南水北調(diào)后華北平原水資源配置研究

南水北調(diào)后華北平原水資源配置研究

1人口水資源占有量少,水資源占有量少缺水是海河流域和華北平原面臨的共同問(wèn)題，嚴(yán)重影響了該地區(qū)的全球發(fā)展。海河流域水資源總量?jī)H占全國(guó)的1.3%,而人口約占全國(guó)的10%,人均水資源占有量只有305m3,比全國(guó)2000年人均用水量還少125m3。該流域京、津及以南的廣大平原地區(qū)缺水更為嚴(yán)重,以海河南系為例,人均水資源僅為251m3,只相當(dāng)于世界貧水國(guó)人均1000m3標(biāo)準(zhǔn)的1/4,比以干旱著稱的以色列國(guó)還少22.7%,屬資源短缺型嚴(yán)重缺水區(qū)(1)。1.1地下水及其排放特征整個(gè)海河流域,含京津之內(nèi),工農(nóng)業(yè)及城市發(fā)展的用水需求已超出了區(qū)域的供水能力,出現(xiàn)連年供水缺口,大都只能靠超采地下水進(jìn)行補(bǔ)缺。根據(jù)海河水資源公報(bào),1990年代海河流域地表水年供水量約110億m3,地下水可采量約190億m3,二者合計(jì)約300億m3,再加上引黃54億m3,共350億m3左右。目前年用水量約430億m3,估計(jì)現(xiàn)狀缺水80億m3左右。目前的缺水主要靠超采地下水(約65億m3(2))和利用不合標(biāo)準(zhǔn)的廢污水(約20億m3)達(dá)到供需平衡;如考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展,生態(tài)環(huán)境的改善,現(xiàn)狀年總?cè)彼吭?0億～120億m3左右。隨著地下水的連年超采,目前華北地區(qū)超采地下水1000多億m3,出現(xiàn)9萬(wàn)多km2的地下水開(kāi)采漏斗區(qū)。尤其東部平原沿津浦鐵路,形成了以天津、滄州為中心的大面積深層地下水漏斗區(qū),約2.14萬(wàn)km2。在太行山前沿京廣線,形成了以北京、保定、石家莊、邯鄲、濮陽(yáng)為中心的淺層地下水下降漏斗區(qū),約1.4萬(wàn)km2。地下水位的持續(xù)下降,出現(xiàn)了河湖干涸,地面下沉,海水入侵等嚴(yán)重環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。北京,人均水資源擁有量不足全國(guó)平均水平的1/8,僅為世界平均水平的1/30。區(qū)域整體性缺水使北京面臨無(wú)水可調(diào)的局面,同樣只能通過(guò)超采地下水來(lái)維持。1.2地下水的污染程度及主要類型、河流及河流水質(zhì)類別分布根據(jù)海河流域水資源保護(hù)局2003年海河流域水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果(3),海河全流域19089km的評(píng)價(jià)河長(zhǎng)中,水質(zhì)類別超過(guò)V類的河長(zhǎng)最長(zhǎng),為9948km,占全部評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的52.11%,其次為水質(zhì)類別III類的河長(zhǎng)3303km,占全部評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的17.31%,水質(zhì)類別為V類的河長(zhǎng)2570km,占全部評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的13.46%,水質(zhì)類別為IV類的河長(zhǎng)2068km,占全部評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的10.83%,水質(zhì)類別為II類的河長(zhǎng)1200km,占全部評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的6.29%,水質(zhì)類別為I類的河長(zhǎng)則沒(méi)有。地表水的污染進(jìn)一步導(dǎo)致地下水的污染,目前京、津周邊、河北各主要城市周邊的地下水已受到不同程度的污染。以北京西南近郊為例(4),地下水鹽污染主要是NO3-污染,主要分布于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)及污水、垃圾集中地區(qū);其次為硬度和Cl-污染,高Cl-區(qū)主要分布在較大居民點(diǎn)附近,以及污水、垃圾集中地區(qū);并為高硬度分布區(qū)。2城市供水規(guī)模南水北調(diào)工程實(shí)施后各水平年進(jìn)入海河平原的水量,東線工程規(guī)劃分三期建設(shè)。第一期工程過(guò)黃河后,進(jìn)入海河流域魯北西部地區(qū)的水量為5億m3,2008年建成。第二期工程調(diào)水規(guī)模增加到20億m3,2013年建成。第三期工程調(diào)水規(guī)模達(dá)到37億m3,其中向城市供水20億m3,2030年建成。中線工程規(guī)劃分兩期建設(shè)。第一期工程進(jìn)入海河流域的水量預(yù)計(jì)約為60億m3,2010年建成。第二期工程進(jìn)入海河流域的水量預(yù)計(jì)約為90億m3,2030年建成。綜上所述,2010-2030年,進(jìn)入海河流域的長(zhǎng)江水量約為80億m3;2030年以后達(dá)到127億m3。南水北調(diào)工程長(zhǎng)期向華北輸水的作用,干渠沿岸與沿渠的引水區(qū),地下水將會(huì)得到滲水的回補(bǔ)。長(zhǎng)期回補(bǔ)能使原來(lái)被超采的地下含水層逐漸恢復(fù)(表1)。值得注意的是,上述供水規(guī)模是以長(zhǎng)江供水水源穩(wěn)定、無(wú)污染為前提的。長(zhǎng)距離的供水可解決華北平原及海河水系長(zhǎng)期用水不足的矛盾,但還必須解決區(qū)域內(nèi)部的儲(chǔ)水、水的聯(lián)合調(diào)配及現(xiàn)狀的大面積水污染等問(wèn)題,這些問(wèn)題必須在區(qū)域內(nèi)加以解決。3調(diào)蓄地下水及其工程設(shè)施利用南水北調(diào)進(jìn)行地水下的補(bǔ)給,已有許多研究(劉昌明,2003;鄭德明,2003;何杉,2003)。不單應(yīng)考慮南水北調(diào)的補(bǔ)給作用,還應(yīng)從全流域的角度進(jìn)行全地域的地表水與地下水的聯(lián)合調(diào)控,尤其利用地下庫(kù)容進(jìn)行調(diào)蓄至關(guān)重要。氣象資料分析表明(6),北調(diào)中線供水區(qū)、北京及周邊等受水區(qū)在1470-1995年的526年中,區(qū)域性干旱出現(xiàn)的總年數(shù)分別為175年、150年,平均每3～3.5年出現(xiàn)一次,占總年數(shù)的23.7%和20.7%;連旱年出現(xiàn)的總年數(shù)分別為125年和109年,即在區(qū)域性干旱中,有72.7%～71.4%是連旱年。最長(zhǎng)連旱年可達(dá)6～8年。城市及工業(yè)用水的特點(diǎn)是連續(xù)性和穩(wěn)定性,上述氣象資料的分析與此顯然矛盾,因此必須解決好長(zhǎng)系列的水量調(diào)節(jié)問(wèn)題。水量調(diào)節(jié)方式有兩種:地面水庫(kù)調(diào)節(jié)與地下含水層調(diào)節(jié)。中線雖然可利用瀑河水庫(kù)、白洋淀、寧晉泊等平原水庫(kù)、洼淀作調(diào)蓄水庫(kù),但現(xiàn)狀蓄水庫(kù)容有限,僅十幾億m3,難以滿足供水區(qū)和受水區(qū)同時(shí)連續(xù)干旱期用水的需要,且存在水面蒸發(fā)損失量大,易污染等問(wèn)題。利用地下調(diào)蓄的來(lái)水主要有兩種:一是南水北調(diào)中線的供水,主要通過(guò)補(bǔ)給太行山東麓山前的地下庫(kù)容。沿太行山東麓,分布大面積的山前沖積扇,目前是各城市及工業(yè)的主要供水源,長(zhǎng)期超量開(kāi)采,形成了區(qū)域性的地下水漏斗,具備很大的疏干庫(kù)容和調(diào)蓄空間,僅卵礫石沖積扇就具有300～500億m3的調(diào)蓄庫(kù)容(大于現(xiàn)有地表水庫(kù)的調(diào)蓄庫(kù)容),且調(diào)蓄條件優(yōu)越,可建成由人工管理的地下調(diào)蓄工程,豐水期涵養(yǎng)水源,承擔(dān)南水北調(diào)工程改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境的功能,而在水資源供需出現(xiàn)缺口時(shí)可作為必要的補(bǔ)充和保障水源。二是區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的降水,進(jìn)行山前、平原區(qū)的地下庫(kù)容補(bǔ)給。太行山東側(cè)迎風(fēng)坡為多雨量帶,可以采取一定工程措施,攔蓄這些洪水回灌地下,起到除害興利的雙重作用。同時(shí)水庫(kù)汛期棄水及其他各種余水(如城市再生水等)都可以作為調(diào)蓄水源。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅中線西部山區(qū)十余座大型水庫(kù)多年平均棄水量每年高達(dá)23億m3(張福存,等,2002)。研究認(rèn)為,進(jìn)行多水源多尺度時(shí)空優(yōu)化配置,提高受水區(qū)水資源利用率和保證度具有重要意義,是達(dá)到水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的重要舉措。4地下水開(kāi)采量加大,地下水補(bǔ)注效果差聯(lián)合調(diào)控的地點(diǎn)應(yīng)選擇在地下水入滲條件良好的,同時(shí)能充分利用地下庫(kù)容的地段。隨著山前及平原地下水資源開(kāi)采強(qiáng)度的加大,地下水開(kāi)采漏斗加深加大,騰出了大量地下庫(kù)容,為地下水補(bǔ)注創(chuàng)造了有利條件。通過(guò)對(duì)區(qū)域地表入滲條件及地下水超采條件的分析,在北京及周邊地區(qū),可選擇圖1所示地段作為地下水的補(bǔ)注區(qū)。4.1沖洪積沉積型(1)永定河出山口的門頭溝石景山至豐臺(tái)一帶,以中粗砂為主的沖洪積平原;(2)昌平南口一帶以砂礫石為主的洪積平原;(3)潮白河的山前地段的密云、懷柔至順義一帶以中粗砂為主的沖洪積平原帶;(4)于橋水庫(kù)出山口的薊縣城關(guān)以西及以南一帶以中細(xì)砂為主的沖洪積平原區(qū)。4.2沉積區(qū)細(xì)砂為主的平行區(qū)(1)廊坊南部永定河南岸以中細(xì)砂為主的沖積平原區(qū);(2)寶坻南部潮白河兩岸以中細(xì)砂為主的沖積平原區(qū);(3)廊坊東部溫榆河兩岸以亞砂亞粘土夾粉砂為主沖積平原區(qū);(4)寶坻南部薊運(yùn)河兩岸以亞砂亞粘土夾粉砂為主沖積平原區(qū)。在地下水補(bǔ)注區(qū)及周邊地區(qū),應(yīng)嚴(yán)格控制區(qū)域的污水灌溉系統(tǒng),合理設(shè)置城鎮(zhèn)排污口,防止對(duì)地下水庫(kù)的污染。5建立廣泛的分流體制,確保高效運(yùn)行北京及周邊地區(qū)除了儲(chǔ)、供、用水的問(wèn)題之外,面對(duì)“有河皆干,有水皆污”的局面,還需要在區(qū)域內(nèi)整體考慮供水、儲(chǔ)水、排水與排污的分流體制。應(yīng)在整個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)行徹底的供水、排水與納污河道(水體)的分流,山地及山前地帶作為區(qū)域共同的水源地,必須嚴(yán)格保護(hù);嚴(yán)格控制南水北調(diào)工程經(jīng)過(guò)地段對(duì)水資源的污染,保證遠(yuǎn)距離輸送通道的清潔和暢通。同時(shí)劃定合理的納污河道與區(qū)域排水通海渠道,統(tǒng)籌管理,逐步改善區(qū)域水環(huán)境。5.1水源保護(hù)(1)地面水,包括密云水庫(kù)、官?gòu)d水庫(kù)、于橋水庫(kù);(2)南水北調(diào)水源;(3)地下水。5.2北京2所(1)現(xiàn)有的官?gòu)d水庫(kù)、三江口水庫(kù)沿永定河供給北京西部地區(qū);密云水庫(kù)沿京密引水渠供北京;于橋水庫(kù)沿引灤入津輸水渠供天津。(2)南水北調(diào)東線至天津北大港供天津;南水北調(diào)中線至永定河供北京。上述區(qū)域主要的儲(chǔ)備水源地及城市供水通道,要嚴(yán)格控制,將全河段作為水源保護(hù)地,嚴(yán)禁設(shè)置排污口。5.3區(qū)域排水道路永定河、潮白河、大清河、潮白新河、永定新河、溫榆河、北運(yùn)河、薊運(yùn)河、中亭河。5.4減少污染物排放污水排放不宜經(jīng)過(guò)地下水入滲條件好的區(qū)域,以防對(duì)地下水的污染。通過(guò)區(qū)域污水排放路徑的規(guī)劃,可加長(zhǎng)河道的自凈能力。北京西部涼水河至北京東部接北京排污河至大黃堡洼濕地出永定新河入海;北京西南部天堂