南水北調(diào)水源區(qū)水資源分析

南水北調(diào)水源區(qū)水資源分析

1缺水區(qū)域和缺水區(qū)域1.1水資源到海枯河干的地貌受季風(fēng)氣候影響，我國水資源的時空分布不均。東南部濕潤,西北部干旱;南方水資源豐富,北方相對要少;夏季降水集中,冬季稀少。長江、黃河、淮河、海河四大流域土地資源集中,但與水資源分布不相匹配。其中,黃淮海流域土地面積占全國的13.4%,耕地占39%,人口占35%,GDP占32%,而水資源僅占7.7%,是我國水資源最為緊張的地區(qū),這對地區(qū)乃至全國可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生嚴重影響。眾所周知,淮河流域旱澇頻繁,大澇大旱災(zāi)害嚴重,如1991年大澇,流域受災(zāi)面積29180km2,受災(zāi)人口4837萬人,占全流域人口的33.5%,直接經(jīng)濟損失335億元。2001年淮河流域大旱,洪澤湖水位低于死水位0.75m,湖區(qū)主航道面臨斷航危險。雖然淮河流域雨量適中,年均降水量878mm,但因變率大,淮河之水可用不可靠。黃河是我國第二大河,流域面積79.47萬km2,桃花峪以下進入東部平原地區(qū),面積為2.24萬km2,只占全流域的0.8%。黃河多沙,河道多變,三角洲遼闊。現(xiàn)在的淮河和海河平原內(nèi),有相當(dāng)面積的土地由黃河泛濫泥沙塑造而成,也是當(dāng)前黃河外調(diào)淡水資源補給的范圍。1997年海河流域和淮河流域自黃河引水約56億m3和23億m3,山東半島引水12億m3,入海的徑流僅15.4億m3。1972年以來,黃河出現(xiàn)斷流現(xiàn)象,1997年山東利津斷流326d,河口斷流330d。因此,黃河進入東部平原,而黃河兩岸自身難保,現(xiàn)今更有壺口缺水,潼關(guān)細流,水資源遇到嚴重的挑戰(zhàn)。海河流域嚴重缺水,水資源開發(fā)已近90%。以1997年為例,地表水總量168.8億m3,而供水總量為434.2億m3,地表水不足部分由地下水補給,地下水占總供水的60.8%。地下水超采年均55億m3,已使地下水位埋深逐年下降,形成大面積的漏斗。因此,海河流域水資源已到?？莺痈傻木车?。長江是我國第一大河,水量豐富,年徑流總量9613億m3,為黃河的13倍,流域面積占全國的18.75%,水資源卻占29.26%,這就為優(yōu)化我國水資源配置,促進我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供了有利條件。1.2總體用水量長江三角洲是南水北調(diào)工程的水源區(qū)。該區(qū)雖然有長江奔流而過,但太湖流域也需要長江水的補給。長江有豐水、平水和枯水年的差異,有洪季和枯季的年際變化,流量變化大,最大流量92600m3/s,最小流量僅4620m3/s,71.7%的徑流量集中在5~10月,輸沙量則更為集中。三角洲地區(qū)人口稠密、田疇遍布,當(dāng)?shù)厮Y源并不如想像的那樣豐富。從上游到下游人均水資源地區(qū)分布基本呈減少的趨勢,江蘇、上海人均水量與中上游省區(qū)相比成一個甚至幾個量級上的差別,如云南人均水量5952.8m3/人,而江蘇、上海分別僅為480.9m3/人和201.2m3/人。太湖流域因人口稠密,人均水資源量也僅約500m3/人。與北方的北京、天津和山東相比,上海人均水量稍高于天津,還低于北京和山東。江蘇也不高,如果加上水質(zhì)的因素,實際上也缺水。由于工業(yè)化和城市化發(fā)展,江南水鄉(xiāng)也需要大量引用長江水。上海正向國際大都市邁進,充足的優(yōu)質(zhì)水供應(yīng)是一項重要要求。上海地區(qū)水資源主要來自太湖和長江干流過境,水量分別為106.6億m3和9335億m3,而本地水資源僅25.57億m3,但上海市現(xiàn)狀總用水量110.9億m3,本地水遠不能滿足需要。太湖流域來水是多年來上海的主要供水源,然而,太湖來水作為供水水源,有兩個不足之處:①特枯年甚至枯水年不能滿足上海供水需要;②水質(zhì)不能保證。近20年來,黃浦江上游來水污染有所增加,1989年松浦大橋基本為Ⅱ類水(根據(jù)GB3838—88《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》,下同),2000年黃浦江干流從三江口到吳淞口的89.2km評價河段,非汛期全部為Ⅳ類水質(zhì),汛期Ⅳ類水質(zhì)河段占39%,Ⅴ類河段占24.3%,劣Ⅴ類河段占36.6%,因此,上海是一個水質(zhì)型缺水城市,需要引用長江水。長江水質(zhì)基本屬于Ⅱ類水。20世紀80年代初和90年代初,在長江口南邊灘已修建了寶鋼水庫和陳行水庫,還需進一步引取長江水以彌補上海城市用水的不足。蘇、錫、常等沿江城市也都需要引用長江水,太湖流域已經(jīng)以長江引水作為水源,總抽水能力為680m3/s,旱年引江水量很大。另外,瀏河、黃浦江等流入長江口的支流,其下游受枯季鹽水入侵影響,也同樣會造成水質(zhì)惡化。2生態(tài)環(huán)境變化對表現(xiàn)黃水勢力的影響南水北調(diào)工程是一項巨大的系統(tǒng)工程,不僅要考慮調(diào)水線路和受水區(qū)的有關(guān)問題,也要考慮水源區(qū)的問題,特別是東線工程要考慮對長江口的影響。有關(guān)單位非常重視生態(tài)環(huán)境的影響問題,早在1978年中國科學(xué)院和水利電力部進行了有關(guān)環(huán)境影響的研究課題,當(dāng)時的主要結(jié)論是:占長江徑流量的比重很小,調(diào)水對引水口以下的長江水位、河道淤積和河口攔門沙位置等影響甚微,對長江口鹽水上侵可采取“避讓”政策。避讓則根據(jù)大通流量,當(dāng)流量小于10000m3/s時,采取枯季限制抽江水量的措施。經(jīng)過20年,特別是1998年,1999年兩次大洪水后,河道條件和各種環(huán)境因素有所變化,有必要將長江口生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀予以概要的說明。2.1水庫泥沙資源我國水利建設(shè)為了防洪、灌溉,修建了約85000座大中小型水庫,其中長江流域占一半以上。但水庫建設(shè)只是水資源在時間上的配置,而對入海徑流總量影響較小。近20年來,豐水、平水與枯水年相繼出現(xiàn),但1998年和1999年相繼以特大洪水年出現(xiàn),給河口河槽演變帶來了影響。水庫攔截了部分泥沙,兼之近年來上游有些山區(qū)水土保持發(fā)揮了作用,雖然上游局部河段、局部支流水土流失加重,但上游來沙量還是減少了。根據(jù)1951~1999年共48年完整泥沙整編成果,大通年均輸沙量4.34億t,其中1951~1984年平均值為4.72億t,1985~1999年平均值為3.53億t,2000年的輸沙量為3.39億t,近年來,大通以下輸沙量減少了約1/4。沙量的減少,相應(yīng)有機物質(zhì)吸附的載體減少了,必然會引起水質(zhì)變化,同時河口沉積過程也將產(chǎn)生相應(yīng)變化。2.2過水能力演替近20年來,長江口河勢在三級分汊、四口分流格局總體“不變”情況下,河床發(fā)生了一些變化,特別經(jīng)歷了1998年特大洪水以后,南支河道的白茆沙頭有所下移,南北港分流口于南港上口3個通道過水能力有所演替。南北槽分流口因深水航道治理的魚嘴工程得以穩(wěn)定。北支持續(xù)萎縮,1958~1998年的40年中,0m以下的河槽容積減少了56%。北支是一條漲潮水道,上段淤積相對嚴重,河道寬淺。1998年和1991年相比,下段連興港斷面0m以下斷面有所拓展,從36900m2發(fā)展為38200m2,連興港至三條港間-5m等深線以下面積從10km2發(fā)展到27km2,擴大了喇叭口河勢,1998年后北支上口出現(xiàn)中沙,過水?dāng)嗝嬗兴鶞p小,遂使長江徑流進入北支進一步減少,從過去的4%~6%減少到1.3%,潮流作用增強。2.3鹽水倒灌南支鹽水入侵有3條線路:南港、北港和北支,其中以北支最為嚴重,可繞過崇頭,侵入南支摻混向下擴展。這與入海徑流在3條汊道的分流比有關(guān),北支進潮量約占長江口進潮量的25%,但進入北支的徑流量目前只有1.3%,所以鹽度在其口門幾與正常海水鹽度相當(dāng),到上段鹽度仍較高。近年來進入北支的流量減少,鹽水倒灌南支加劇,如2001年9月18~19日陳行水庫鹽度超標,最高達590mg/L,當(dāng)時大通流量略小于40000m3/s,再如2001年3~4月北支上口水文測驗表明,大通流量在20000m3/s時,鹽水仍然嚴重倒灌南支。因此,目前將大通流量不到10000m3/s作為調(diào)水“避讓”指標,已不相適應(yīng)。而且從大通到徐六涇有500多km,枯季河口上段來水量遠低于大通流量數(shù)據(jù),1979年3月大通流量10400m3/s,實際到達河口在5000m3/s以下。另據(jù)分析研究,當(dāng)大通流量小于30000m3/s,青龍港潮差大于2m時,北支鹽水就有可能倒灌南支。因此,實行“避讓”應(yīng)根據(jù)北支鹽水倒灌實際情況來決定。2.4、三、黃蘇-錫、錫1978年以來,我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速,至2000年人口增加3億人,GDP增加了20倍,城市化水平從18%增加到36%。上海市以及蘇南地區(qū)工業(yè)化發(fā)展迅速,水環(huán)境污染也較嚴重。以黃浦江上游河段為例,20世紀80年代初期基本上為Ⅰ類水,80年代末至90年代初期基本上為Ⅱ類水,90年代末至今基本上為Ⅳ類水。蘇、錫、常水網(wǎng)亦復(fù)如此。20世紀80年代初長江徐六涇以下河口水質(zhì)優(yōu)良,而現(xiàn)在基本為Ⅱ類,岸邊局部河段為Ⅲ類或不足Ⅲ類。據(jù)2000中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報,長江自徐六涇以下均屬劣Ⅳ類水質(zhì)。雖然陸地水和海洋水標準有差異,但近20年來長江口水質(zhì)不斷惡化是事實,使口外水域赤潮發(fā)生的范圍和頻率增加。2.5浮游生物及底棲生物情況近20年來長江口及其鄰近海域受到過度捕撈和環(huán)境污染的影響,生態(tài)環(huán)境失衡,導(dǎo)致河口區(qū)生態(tài)系統(tǒng)全面衰退。據(jù)長江口生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀特征及修復(fù)工程研究,水生生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,物種減少。1998年與1983年相比,浮游生物減少69%;1998年與1992年相比,底棲生物減少54%;底棲生物生物量1998年比1982年減少88.6%。國家保護種如中華鱘、白鰭豚、胭脂魚等幾乎滅絕。河口是生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū),自然變化和人類作用將會產(chǎn)生怎樣的影響是一個亟須研究的問題。2.6濕地生態(tài)保護的現(xiàn)狀長江河口有遼闊的灘涂,1978年以來圍海造地50.76萬畝(約338.4?km2),長江每年帶來的泥沙在河口三角洲前沿和水下三角洲沉積,濕地面積基本能得到平衡,且近年來加強了濕地保護,一方面建立了濕地保護區(qū),如崇明東鳥類自然保護區(qū)、九段沙自然保護區(qū)和中華鱘自然保護區(qū);另一方面采取了工程促淤和種草促淤的生物工程,增加了河口沼澤的面積,改善了濕地的質(zhì)量,為濕地動態(tài)保護創(chuàng)造了有利的條件。長江口的生態(tài)環(huán)境變化復(fù)雜,既有自然的演變,又有人為因素的變化。流域大型工程對河口生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響,將是一個多學(xué)科綜合性復(fù)雜巨系統(tǒng)的問題。20年來的變化說明了這個問題。南水北調(diào)工程如何考慮對長江口的影響問題,需要在生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀基礎(chǔ)上進行調(diào)查和評價。3必要時南水北調(diào)重大工程應(yīng)盡可能地減少對長江口及鄰近海區(qū)生態(tài)環(huán)境的負面影響。在上述生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出如下一些意見和建議:3.1豐水季節(jié)水民調(diào)長江來水有洪枯季變化。洪水季節(jié)大通月均流量常逾50000m3/s,最大流量可達92600m3/s;枯水季節(jié)則不然,特別是1~2月月均流量常在10000m3/s左右,枯水年則6000~7000m3/s,最小流量僅4260m3/s?？菁竞涌邴}水上溯,影響上海水源地的水質(zhì)。若枯季調(diào)水北方,必將形成與長江下游以及河口區(qū)爭水的局面?！岸恼{(diào)”或“枯水洪調(diào)”是最有效的避讓,長江豐水季節(jié)調(diào)水黃淮海,可避免4個流域爭水現(xiàn)象。豐水季節(jié)從長江調(diào)水1000~2000m3/s,對生態(tài)環(huán)境不致造成顯著影響。然而,豐水季節(jié)從長江調(diào)水到用水區(qū),如何儲蓄以備需水季節(jié)利用,是需要解決的問題。有兩個途徑可供考慮:其一為平原水庫。特別是東線調(diào)水,進入山東后,南四湖、東平湖均可儲大量水;越過黃河,太行山麓沖積平原與沿海海濱平原之間有一系列洼地,均可擴大容水面積。中線也不乏蓄水之處,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。其二為地下水庫。海河流域地下水枯竭,而其地下沉積層構(gòu)造也很有利,太行山和燕山山麓一系列洪積扇沉積層,物質(zhì)粗松,透水性強,有利于地下水滲透,使含水層得到補充。3.2研究區(qū)性質(zhì)和研究方法目前長江入海水沙和化學(xué)徑流的數(shù)據(jù)控制斷面設(shè)在安徽大通。該處是長江河口的潮區(qū)界,但是距離河口入海尚有640km。而長江河口的徐六涇在20世紀50~70年代已經(jīng)形成了人工節(jié)點,自此以下分汊入海。所以,當(dāng)前有關(guān)研究和部門均以徐六涇向下為長江河口區(qū)。從大通到徐六涇相距約500km,在這范圍內(nèi),兩側(cè)匯水河流所占長江徑流入海總量比重很小,但被引調(diào)的水量卻很大,特別是枯水年枯水季節(jié)調(diào)水量所占比重甚巨,大通站很難對入海徑流量起到有效的控制作用。另外,這一區(qū)段城市化發(fā)展,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的點源、面源污染進入長江排入河口區(qū)的數(shù)量非?？捎^。雖然長江有自凈能力,但入海生源物質(zhì)污染物總量時空分布和區(qū)域性水沙調(diào)出水源區(qū)的時空數(shù)量分布同樣沒有可靠數(shù)據(jù),難為控制調(diào)水?dāng)?shù)量提供依據(jù)。為此,在徐六涇設(shè)置控制觀測斷面十分必要。雖然該斷面位于潮流界內(nèi),入海通量具體數(shù)據(jù)的取得有一定難度,但就目前的科學(xué)技術(shù)是可以解決的。為此,建議該觀測斷面盡早布設(shè)。3.3方案比較和設(shè)計長江口鹽水入侵,北支倒灌南支起著關(guān)鍵性作用。南支只有在特枯年份,南北港鹽水才上溯到瀏河、堡鎮(zhèn)以上水域。因此,控制鹽水入侵,北支治理是一項關(guān)鍵工程。關(guān)于北支治理問題,上?？睖y設(shè)計研究院曾做了多項規(guī)劃設(shè)計,包括圩角沙封堵方案,圩角沙—連興沙封堵方案,圩角沙—新隆沙封堵方案,新隆沙閘壩方案,連興沙束窄方案,北支河道束窄方案,北支崇頭—新隆沙束窄方案。此外,還有潮汐發(fā)電,北支修建深水航道等方案。這些大致可歸納為封堵、束窄和水庫3種方案。封堵方案牽涉省市關(guān)系、兩岸水系和灌排設(shè)施調(diào)整等,未能實現(xiàn);束窄方案,鹽水倒灌未見減輕,效果不大;水庫方案,兩岸均受其利,但涉及兩省市,協(xié)商有日。大量調(diào)查研究表明,枯季北支鹽水倒灌是影響南支水質(zhì)的主要原因。北支建擋鹽閘可能是遏制北支鹽水倒灌的一條有效途徑。如今滬崇蘇大通道已提到議程,這項工程在北支建橋的基礎(chǔ)上,橋閘結(jié)合,臺風(fēng)季節(jié)可以擋暴潮,枯水季節(jié)可以擋鹽水,乃一舉兩得。而且北支修建閘橋工程實際上是對南水北調(diào)起到支撐作用的一項重要工程。3.4人工建設(shè)水庫和水質(zhì)豐富，成為了駁岸的一個重要的引太湖雖然是上海的主要水源,但在量和質(zhì)上都不能滿足上海水源的要求,因此,長江河口水資源是上海賴以發(fā)展的重要水源地,已經(jīng)建設(shè)的寶鋼水庫和陳行水庫,其水質(zhì)都能達到較好效果。目前,上海城市給水尚有230萬~280萬m3/d的缺口。20世紀90年代以來,上海就在長江河口江心的青草沙尋求干凈