méi)有保障。由于海河流域水資源經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全都存在不安全因素,可以斷定目前海河流域水資源是不安全的,即水資源不能滿(mǎn)足生活、生產(chǎn)、生態(tài)的正常需求。3資源匱乏的主要原因3.1水資源的利用率如果根據(jù)“七五”攻關(guān)采用1956～1984年系列的評(píng)價(jià)結(jié)果,海河流域當(dāng)?shù)厮Y源總量419×108m3,比延長(zhǎng)到1998年的系列的評(píng)價(jià)結(jié)果372×108m3要多47×108m3,這多出的水量完全可以替代目前的地下水超采量。如果按照50、60年代的豐水系列評(píng)價(jià),更多100×108m3以上,不但可以替代超采的地下水,而且可以填補(bǔ)歷史超采的虧空。因此,可以判斷目前海河流域的缺水具有干旱周期的缺水性質(zhì),一旦干旱周期結(jié)束,濕潤(rùn)周期到來(lái),海河流域的缺水就可以基本緩解。撰寫(xiě)此文時(shí)正值2003年淮河大水,同期海河流域降水也多于前幾年,可能預(yù)示著海河流域降水轉(zhuǎn)豐。根據(jù)2001年海河流域水資源規(guī)劃的水資源量評(píng)價(jià)結(jié)果,降水較多的1956～1984年與降水較少的1985～1998年水資源總量非常接近,分別為375×108m3和368×108m3(表7),似乎意味著枯水期和豐水期水資源量差別不大,我們對(duì)此存疑。因?yàn)閺姆謺r(shí)段評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,1956～1984年降水量比多年平均值多1.6%,但不重復(fù)地下水資源量反而比多年平均值少5.1%是不合理的;類(lèi)似地,1985～1998年平均降水量比多年平均值少3.3%,但不重復(fù)地下水資源量反而比多年平均值多12.3%更不合理。因此我們認(rèn)為按80、90年代的下墊面還原后的1956～1984年時(shí)段水資源量評(píng)價(jià)結(jié)果有低估的傾向,豐水期的水資源總量應(yīng)該比干旱的80、90年代多許多。3.2環(huán)境惡化,對(duì)人民福祉的侵害日益重要水環(huán)境惡劣、農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)差,是華北地區(qū)水資源安全的主要威脅。1995～1998年海河流域年均入海水量90×108m3,從數(shù)量上可以基本滿(mǎn)足入海生態(tài)需水的要求。但由于入海水幾乎都是污水,水質(zhì)差,不僅不能滿(mǎn)足河口生態(tài)環(huán)境的淡水需求,反而污染了河口環(huán)境。海河平原“有河皆污”,找不到一條清潔的河流。大量污水未經(jīng)處理直接用于農(nóng)田灌溉,嚴(yán)重污染土壤和地下水,影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和食品安全。這都是對(duì)人民福祉的侵害。海河流域水環(huán)境破壞已對(duì)人民生活和生命安全造成很大威脅。雖然海河也是國(guó)家水環(huán)境重點(diǎn)治理河流,屬于“三湖(太湖、巢湖、滇池)三河(淮河、海河、遼河)”中的一條河,但