南水北调水源区水资源分析

南水北调水源区水资源分析

1缺水区域和缺水区域1.1水资源到海枯河干的地貌受季风气候影响，我国水资源的时空分布不均。东南部湿润,西北部干旱;南方水资源丰富,北方相对要少;夏季降水集中,冬季稀少。长江、黄河、淮河、海河四大流域土地资源集中,但与水资源分布不相匹配。其中,黄淮海流域土地面积占全国的13.4%,耕地占39%,人口占35%,GDP占32%,而水资源仅占7.7%,是我国水资源最为紧张的地区,这对地区乃至全国可持续发展将产生严重影响。众所周知,淮河流域旱涝频繁,大涝大旱灾害严重,如1991年大涝,流域受灾面积29180km2,受灾人口4837万人,占全流域人口的33.5%,直接经济损失335亿元。2001年淮河流域大旱,洪泽湖水位低于死水位0.75m,湖区主航道面临断航危险。虽然淮河流域雨量适中,年均降水量878mm,但因变率大,淮河之水可用不可靠。黄河是我国第二大河,流域面积79.47万km2,桃花峪以下进入东部平原地区,面积为2.24万km2,只占全流域的0.8%。黄河多沙,河道多变,三角洲辽阔。现在的淮河和海河平原内,有相当面积的土地由黄河泛滥泥沙塑造而成,也是当前黄河外调淡水资源补给的范围。1997年海河流域和淮河流域自黄河引水约56亿m3和23亿m3,山东半岛引水12亿m3,入海的径流仅15.4亿m3。1972年以来,黄河出现断流现象,1997年山东利津断流326d,河口断流330d。因此,黄河进入东部平原,而黄河两岸自身难保,现今更有壶口缺水,潼关细流,水资源遇到严重的挑战。海河流域严重缺水,水资源开发已近90%。以1997年为例,地表水总量168.8亿m3,而供水总量为434.2亿m3,地表水不足部分由地下水补给,地下水占总供水的60.8%。地下水超采年均55亿m3,已使地下水位埋深逐年下降,形成大面积的漏斗。因此,海河流域水资源已到海枯河干的境地。长江是我国第一大河,水量丰富,年径流总量9613亿m3,为黄河的13倍,流域面积占全国的18.75%,水资源却占29.26%,这就为优化我国水资源配置,促进我国社会经济可持续发展提供了有利条件。1.2总体用水量长江三角洲是南水北调工程的水源区。该区虽然有长江奔流而过,但太湖流域也需要长江水的补给。长江有丰水、平水和枯水年的差异,有洪季和枯季的年际变化,流量变化大,最大流量92600m3/s,最小流量仅4620m3/s,71.7%的径流量集中在5~10月,输沙量则更为集中。三角洲地区人口稠密、田畴遍布,当地水资源并不如想像的那样丰富。从上游到下游人均水资源地区分布基本呈减少的趋势,江苏、上海人均水量与中上游省区相比成一个甚至几个量级上的差别,如云南人均水量5952.8m3/人,而江苏、上海分别仅为480.9m3/人和201.2m3/人。太湖流域因人口稠密,人均水资源量也仅约500m3/人。与北方的北京、天津和山东相比,上海人均水量稍高于天津,还低于北京和山东。江苏也不高,如果加上水质的因素,实际上也缺水。由于工业化和城市化发展,江南水乡也需要大量引用长江水。上海正向国际大都市迈进,充足的优质水供应是一项重要要求。上海地区水资源主要来自太湖和长江干流过境,水量分别为106.6亿m3和9335亿m3,而本地水资源仅25.57亿m3,但上海市现状总用水量110.9亿m3,本地水远不能满足需要。太湖流域来水是多年来上海的主要供水源,然而,太湖来水作为供水水源,有两个不足之处:①特枯年甚至枯水年不能满足上海供水需要;②水质不能保证。近20年来,黄浦江上游来水污染有所增加,1989年松浦大桥基本为Ⅱ类水(根据GB3838—88《地面水环境质量标准》,下同),2000年黄浦江干流从三江口到吴淞口的89.2km评价河段,非汛期全部为Ⅳ类水质,汛期Ⅳ类水质河段占39%,Ⅴ类河段占24.3%,劣Ⅴ类河段占36.6%,因此,上海是一个水质型缺水城市,需要引用长江水。长江水质基本属于Ⅱ类水。20世纪80年代初和90年代初,在长江口南边滩已修建了宝钢水库和陈行水库,还需进一步引取长江水以弥补上海城市用水的不足。苏、锡、常等沿江城市也都需要引用长江水,太湖流域已经以长江引水作为水源,总抽水能力为680m3/s,旱年引江水量很大。另外,浏河、黄浦江等流入长江口的支流,其下游受枯季盐水入侵影响,也同样会造成水质恶化。2生态环境变化对表现黄水势力的影响南水北调工程是一项巨大的系统工程,不仅要考虑调水线路和受水区的有关问题,也要考虑水源区的问题,特别是东线工程要考虑对长江口的影响。有关单位非常重视生态环境的影响问题,早在1978年中国科学院和水利电力部进行了有关环境影响的研究课题,当时的主要结论是:占长江径流量的比重很小,调水对引水口以下的长江水位、河道淤积和河口拦门沙位置等影响甚微,对长江口盐水上侵可采取“避让”政策。避让则根据大通流量,当流量小于10000m3/s时,采取枯季限制抽江水量的措施。经过20年,特别是1998年,1999年两次大洪水后,河道条件和各种环境因素有所变化,有必要将长江口生态环境现状予以概要的说明。2.1水库泥沙资源我国水利建设为了防洪、灌溉,修建了约85000座大中小型水库,其中长江流域占一半以上。但水库建设只是水资源在时间上的配置,而对入海径流总量影响较小。近20年来,丰水、平水与枯水年相继出现,但1998年和1999年相继以特大洪水年出现,给河口河槽演变带来了影响。水库拦截了部分泥沙,兼之近年来上游有些山区水土保持发挥了作用,虽然上游局部河段、局部支流水土流失加重,但上游来沙量还是减少了。根据1951~1999年共48年完整泥沙整编成果,大通年均输沙量4.34亿t,其中1951~1984年平均值为4.72亿t,1985~1999年平均值为3.53亿t,2000年的输沙量为3.39亿t,近年来,大通以下输沙量减少了约1/4。沙量的减少,相应有机物质吸附的载体减少了,必然会引起水质变化,同时河口沉积过程也将产生相应变化。2.2过水能力演替近20年来,长江口河势在三级分汊、四口分流格局总体“不变”情况下,河床发生了一些变化,特别经历了1998年特大洪水以后,南支河道的白茆沙头有所下移,南北港分流口于南港上口3个通道过水能力有所演替。南北槽分流口因深水航道治理的鱼嘴工程得以稳定。北支持续萎缩,1958~1998年的40年中,0m以下的河槽容积减少了56%。北支是一条涨潮水道,上段淤积相对严重,河道宽浅。1998年和1991年相比,下段连兴港断面0m以下断面有所拓展,从36900m2发展为38200m2,连兴港至三条港间-5m等深线以下面积从10km2发展到27km2,扩大了喇叭口河势,1998年后北支上口出现中沙,过水断面有所减小,遂使长江径流进入北支进一步减少,从过去的4%~6%减少到1.3%,潮流作用增强。2.3盐水倒灌南支盐水入侵有3条线路:南港、北港和北支,其中以北支最为严重,可绕过崇头,侵入南支掺混向下扩展。这与入海径流在3条汊道的分流比有关,北支进潮量约占长江口进潮量的25%,但进入北支的径流量目前只有1.3%,所以盐度在其口门几与正常海水盐度相当,到上段盐度仍较高。近年来进入北支的流量减少,盐水倒灌南支加剧,如2001年9月18~19日陈行水库盐度超标,最高达590mg/L,当时大通流量略小于40000m3/s,再如2001年3~4月北支上口水文测验表明,大通流量在20000m3/s时,盐水仍然严重倒灌南支。因此,目前将大通流量不到10000m3/s作为调水“避让”指标,已不相适应。而且从大通到徐六泾有500多km,枯季河口上段来水量远低于大通流量数据,1979年3月大通流量10400m3/s,实际到达河口在5000m3/s以下。另据分析研究,当大通流量小于30000m3/s,青龙港潮差大于2m时,北支盐水就有可能倒灌南支。因此,实行“避让”应根据北支盐水倒灌实际情况来决定。2.4、三、黄苏-锡、锡1978年以来,我国社会经济发展迅速,至2000年人口增加3亿人,GDP增加了20倍,城市化水平从18%增加到36%。上海市以及苏南地区工业化发展迅速,水环境污染也较严重。以黄浦江上游河段为例,20世纪80年代初期基本上为Ⅰ类水,80年代末至90年代初期基本上为Ⅱ类水,90年代末至今基本上为Ⅳ类水。苏、锡、常水网亦复如此。20世纪80年代初长江徐六泾以下河口水质优良,而现在基本为Ⅱ类,岸边局部河段为Ⅲ类或不足Ⅲ类。据2000中国海洋环境质量公报,长江自徐六泾以下均属劣Ⅳ类水质。虽然陆地水和海洋水标准有差异,但近20年来长江口水质不断恶化是事实,使口外水域赤潮发生的范围和频率增加。2.5浮游生物及底栖生物情况近20年来长江口及其邻近海域受到过度捕捞和环境污染的影响,生态环境失衡,导致河口区生态系统全面衰退。据长江口生态环境现状特征及修复工程研究,水生生物群落结构发生显著变化,物种减少。1998年与1983年相比,浮游生物减少69%;1998年与1992年相比,底栖生物减少54%;底栖生物生物量1998年比1982年减少88.6%。国家保护种如中华鲟、白鳍豚、胭脂鱼等几乎灭绝。河口是生态环境脆弱地区,自然变化和人类作用将会产生怎样的影响是一个亟须研究的问题。2.6湿地生态保护的现状长江河口有辽阔的滩涂,1978年以来围海造地50.76万亩(约338.4?km2),长江每年带来的泥沙在河口三角洲前沿和水下三角洲沉积,湿地面积基本能得到平衡,且近年来加强了湿地保护,一方面建立了湿地保护区,如崇明东鸟类自然保护区、九段沙自然保护区和中华鲟自然保护区;另一方面采取了工程促淤和种草促淤的生物工程,增加了河口沼泽的面积,改善了湿地的质量,为湿地动态保护创造了有利的条件。长江口的生态环境变化复杂,既有自然的演变,又有人为因素的变化。流域大型工程对河口生态环境产生的影响,将是一个多学科综合性复杂巨系统的问题。20年来的变化说明了这个问题。南水北调工程如何考虑对长江口的影响问题,需要在生态环境现状基础上进行调查和评价。3必要时南水北调重大工程应尽可能地减少对长江口及邻近海区生态环境的负面影响。在上述生态环境现状的基础上,提出如下一些意见和建议:3.1丰水季节水民调长江来水有洪枯季变化。洪水季节大通月均流量常逾50000m3/s,最大流量可达92600m3/s;枯水季节则不然,特别是1~2月月均流量常在10000m3/s左右,枯水年则6000~7000m3/s,最小流量仅4260m3/s。枯季河口盐水上溯,影响上海水源地的水质。若枯季调水北方,必将形成与长江下游以及河口区争水的局面。“冬水夏调”或“枯水洪调”是最有效的避让,长江丰水季节调水黄淮海,可避免4个流域争水现象。丰水季节从长江调水1000~2000m3/s,对生态环境不致造成显著影响。然而,丰水季节从长江调水到用水区,如何储蓄以备需水季节利用,是需要解决的问题。有两个途径可供考虑:其一为平原水库。特别是东线调水,进入山东后,南四湖、东平湖均可储大量水;越过黄河,太行山麓冲积平原与沿海海滨平原之间有一系列洼地,均可扩大容水面积。中线也不乏蓄水之处,一系列平原干枯河床和海河流域的干涸河道可充分利用,且蓄水量大。其二为地下水库。海河流域地下水枯竭,而其地下沉积层构造也很有利,太行山和燕山山麓一系列洪积扇沉积层,物质粗松,透水性强,有利于地下水渗透,使含水层得到补充。3.2研究区性质和研究方法目前长江入海水沙和化学径流的数据控制断面设在安徽大通。该处是长江河口的潮区界,但是距离河口入海尚有640km。而长江河口的徐六泾在20世纪50~70年代已经形成了人工节点,自此以下分汊入海。所以,当前有关研究和部门均以徐六泾向下为长江河口区。从大通到徐六泾相距约500km,在这范围内,两侧汇水河流所占长江径流入海总量比重很小,但被引调的水量却很大,特别是枯水年枯水季节调水量所占比重甚巨,大通站很难对入海径流量起到有效的控制作用。另外,这一区段城市化发展,工农业生产的点源、面源污染进入长江排入河口区的数量非常可观。虽然长江有自净能力,但入海生源物质污染物总量时空分布和区域性水沙调出水源区的时空数量分布同样没有可靠数据,难为控制调水数量提供依据。为此,在徐六泾设置控制观测断面十分必要。虽然该断面位于潮流界内,入海通量具体数据的取得有一定难度,但就目前的科学技术是可以解决的。为此,建议该观测断面尽早布设。3.3方案比较和设计长江口盐水入侵,北支倒灌南支起着关键性作用。南支只有在特枯年份,南北港盐水才上溯到浏河、堡镇以上水域。因此,控制盐水入侵,北支治理是一项关键工程。关于北支治理问题,上海勘测设计研究院曾做了多项规划设计,包括圩角沙封堵方案,圩角沙—连兴沙封堵方案,圩角沙—新隆沙封堵方案,新隆沙闸坝方案,连兴沙束窄方案,北支河道束窄方案,北支崇头—新隆沙束窄方案。此外,还有潮汐发电,北支修建深水航道等方案。这些大致可归纳为封堵、束窄和水库3种方案。封堵方案牵涉省市关系、两岸水系和灌排设施调整等,未能实现;束窄方案,盐水倒灌未见减轻,效果不大;水库方案,两岸均受其利,但涉及两省市,协商有日。大量调查研究表明,枯季北支盐水倒灌是影响南支水质的主要原因。北支建挡盐闸可能是遏制北支盐水倒灌的一条有效途径。如今沪崇苏大通道已提到议程,这项工程在北支建桥的基础上,桥闸结合,台风季节可以挡暴潮,枯水季节可以挡盐水,乃一举两得。而且北支修建闸桥工程实际上是对南水北调起到支撑作用的一项重要工程。3.4人工建设水库和水质丰富，成为了驳岸的一个重要的引太湖虽然是上海的主要水源,但在量和质上都不能满足上海水源的要求,因此,长江河口水资源是上海赖以发展的重要水源地,已经建设的宝钢水库和陈行水库,其水质都能达到较好效果。目前,上海城市给水尚有230万~280万m3/d的缺口。20世纪90年代以来,上海就在长江河口江心的青草沙寻求干净