水利工程論文-南水北調對海河流域水生態環境影響分析摘要：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，是全國缺水最為嚴重的流域，水資源的嚴重短缺大大制約了區域國民經濟的發展。更為嚴重的是，長期以來海河流域水資源的開發利用片面強調了滿足經濟發展需求，忽略了生態環境的保護和改善，致使流域的生態環境出現整體退化。在南水北調工程總體規劃中，工程供水目標以城市生活和工業用水為主，兼顧農業和生態。依據黃淮海流域水資源合理配置與南水北調工程總體布局的研究成果，推薦的基本調水量方案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。如此大量外調水的流入必將對海河流域的水循環和水生態環境產生巨大影響，本文就這個問題展開相關分析。關鍵詞：南水北調海河流域水生態環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，是全國缺水最為嚴重的流域，水資源的嚴重短缺大大制約了區域國民經濟的發展。更為嚴重的是，長期以來海河流域水資源的開發利用片面強調了滿足經濟發展需求，忽略了生態環境的保護和改善，致使流域的生態環境出現整體退化。在南水北調工程總體規劃中，工程供水目標以城市生活和工業用水為主，兼顧農業和生態。依據黃淮海流域水資源合理配置與南水北調工程總體布局的研究成果，推薦的基本調水量方案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。如此大量外調水的流入必將對海河流域的水循環和水生態環境產生巨大影響，本文就這個問題展開相關分析。1海河流域水生態環境現狀1.1水污染嚴重1998年，全流域廢污水排放總量已達到55.6億t，這些廢物水中大部分末經處理就直接排入河流和水庫，造成地面水的嚴重污染。流域現狀地表水的污染河長比例高達75，23站井的地下水達不到飲用水要求，水污染形勢十分嚴峻。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。現狀流域各河大都成為季節性河流。據初步統計，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。河道干涸還引發河道內雜草叢生、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下降地區，河流沖積沙地和砂質褐土、砂質潮土、砂質草甸土等耕地沙化趨勢嚴重，沙土隨風遷移造成覆蓋沙地。近30年來，流域內“沙化”土壤面積不斷擴大。由于缺少人海水量，山區進入平原的徑流、引黃水量和降雨中帶來的鹽分不能排出，引起區域性的積鹽。1.3入海水量銳減、河口生態環境退化統計表明，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，只相當于總水資源量的18，而且40集中在灤河及冀東沿海地區。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。據統計，閘下總淤積量達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造成很大影響。渤海灣受納天津、北京兩大城市的污水，無機氮、無機磷、化學耗氧量等指標嚴重超標。由于入海徑流減少和嚴重的污染，河口地區具有經濟價值的魚類基本上絕跡，渤海灣著名的大黃魚等優良魚種基本消失。近10年來，渤海赤潮頻頻發生，造成了嚴重的經濟損失。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。現今，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。在區域湖泊洼地演變過程中，人類活動干擾是其中最重要的驅動因素。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，導致19661995年出現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地下水嚴重超采海河流域地下水大規模開采始于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境地質問題。天津和流域中東部平原已發生區域性地面沉降。至1998年，河北平原累計沉降量大于300mm的面積達1.82萬km2，天津市累計沉降量大于1500mm的面積133km2。平原區已經發現地裂縫近200多條。地下水位下降還引發海水入侵和咸水入侵等問題，使得成淡水邊界向淡水區移動。1.6水土流失嚴重水土流失是海河流域主要自然災害之一。海河流域年降雨量雖然不大，但多以暴雨形式出現，而另一方面流域內山區地面坡度較大，且土質疏松，植被覆蓋率低，加之人口密度大，生產落后，廣種薄收，陡坡開荒等人為因素，導致流域內山丘區存在嚴重的水土流失問題。1.7污灌造成環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業灌溉，絕大部分灌溉污水未經任何處理，給周邊環境和人體健康帶來危害。2海河流域水循環與水生態環境關聯分析流域的水循環與水生態環境有著極為密切的天然聯系，千萬年來大自然所形成的自然水循環造就了一個地區特有的穩定水生態環境。而近幾十年來由于人類對水資源的大規模開發利用改變了水的自然循環，使一些地區穩定的水生態環境趨于不穩定，并出現流域水生態環境整體退化現象，海河流域就是這樣一個典型。南水北調工程直接對流域進行大規模補水，加大了流域水循環通量，雖然其直接主要供水目標不是流域生態環境，但也會對流域的水生態環境產生一定影響。為了定量研究評估這種影響，首先需要研究流域水循環與水生態環境之間的自然關聯。2.1流域水循環與水生態環境關聯分析方法為了比較簡單清晰的描述流域總體水循環的狀態及其與水生生態環境的關系，本研究不著眼于流域內降雨、地表水、地下水和土壤水之間的轉換關系，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系，以揭示水循環過程、狀態與水生態環境演變的宏觀關聯。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。首先分析年度間進入單元的總水量，單元內的總蓄變量和總消耗量，摸清水循環過程中各種水量之間的轉化關系，然后分析各種水量對不同水生態環境子類的驅動關系，以此分析和判斷流域水生態環境的現狀和對未來的水生態環境進行分析和評估。水循環的過程可通過水量均衡方程式來表示。TweTWsTWc式中：Twe進入單元的總水量；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，進入這一單元的水量有降雨形成的當地水資源總量（包括地表水和地下水資源量并扣除二者的重復計算量）、從外流域調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年在單元內增加（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消耗量。總耗水量又可以根據其消耗性質分為經濟社會耗水量和非經濟社會耗水量。經濟社會耗水量是指由人工供給的用于國民經濟發展和人類生活所消耗的水量，包括農業用水、工業用水、城市生活和農村生活用水的消耗。而非經濟社會耗水可視為水生態環境消耗水量，包括維護河口生態環境的入海水量，水系生態環境耗水量和陸地生態環境耗水量。其中水系生態環境耗水量包括天然河道水面蒸發量、湖泊濕地水面蒸發量和城市河湖水面蒸發量。陸地生態環境耗水是指平原區和山區河谷盆地陸地上地下水的騰發量，但不計灌溉回歸地下水的騰發量。應用以上方程式可以描述流域單元的整個水循環過程和狀態，同時由于水循環中的各項幾乎都與水生態環境有著極為密切的關系，因此通過水循環中各項的分析就可以反映出流域水生態環境的狀況。上述水量均衡方程式中的各收支項可以對三類水生態環境問題進行分析評價：第一類有關地下水超采問題，包括進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，水生態環境就受到破壞，超采量越大，受破壞的程度就越深，直至出現地面沉降、地裂和塌陷以及引發海水入侵等各種環境問題；第二類是水系生態環境耗水量和陸地生態環境耗水量減少問題，如果二者特別是水系生態環境耗水量不能達到一定要求，則會出現河道干涸，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環境問題；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環境要求，則河口海區會出現鹽度升高、升溫遲緩、松散的底質消退，進而影響魚類產卵、生長，導致近海漁業資源的衰退。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。在流域水循環中，水量平衡方程兩側收支各項是遵循流域水循環的規律相互關聯的，即來水。蓄存和消耗量之間存在此消彼漲的關系，比如經濟社會耗水增加，非經濟社會耗水必然減少；河道、湖泊濕地耗水增加，入海水量也會減少。因此區域水循環的狀態可能會因為人類不合理的開發利用而被改變，從而引發嚴