我国水资源短缺的原因及对策

我国水资源短缺的原因及对策

众所周知，黄河的中断是众所周知的。由于自然流量不足，尤其是黄河流域内水流的过度使用和近几十年气候变化，下游河流的季节中断和沿海流量急剧下降，对黄河的经济发展和生态环境产生了重大影响。长江虽然水资源总量丰沛,但年际间与年内变化极大,月均流量变化在84200m3/s与6800m3/s之间,最低流量仅4620m3/s。近几十年来枯季最低入海流量也已出现下降趋势。21世纪经济的迅速发展将使水的消耗量继续上升,未来的全球变化、南水北调等也将对流域水资源产生重要影响。长江和黄河是我国最大的两条河流,并且都是中华民族的发祥地,可以说是我国国民经济的命脉,对此不得不引起我们的高度关注。1环境变化与灾害近几十年来,由于社会与经济发展的需求,导致水资源过度开发利用,我国华北地区许多河流都从常年性河流演变成间歇性河流,由此对地表、地下与沿海的生态与环境造成了严重影响。如黄河是我国北方最大的河流。多年平均流量为1840立方米/秒,但是,由于人类活动的影响,黄河下游自1972年出现断流,其后利津站的断流天数迅速增长到1997年的226天,330天无水入海,25年间断流达19次(图1)。长江是世界上最大的河流之一,水量极为丰沛,多年平均流量近30000立方米/秒,相当于16条黄河,是中华民族的骄傲。但令人担忧的是,长江枯季最低入海流量也出现了下降趋势(图2),最低流量只有4620m3/s,且洪枯比增大。特别是在枯水年,水资源的利用造成枯季入海流量大幅度下降,导致长江河口盐水入侵频率与强度增大。从常年河流到间歇河流的转变,意味着流域生态系统的重大变化,由此将伴随一系列重大环境变化与灾害问题。如黄河自1972年出现断流至1995年的24年间,三角洲黄河来水累计减少317.51×108m3,正等于1972—1995年间黄河一年的平均径流量,约等于1991—1995年间黄河两年的平均径流量。其影响可归结为对沿黄断流河床两岸的影响与对黄河三角洲的影响两个方面:(1)断流导致河道萎缩,河床淤积,加大了洪水危害;滩区土壤沙化;加重下游沿岸黄河灌区的荒漠化趋势,造成生物种群数量、结构趋向简单等一系列生态问题;水体污染日趋严重,严重影响河道鱼类的繁衍和生存;灌区农田不能及时播种、浇灌,农业减产,河口地区部分年份绝产,约计近十年下游黄河沿黄地区年均减产7-8亿公斤,经济损失年均近10亿元;严重影响下游沿黄两岸城镇工业、油田生产和人民生活;地下水补给量锐减,开采量增加,长此下去会引起地面下陷、大坝塌倒、海水倒灌、咸水入侵,造成地下水质恶化,加剧水资源危机。(2)断流导致三角洲湿地生态系统失去了天然蓄水库、调节气候、控制土壤侵蚀、净化水质等功能,影响珍贵生物物种资源的分布和栖息繁殖;三角洲土壤盐碱化;改变了作物布局,影响了耕作制度;农作物产量下降;三角洲草场退化、载畜量减少,影响畜牧业发展,1994年曾造成186.16万头牲畜饮水困难,经济损失严重;三角洲地区大部分水域一定时期内干枯,危及部分水生生物的生存与数量变化,且养殖水面季节缺水,严重影响了放养季节和面积,养殖产量减少;入海泥沙量的减少,将使三角洲海岸的蚀退率加快;黄河断流使近海水温降低,盐度增加,入海无机氮、磷等营养元素减少,不仅降低海洋的初级生产力,而且影响生物种类以及部分生物的繁殖与生存。2河流国内空间布局出现问题近几十年来,随着社会、经济、人口的发展,人类对水资源的需求急剧增加,又由于我国水资源空间分布的不平衡,从而出现了部分地区对水资源的过度开发与利用以及跨流域调水等现象,这是导致河流(调出区)流量下降的直接且主要的原因。未来经济、人口的发展必将使水资源的需求继续上升,再加上跨流域调水、全球变化等将对河流沿程水量变化产生更大的影响。2.1几十年的影响2.1.1水土流失现状在全年入海流量相同的情况下,人类活动对河流水量的季节分布产生重大影响。在自然条件下,流域中森林、草地、土壤、湖泊等有多种滞流蓄水的功能,对枯季河流水量起到调节的作用。由于对森林与草原的破坏、围湖造田等,造成严重的水土流失,湖泊面积迅速减少,调蓄能力显著降低。据统计,长江流域历史上森林覆盖率曾经高达60%,到1986年长江流域的森林覆盖率只剩下10%,水土流失面积增加到73万平方公里,占全流域面积的41%。而长江流域8大湖泊的总面积从解放初至80年代初降低了5524km2,使流域调蓄能力降低了380×108m3[注]。虽然几十年来长江流域修建水库5万多座,使水库的蓄水量增大了713×108m3,远大于湖泊调蓄量的降幅,但是其大多都建在众多支流上,其目的主要是满足本地区对水资源的需求,他们在枯季的蓄水截流反而降低中下游的枯水位及入海流量。在黄河流域,特别是黄土高原地区,属地球上水土流失程度最为严重的地区,现有水土流失面积43.9×104km2,森林覆盖率约为6%,垦殖指数高达31%,土壤侵蚀模数大于500t/km2的面积约15.6×104km2。同时人们为了防止农田与城市洪涝灾害,迅速把雨水抽排到河流之中,使暴雨期雨水的汇流时间缩短,洪水迅速进入河流,在各种因素的综合影响下,导致同一降水量情况下的洪水位大幅度提高,大大提升了洪水位的频率与强度。在1998年长江特大洪水以及黄河1996年的96.8洪水中,这一后果已显著反映出来。而在枯季由于大气降水少,流域内部调蓄功能的削弱又使枯季流量大幅度减小甚至断流。2.1.2枯季大气圈总引黄能力为满足两岸工业、农业与城市人民的生活用水,大量的河水被沿途抽引。其中农业灌溉用水量占主导地位。这些水量中大部分通过蒸发与下渗进入大气圈与地下,不能回到河流。据估算,20年前的1979年,汉口-大通之间的枯季耗水量就已达1500-2000m3/s,同时大通以下耗水量也达(1000-1500)m3/s。1963年、1979年枯季大通月平均流量仅7000m3/s左右。而黄河供水地区总引黄能力达到6000m3/s,相当于黄河多年平均流量的3倍多。巨量的引水无疑是导致入海流量下降甚至断流的主要原因。2.1.3洪水影响黄河由于天津市的严重旱情,早在1972、1973年就曾从山东通过河南省人民胜利渠引黄河水到天津。在后来的1975、1981、1982年又从黄河调出大量的水到天津,且有逐年增长的趋势。据统计,1972年11月到1973年2月15日共调水1.62亿立方米,1975年10月18日到1976年2月15日共调水4.37亿立方米,1981年10月15日到1982年1月18日共调水10.023亿立方米,1982年9月30日到1983年1月5日共调水9.28亿立方米。今年北方罕见的大旱又使得引黄济津工程再次被实施,位山闸于10月13日正式开闸放水,估计将引水约10亿立方米,这大量的引水无疑会导致黄河入海流量的下降。另外,由于苏北地区的旱情,早在六十年代前后就在长江沿岸修建了江都水利枢纽、江都西闸等几个引江济淮工程,其抽引江水能力已大于1000m3/s,这在枯季,特别是枯水年也将对长江的入海流量产生影响。2.2未来的影响是21世纪。中国长江入海量的变化趋势如何？黄河如何摆脱河流中断的困境？这是中国社会可持续发展的一个重要问题。总的来说，影响因素可分为两个方面：一是流域内的变化，二是流域内的外部影响，即南北和全球变化。在未来几十年中，这两个方面将面临新的变化，并将对河口水资源产生更大的压力。其中，最受影响的是旱季出海流量2.2.1水资源及其产物的消耗量将增大,回归过程中,受水量的持续增加,土地上出现严重的供水量中国是世界上人口、资源和环境形势最为严峻的国家之一,面临着人口增长和耕地减少的双重压力。据预测:2050年我国人口将达(15-16)亿,较2000年人口13亿基数将净增2-3亿,未来农业的发展必然对水资源有更大的需求。但过去几十年来,我国许多地区已远远超出了供给能力,水资源与水环境出现严重困境。在长江流域,今后几十年水资源的消耗量仍将保持迅速增长势头,这对枯季长江的入海流量将产生显著的影响,因为农业灌溉对水资源的需求量最大,干旱气候下干燥的土壤,强烈的蒸发使大量农业灌溉用水不能重新回到长江。而黄河流域,估计到21世纪初,全流域计划年需水量可达747×108m3,而黄河的供水量是580×108m3,即使不考虑用于冲沙的200×108m3,也还缺200×108m3,已远远超过了黄河的供水能量。实际上由于河道径流丰枯与用水高峰的不同步性,缺水赤字远远大于此量。2.2.2气候变化影响中国西部冰流速全球变化对水资源的影响总的趋势是气候增暖,缺水更甚。80年代,特别是90年代以来,全球气候正出现增暖趋势,近百年来全球平均气温升高了0.6℃左右,由20世纪世界范围工业化带来的CO2及其它痕量气体排放增加而导致的温室效应很可能使21世纪气候剧烈升温。在此前提下,水资源是增加还是减少,就成为举世关注的重大问题。对于长江与黄河流域来说,气温升高将增加农作物对水的需求,流域表面蒸发量的上升将使河流的径流减少。特别是长江与黄河都发源于青藏高原,冰融水在径流补给中占有很重要的地位,温度的上升将导致冬季冰雪的体积减少,春季冰雪消融时间的提前,从而影响长江与黄河的流量变化。另外,未来气候的增暖将对一些重要的降水过程产生影响,如梅雨、台风等,从而改变降水量、河流的流量及其季节变化。由于全球气候增暖,副热带高压的位置、强度可能产生相应的变化,这对我国东部年内降水的时间分布及其强度都将产生重要的影响。根据长江源区沱沱河气象站记录,该地60年代,年平均气温为-4.6℃,80年代为-3.9℃,上升0.7℃。中国西部冰川在60年代以来绝大多数呈后退趋势,值得注意的是80年代以来气候的增暖使许多冰川出现快速后退,与20世纪以来全球气候增暖趋势与世界上其它中纬度山地冰川的后退趋势相一致。随着气候增暖,青藏高原的湖泊普遍表现为萎缩,如位于海拔4650m的苟仁错,1990年考察时,湖泊面积达23.5km2,平均水深在1.3m以上,当1998年考察时该湖已经干枯,湖表层有一薄层形成结晶盐的饱和卤水。由此可见,21世纪长江流域和黄河流域在全球气候变化的影响下,其降水格局、降水量及蒸发量都将发生变化,进而可能导致淡水供应短缺、枯季入海流量的下降。2.2.3国内跨流域洪水工程随着社会、经济、人口的迅速发展及其伴随的环境污染,水资源的紧缺已成为当今全球性人类社会生存与发展面临的最为严峻的问题。由于水资源分布在空间上的不平衡,世界上许多国家都在筹划切合本国发展需要的跨流域调水工程,如影响较大的北美水电联合规划、亚玛逊调水计划、前苏联北冰洋调水计划等。我国由于黄、淮、海流域严重的缺水问题,早在50年代,国家与地方的有关部门及许多科研单位就开始了对南水北调问题的研究。1996年李鹏总理在全国人大八届四次会议上作的《关于国民经济和社会发展“九五”规划和2010年远景目标纲要的报告》中,已把南水北调工程列入今后15年国家计划集中力量建设的一批大型工程之一。目前,南水北调东、中线工程实施方案已基本敲定。跨流域调水对调入区来说,无疑将增加河流的入海流量,但增加多少,受多种因素制约。特别是旱季调入的流量往往多消耗于农田的蒸发与下渗。对于调出区来说,如东线工程从下游干流调水,将直接减少入海流量。从库区调水,如中线调水工程,其影响还取决于水库的调度方式与各年气候特点。跨流域调水的两个主要方面是:1、跨流域调水的总量2、跨流域调水的季节分布。后者将对枯季长江入海流量实加实质性的影响。根据我国南水北调的总体规划,将分别从长江上游、中游及下游调水到黄河、淮河及海河流域,即西线工程、中线工程和东线工程。东线调水规划为近期(2020)年抽江流量1000m3/s(总水量191.5×108m3),2000年以前期望实现东线第一期600m3/s的抽江工程,最终调水规模为1400m3/s(总水量260×108m3)。中线调水工程的近期目标为145×108m3,渠首段设计流量630m3/s(加大流量800m3/s),最终则实现调水220×108m3的目标。规划中的西线调水,即从长江上游干流通天河、长江支流雅鲁江和大渡河向黄河中、上游地区补水。据研究,可调水量为200×108m3。另外,引江济淮线是专为安徽省江淮地区供水的线路,设计抽江流量为300m3/s,现已完成的泰州引江工程可归入这一类型,设计流量一期工程引水闸300m3/s(最终600m3/s)、抽水站300m3/s。长江年平均流量近30000m3/s,我国跨流域调水的数量占长江年平均流量的比重不大,但必须引起高度重视的是它在长江枯季径流量中的比重很大(枯季11-4月份月平均流量约16000m3/s,最低实测流量只有4620m3/s)。在21世纪水资源需求与利用持续上升的背景下,如何稳定长江入海流量将成为我国必须研究与解决的重要课题。3黄河、三角洲水资源的开发利用展望黄河断流及其产生的巨大影响已有目共睹。在人类活动影响下,长江的入海流量也出现下降的趋势,导致河口盐水入侵的频率与强度增大。有人曾经提出:“长期这样下去,长江会不会变成第二条黄河?”,这是一个值得我们深思的问题。黄河流域引黄灌溉区是我国重要的商品粮、棉基地,黄河干流是我国