黑河中游地區(qū)水資源供需分析

黑河中游地區(qū)水資源供需分析

水資源是環(huán)境的一個組成部分，也是一個國家利益的有機組成部分。隨著經(jīng)濟建設(shè)全方位、大規(guī)模快速發(fā)展,我國工農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民生活對水資源的需求量日益增加,水資源短缺和水環(huán)境惡化等問題越來越突出,已成為我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。水資源供需平衡也成為目前研究的一個熱點問題。開展水資源供需平衡分析,對水資源的開發(fā)利用獲得最大的經(jīng)濟社會和環(huán)境效益,滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對水量和水質(zhì)的日益增長的需求,同時在維護水資源的自然功能,維護和改善生態(tài)環(huán)境的前提下,合理充分地利用水資源,使得經(jīng)濟建設(shè)和水資源保護同步發(fā)展,都具有重要意義。1社會經(jīng)濟環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的需要位于河西走廊中部的黑河是我國第二大內(nèi)陸河,以鶯落峽和正義峽為界被分為上、中、下游三個部分。中游地區(qū)主要包括張掖市的甘州區(qū)和山丹、民樂、臨澤、高臺等縣(圖1),土地面積為2.56萬km2。本區(qū)年均氣溫為7.6℃,降水量140mm左右,而蒸發(fā)量卻高達1700mm。“非灌不殖”、“地盡水耕”是本區(qū)最顯著的特點。發(fā)源于祁連山的黑河水系是中游地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要依托。中游地區(qū)地勢平坦,土地廣闊,光熱資源豐富,是我國重要的商品糧基地和蔬菜生產(chǎn)基地,因而,這里也是流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū),是黑河流域的精華所在。然而近年來,隨著中游地區(qū)人口的迅猛增加和社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,用水量逐年增加,缺水矛盾日益凸現(xiàn)出來,水已成為該區(qū)社會經(jīng)濟環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的主要限制因子。在現(xiàn)實水資源利用供需矛盾日益突出的情況下,如何合理高效地開發(fā)利用水資源,促進社會經(jīng)濟環(huán)境大系統(tǒng)的良性循環(huán),成為本地區(qū)各級決策者關(guān)注的焦點之一。合理的預(yù)測水資源的需水總量及需水結(jié)構(gòu)以及在此基礎(chǔ)上進行的供需平衡分析,無疑會為該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展模式的選擇,水利工程的建設(shè)提供合理的科學(xué)依據(jù)。2水資源及其開發(fā)利用2.1地表水和地下水資源量黑河中游地區(qū)多年平均地表水和地下水資源總量為26.50億m3,其中多年平均可利用地表水資源量24.75億m3,包括黑河干流鶯落峽站15.80億m3,梨園河梨園堡站2.37億m3,其他沿山支流6.58億m3,另外與地表水不重復(fù)的地下水資源量為1.75億m3(表1)。根據(jù)2002年甘肅省水利綜合年報公布的數(shù)字計算,2002年水資源總量為26.03億m3,其中地表水資源總量為24.22億m3,地下水資源總量為15.14億m3,與地表水不重復(fù)的地下水資源量為1.81億m3。2.2水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀2.2.1結(jié)構(gòu)工程類型2002年,黑河中游各類工程總供水量20.29億m3。其中地表水供水量為16.99億m3,地下水供水量為3.30億m3。向農(nóng)業(yè)供水20.19億m3,向工業(yè)供水0.03億m3,向城鎮(zhèn)生活供水0.07億m3(表2,表3)。2.2.2水系總體用量及構(gòu)成新中國成立以后的50多年以來,隨著人口和耕地面積的快速增長以及社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,黑河中游地區(qū)進入了大規(guī)模的水資源開發(fā)利用時期。通過興修水利、灌溉渠系、引水樞紐,為工農(nóng)業(yè)供水,特別是為農(nóng)業(yè)供水創(chuàng)造了條件,用水量不斷增加。目前在中游,集中了全流域91%的人口,農(nóng)業(yè)耕地面積占全流域的94.66%,區(qū)域用水量占全流域用水量的82.6%,耗水量占到76%,中游地區(qū)已成為黑河流域的主要用水區(qū)和耗水區(qū)(圖2,圖3)。2002年黑河中游用水總量為23.12億m3。包括地表水20.91億m3和地下水2.21億m3。在所用地表水總量中,其中農(nóng)田灌溉用水量為18.34億m3,林牧業(yè)用水量為1.78億m3,工業(yè)用水量為0.39億m3,城鎮(zhèn)生活用水量為0.17億m3,農(nóng)村生活用水量為0.24億m3。在所用地下水總量中,其中農(nóng)田灌溉用水量為1.82億m3,工業(yè)用水量為0.28億m3,城鎮(zhèn)生活用水量為0.06億m3,農(nóng)村生活用水量為0.05億m3。從總體用水情況來看,2002年,農(nóng)田灌溉用水量為20.16億m3,占總用水量的87.2%;林牧業(yè)用水量為1.78億m3,占總用水量的7.7%;工業(yè)用水量為0.66億m3,占總用水量的2.86%;城鎮(zhèn)生活用水量為0.23億m3,占總用水量的0.99%;農(nóng)村生活用水量為0.29億m3,占總用水量的1.25%。從用水結(jié)構(gòu)來看,黑河中游地區(qū)農(nóng)業(yè)仍然是用水主體,用水量占到總用水量的95%,隨著工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)用水量在總用水量中所占份額逐漸增加;從用水來源看,主要以開發(fā)利用地表水為主,相應(yīng)地,地下水也有一定程度的開發(fā);從干旱區(qū)水資源的開發(fā)利用所要經(jīng)歷的幾個階段來看,黑河中游地區(qū)目前正處于第二個階段,即地表水和地下水聯(lián)合開發(fā)利用階段(圖4)。3生態(tài)用水需求預(yù)測對黑河中游地區(qū)水資源供需形勢預(yù)測,是在假定現(xiàn)狀用水水平和現(xiàn)狀工程條件基本不變,農(nóng)業(yè)灌溉維持現(xiàn)狀規(guī)模,種植結(jié)構(gòu)不變,生態(tài)用水按照低限需求的前提下,僅考慮人口增長、社會經(jīng)濟發(fā)展以及城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村人畜生活用水和工業(yè)用水增長,以2002年為現(xiàn)狀年,以2006年和2010年為預(yù)測年,對本地區(qū)未來需水量進行預(yù)測和供需平衡分析。3.1社會經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)的預(yù)測3.1.1農(nóng)業(yè)人口分布本文采用時間趨勢外推法對黑河中游地區(qū)的人口進行預(yù)測。2002年,黑河流域中游地區(qū)人口總數(shù)為123.37萬人,其中農(nóng)業(yè)人口96.61萬人,城鎮(zhèn)人口26.77萬人。預(yù)測2006年總?cè)丝趯⑦_128.41萬人,其中城鎮(zhèn)人口為32.48萬人,農(nóng)業(yè)人口95.94萬人;2010年總?cè)丝跒?39.66萬人,其中城鎮(zhèn)人口為44.82萬人,農(nóng)業(yè)人口為94.84萬人。3.1.2旅游2002年,中游地區(qū)擁有耕地面積18.18萬hm2,農(nóng)田灌溉面積為14.60萬hm2。按照黑河流域治理規(guī)劃,假定黑河中游地區(qū)的耕地面積在未來保持現(xiàn)狀不再增加,那么,預(yù)測年2006年和2010年的農(nóng)業(yè)灌溉面積仍維持現(xiàn)狀14.60萬hm2的規(guī)模。3.1.3張后期工業(yè)影響企業(yè)年增長率2002年黑河中游地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值為30.45億元,按照張掖市出臺的《張掖地區(qū)工業(yè)強區(qū)戰(zhàn)略目標(biāo)》預(yù)測的要求,未來張掖市工業(yè)總產(chǎn)值的年增長率要保持在15%以上。因此按照最低增長率15%計算,預(yù)測年2006年中游地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值為46.31億元,2010年為93.15億元。3.2需要水支持3.2.1農(nóng)田灌溉需水量3.2.2工業(yè)萬元利用率確定工業(yè)需水預(yù)測采用行業(yè)萬元產(chǎn)值耗水定額和重復(fù)利用率進行計算。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、升級和水資源重復(fù)利用率的不斷提高,工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量會逐步降低。結(jié)合黑河中游地區(qū)的實際情況,擬定2006年、2010年工業(yè)萬元產(chǎn)值需水定額分別采用115~155m3和100~120m3。相應(yīng)預(yù)測年2006年和2010年工業(yè)需水量水平分別為0.71億m3和1.12億m3。3.2.3預(yù)測結(jié)果及需水量預(yù)測生活需水分農(nóng)村生活需水和城鎮(zhèn)生活需水,其中農(nóng)村生活需水包括農(nóng)村居民生活需水和牲畜生命需水,城鎮(zhèn)生活需水分城鎮(zhèn)居民家庭生活需水和市鎮(zhèn)公共需水。3.2.4植被生態(tài)需水量生態(tài)需水到目前為止還沒有一個通用的定義,研究者常常根據(jù)需要界定其含義。本文的生態(tài)需水主要指“保護和恢復(fù)黑河中游地區(qū)天然植被及生態(tài)環(huán)境、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設(shè)”等方面用水,主要包括農(nóng)田防護林、人工及殘存天然林草等方面。黑河中游地區(qū)植被生態(tài)需水量主要是運用2001TM遙感數(shù)據(jù),1951—2001年氣象資料以及1991—1993年植物蒸騰耗水觀測數(shù)據(jù),借助GIS技術(shù)和統(tǒng)計分析手段,采用阿維里揚諾夫估算方法計算所得。黑河中游地區(qū)生態(tài)建設(shè)需水量很大,現(xiàn)階段僅考慮臨界植被生態(tài)需水量,結(jié)果見表5。3.3供需平衡分析采用公式F供-M需=±ΔW進行水資源供需平衡分析。在75%和90%的保證率下,2006年和2010年水資源供需平衡結(jié)果見表6。4討論水資源可持續(xù)利用的對策4.1參數(shù)水平對氣候變化的作用研究表明,祁連山區(qū)增雨(雪)有著優(yōu)越的自然條件,空中水汽資源相對豐富,據(jù)計算,山區(qū)空中水汽約有15%左右形成降水。除了水汽豐富有利于增加降水外,祁連山區(qū)獨特的地理條件使其成為人工增雨(雪)的極佳地區(qū)。首先,祁連山區(qū)的高大地形容易截獲過境的空中水汽,地形又處于迎風(fēng)坡的位置,氣流爬坡作用形成的輻合上升運動會進一步激發(fā)云和水汽上升凝結(jié)過程,非常有利于人工催化后的云在地形抬升的作用下凝結(jié)成雨;其次,祁連山區(qū)全年云量豐富,具備全年候人工增雨(雪)的良好條件,冬季人工增雪加大祁連山區(qū)冰雪蓄積,其融化產(chǎn)生的徑流可有效調(diào)和補充少雨節(jié)季的用水;再之,祁連山區(qū)地表溫度低,地面蒸發(fā)量弱,本地?zé)o效消耗較小,人工增加降水的利用效率較高。此外,近年來祁連山區(qū)空中水汽有增加的趨勢。利用美國NCEP的資料,發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)空中水汽年代際變化在20世紀(jì)60年代和70年代呈現(xiàn)減少的趨勢,但80年代后,空中水汽顯著增加,特別是甘肅西部增加最為明顯(圖5),這無疑對在祁連山區(qū)實施人工增雨作業(yè)是一個十分有利的氣候變化背景。根據(jù)在祁連山區(qū)人工增雨實驗所得出的初步結(jié)論,我們大體推算可為祁連山-河西走廊內(nèi)陸河流域增加降水10%~15%,約每年可增加降水7億m3。這將對緩解河西走廊以及黑河中游地區(qū)水資源供需矛盾,改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境有著不可替代的積極的貢獻。4.2優(yōu)化耕地布局,加大農(nóng)業(yè)發(fā)展力度,不斷拓寬黑惡勢力,大力推進高效農(nóng)業(yè)在黑河中游地區(qū),農(nóng)田灌溉用水占總用水量的87.2%,大大高于全國平均水平,水資源浪費嚴(yán)重,利用效率低。要解決黑河中游水資源配置不合理、農(nóng)業(yè)用水比重過大、水資源浪費嚴(yán)重等問題,需進一步調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),充分考慮區(qū)域水資源的承載力,量水而行,發(fā)展高效、節(jié)水、特色農(nóng)業(yè)。一是要“以水定地”。黑河中游土地資源豐富,但水是主要矛盾,因此要按照“以水定地”的原則來確定合理的灌溉耕地面積,嚴(yán)格控制耕地發(fā)展規(guī)模,達到水土資源的合理平衡利用。二是壓縮高耗水作物種植面積。進一步壓縮帶田和小麥、玉米等普通糧食作物種植面積,擴大牧草、經(jīng)濟作物種植面積,大力發(fā)展低耗水耐旱優(yōu)質(zhì)作物的種植,以減輕水資源的承載壓力。三是發(fā)揮比較優(yōu)勢,加快配置優(yōu)勢主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)黑河中游的自然地理特點和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求,應(yīng)大力發(fā)展草畜、制種、果蔬、花卉和啤酒花、釀酒葡萄、中藥材等輕工原料生產(chǎn),并逐步把它們培育成主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。此外要大力推廣先進的灌溉技術(shù),如滴灌、噴灌等。已有實踐證明,地膜與滴灌技術(shù)相結(jié)合可較常規(guī)灌溉省水40%~50%,增產(chǎn)10%~20%,增加綜合經(jīng)濟效益40%以上。4.3虛擬水戰(zhàn)略法虛擬水概念是由英國人Allan教授于1993年提出的,是指生產(chǎn)商品和服務(wù)過程中消費的所有水資源數(shù)量。虛擬水不是真實意義上的水,而是以“虛擬”的形式包含在產(chǎn)品中的“看不見”的水,因此也被稱為“嵌入水”和“外生水”。虛擬水戰(zhàn)略是指缺水國家或地區(qū)通過貿(mào)易的方式從富水國家或地區(qū)購買水密集型農(nóng)產(chǎn)品(尤其是糧食)來獲得水和糧食的安全。虛擬水貿(mào)易提供了水資源的一種替代供應(yīng)方式,能更好的解決干旱缺水地區(qū)水資源短缺的問題,以減輕局地水資源緊缺的壓力。從長遠來看,黑河中游要實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,維護本區(qū)的生態(tài)安全和水安全,還需要加強在虛擬水方面的深入研究。5水資源的開發(fā)利用建議基于對以上農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活需水預(yù)測成果進行分析,可以看出,未來黑河中游地區(qū)水資源需求量將呈不斷增加趨勢,供需矛盾將會越加突出。2006年和2010年,在75%和90%的保證率下,現(xiàn)狀水資源工程均無法滿足各類用水需求,約有3.38~4.72億m3和3.93~5.27億m3的缺口,缺水率將達16.58%~23.16%和18.78%~25.18%。未來需水增長的過程也是需水結(jié)構(gòu)變化的過程,但需水結(jié)構(gòu)的基本格局不會發(fā)生顯著的變化,種植業(yè)仍然是中游地區(qū)用水大戶,隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展,工業(yè)和生活需水將會呈上升態(tài)勢。為了保證黑河中游地區(qū)水資源的可持續(xù)開發(fā)利用,從目前來看,主要