浅谈海河流域水资源与水环境综合管理规划的特点
苗慧英 李京善 赵莉花 顾正斌
摘要:简要介绍了目前正在进行的海河流域水资源与水环境综合管理规划所蕴含的新理念、新技术和新方法。在总结GEF 海河项目的有关成果和经验的基础上,通过拓展试点,最终在全国更大范围内推动以ET(蒸腾蒸发) 为中心的流域与区域水资源与水环境综合管理,对促进节水型社会的建设,遏制地下水的进一步超采,改善生态环境等,均具有非常重要的现实意义和长远意义。
关键词:水资源与水环境;综合管理;规划; ET
中图分类号: TV212. 4 文献标识码:A 文章编号:1672-1683 (2010) 01-0000-00
Characteristics of Integrated Water and Environment Plan in the Haihe River Basin
Abstract : This article introduced the new concept, new technology and new measures accumulated in the Haihe River Basin integrated water and environment plans. On the basis of the achievement and experience from the GEF Haihe River Project , through demonst ration and extension, we promoted the integrated basin and regional water resources and environment management using ET as t he center concept in the whole nation ,which has an important realism and significance for facilitating water saving society and decreasing the groundwater over-exploitation and improving the eco-environment .
Key words : water resources and water environment ; Integrated management ; plan ; ET
全球环境基金(GEF) 赠款资助的“海河流域水资源与水环境综合管理”项目,旨在提高流域水资源与水环境的综合管理水平,减轻流域水污染状况,从而改善渤海的水环境质量。其中“水资源与水环境综合管理规划( IWEMP) ”是GEF 海河项目的核心,其目标是:在充分研究现状水资源和水环境特点及存在问题的基础上,从改革水管理体制入手,加强水管理部门之间的合作;同时引入ET(蒸腾蒸发) 管理的理念,以知识管理开发和遥感监测ET 作为技术支撑,通过各种工程和非工程措施,提高水资源利用效率,有效缓解水资源短缺的危机,改善生态环境,使地下水超采速度有较大幅度的减缓,地表水体较现状有明显改观,实现水资源与水环境管理的一体化。其间蕴含的一些新理念、新技术和新方法,既是在水资源管理上的创新,又是对我国传统水资源管理理论与方法的改革[1] 。
1 管理机制的创新
1. 1 “自上而下,自下而上”的合作机制
世界银行的理念指出:流域水资源与水环境综合管理是一系列的“自上而下”和“自下而上”同步进行的活动。“自上而下”的活动包括建立法律、政策、规章制度、标准以及水资源分配等[2] 。具体体现在省(直辖市) 、地(市) 和县(市、区) 各级之间,上级对下级需要有明确的技术与政策的指导,以明确定义其水资源可利用量、允许消耗的E T 数量、允许的污水排放量、河道中应存留的水量、需要向下游输送的水量、污染物控制和过境污染物数量等,使下级工作目标明确,有的放矢。
“自下而上”的活动包括在县级(以及乡镇、村以及个体用水者) 进行的水资源与水环境综合管理的规划和实施,包括水权、打井许可管理和强制执法、污染排放控制、产业结构调整、“真实”节水措施、污水处理和中水回用等。强调公众参与,推行社区驱动发展(CDD) 和建立农民用水协会(WUAs) 是实现“自下而上”的一种有效机制,是提供农民参与管理的保证[3] 。在水资源与水环境综合管理规划中,“自下而上”的活动还包括不定期地召开相关部门代表的联席会议,讨论、协商规划中的问题,听取公众意见,了解公众意愿,采纳公众建议,形成一种互惠、互利、互动的协商机制,实现社区参与式的规划和管理,保障规划的顺利开展与实施。
水资源管理中“自上而下”、“自下而上”的活动是非常重要的。一方面,上级层面的法律、政策、规章制度、标准等等是对下级工作的规范与指导;另一方面,只有不断通过实践的检验和验证,也才能使其日趋合理、日臻完善。
1. 2 横向和纵向的结合
横向与纵向相结合,即建立多部门、多层次的沟通和协作机制。
世界银行在本项目下强调,GEF 海河流域水资源与水环境综合管理项目的关键是需要最大程度地横向与纵向的结合。横向结合是指跨部门间的协调与合作,即水利、环保、农业、城建等有关部门的协作与配合,共同推进水资源与水环境综合管理规划的编制与实施;纵向结合包括在中央级和海河流域级、漳卫南运河子流域级,以及天津市和各县(区) 、北京市和各县(区) 、河北省和各县(市) 的项目活动间的直接联系以及持续互动。此外,项目的横向和纵向的结合还包括不同内容、不同项目办公室、联合专家组和技术承担单位间的技术互动,以确保实现项目技术在横向和纵向间实现最大程度的结合。
2 引入前沿技术
2. 1 引入遥感监测E T 技术并应用于水资源管理[4]
ET 是水资源最主要的消耗量。我国开展ET 监测并应用于农业生产,始于20 世纪50 年代,由于受监测方法和手段的制约, ET 监测主要用于灌溉用水的管理中,指导灌区灌溉制度和配水方案的设计。本项目中,世界银行以全新的视角,推荐采用卫星遥感技术监测ET ,提出实施流域和区域的ET管理。
遥感监测ET , 是最新的国际尖端技术。与以往试验研究和人工监测ET 相比,遥感监测E T 有多方面的优越性[5] 。
①利用卫星遥感监测ET , 比人工观测省工、省力, 直接及时、方便快捷。
②人工监测ET 由于受人力、时间、资金以及外界条件等诸多因素的限制,只限于有监测点或监测站的局部地域上几种主要作物的ET ,对小品种作物ET 的观测则无力顾及,而对非耕地E T 和生态环境ET 更是束手无策;而卫星覆盖面全,分辨率高,很容易解决这些问题。
③可在不同尺度的区域内进行全面、系统、连续的ET 监测。遥感监测ET 技术的应用,使测定各种尺度的ET 并掌握ET 的空间分布成为可能,也使应用遥感监测E T 在流域与区域范围内全面实施ET 管理成为可能[6] 。
所谓E T 管理, 即通过减少蒸腾蒸发( ET) , 来达到“真实”节水,改变地下水超采的现状,逐步实现地下水采补平衡目标,达到水资源可持续利用的目的[7] 。与传统的水资源管理相比, ET 管理在重视工程节水措施的同时,更加注重管理和农业节水措施。众所周知,工程节水措施(如灌溉工程配套、渠道衬砌、低压管道输水、地面灌溉设施改善、建设喷灌和滴灌系统等) 主要是减少灌溉水的流失和渗漏,是对灌溉水利用率的提高;而农业节水措施(如土地平整、深翻深松、免耕少耕, 平衡施肥、秸秆还田和增施有机肥,提高土壤肥力,推广塑料薄膜覆盖及保护地栽培,发展设施农业,普及良种和使用抗旱保水剂,改进种植结构和栽培技术等) 则是减少农田的蒸腾蒸发消耗量(ET) , 才是“真实节水”[8-9] 。通过ET 管理,达到水资源与水环境综合管理中的宏观总量控制、微观定额管理的要求。
遥感监测更及时、更客观、更广泛, 是ET 监测的发展方向,而将遥感监测ET 技术应用于流域与区域水资源综合管理中,则是对传统的水资源管理理论和手段的改革与创新[10] 。
2. 2 知识管理(KM) 的开发应用
知识管理(KM) 系统的开发应用是GEF 海河项目的核心内容之一。实施知识管理( KM) 的开发,充分利用3S( GIS/GPS/ RS) 技术,建立KM 系统,形成一个流域水资源与水环境管理信息的存储、管理和共享中心,主要包括数据整理与传输、基础平台、数据库、业务管理系统、系统开发标准与规范、系统安全体系、人员培训与运行维护等。其中的基础信息平台包括信息交换系统和共享数据库,信息交换系统是连接水利和环保信息的桥梁,通过信息交换分系统双方可以及时取得所需要的对方的监测信息和历史资料,从而真正建立起一种信息共享、信息交流和相互协作的机制;共享数据库是水利与环保两部门根据协议共享的数据。
KM 系统的开发应用,将实现水利、环保部门信息资源的共享,实现水量与水质的统一管理,取水许可和排污许可的综合管理,为流域的水资源与水环境综合管理提供及时、有效的科学依据。
2. 3 SWAT 模型的开发应用[11-13]
SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 模型是以GIS为基础的一个水平衡模型,是一个开放式的典型分布式水文模型。SWAT 采用现代Windows 界面,是一个模型和GIS的综合型系统,模型中考虑了水和化学物质从地表到地下含水层再到河网的全部运动过程,可以应用于数千平方英里的流域的水质水量模拟。SWAT 被EPA (United States Envi-ronmental Protection Agency ,美国环境保护局) 、NOAA (National Oceanic & Atmospheric Administ ration/ USA ,美国国家海洋气象管理局) 、大学、咨询公司等广泛采用。在其它国家的大学、科研机构和咨询公司等也得到了广泛的应用。其主要应用领域包括评价分析土地利用对水文过程和水质的影响、预报气候变化的影响等。
SWAT 模型不仅是进行现代水资源规划的一个强有力的工具,同时也是一个进行水资源管理的有效工具。当一个特定的流域或区域SWAT 模型建立之后, SWAT 模型可以根据输入的气象数据跟踪模拟水循环的过程,以指导我们进行水量的分配与使用,以及水环境的变化情况。
在GEF 海河项目中引进SWAT 模型作为流域与区域水平衡分析和ET 管理的重要工具,在所开展的水资源与水环境综合管理不同方案进行情景分析的基础上,利用SWAT 模型进行不同规划方案的比较、分析,以提高规划成果的科技水平。
3 采用新方法
3. 1 水资源的供耗分析
多年来,我国水资源规划与管理中一直沿用供需平衡的方法,即分别计算水资源的可供水量和国民经济发展各行业未来的需水量,然后将二者进行比较。当可供水满足不了需水要求时,再通过“开源节流”(所谓“开源”,即开辟新水源,充分利用水库、坑塘、洼淀存蓄工程、中水回用、海水淡化等措施想方设法扩大供水量;所谓“节流”,主要是采取渠道防渗、管道输水等措施以及采用喷灌、滴灌、微喷灌和管道灌溉等节水灌溉技术,提高渠系水的利用率和灌溉水的有效利用率) 来满足“供需平衡”,其间更多关注的是如何寻找水源和兴建节水工程。
多年的实践与经验、教训表明,这种“以需定供”的工程型管理理念对资源性缺水地区来说是不适用的,应当更多关注的是资源性节水,也就是世行提出的“真实节水”。基于这一理念,世行提出采用供耗平衡分析,即可供水量和耗水量(即蒸腾、蒸发ET) 间的平衡关系。由此,区域水量平衡方程为:
P + I + CS = ET + O (1)
或写为
E T = P + CS + I - O (2)
式中: P —区域内年降雨量; I —年入境流量(包括地表水、地下水) ; CS —年内区域内各种储变量之和(包括地表水、地下水、土壤水) ; E T —年蒸发蒸腾量; O —年出境流量(包括地表水、地下水) 。
这一平衡过程反应的是降水、地表径流、入渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾等的自然循环过程,突出了降水、蒸发和径流三个主要环节。通过这一平衡式可计算蒸腾蒸发量(ET) ,并可采取行之有效的措施控制ET,减少地下水开采量,使地下水位恢复到平衡状态,改善水环境,达到水资源可持续利用的目的。
水的供耗平衡才是描述和解决水资源、水环境问题的正确方法和途径。只有以水的自然循环达到平衡为出发点,才能使生态环境免遭破坏,才能使可持续发展得到保证[14] 。
3. 2 基于ET 的水权管理
2000 年10 月原水利部部长汪恕诚提出“水权和水市场”的观点,各地进行了积极实践和探索,出台了众多与水权制度建设相关的政策法规和指导性文件,极大的调动了人们节约用水的积极性,最大程度地发挥了水资源配置效率和效益。而在GEF 海河项目中,结合“真实节水”的理念,世界银行提出的是一种新的水资源管理方法,即基于ET的水权管理,指出水权应该包括“取水、耗水、排水”三要素。
取水,即从“源头”控制用水。如果取水不加以控制,一味取水扩大再生产,势必增大ET,增加耗水,这既不是“真实节水”,也不符合可持续发展要求。
耗水,即E T ,是水资源最主要的消耗量。按照水量平衡理论,对于一个流域或区域,在降水和外来水一定的条件下,要使区域地下水位不下降,出流保持稳定,关键是要控制区域ET , ET便成为水权体系的核心指标,水权的分配,水权、水市场的监督与管理,最终都必须落实在对E T的分配和监管上;在水权分配的基础上,通过采取各种工程、农艺、管理等措施,实现真实节水,降低ET 值,达到控制耗水的目的。
排水,即要满足水质要求。水资源的可持续利用必须实现水量水质的统一管理,因此水质也应该纳入到水权体系中,即提出相应的排水的水质指标,应满足水功能区或水环境功能区的要求。
水权管理的“三要素”,对于水权体系的管理和水市场的运行是十分重要的。目前GEF 海河项目有关专题已经对基于ET的水权管理进行了多方面的研究和实践,并初步取得了一些成果和经验,特别是馆陶县和成安县作为县级水权管理和打井示范许可的示范县,通过确定和分配目标ET ,推行ET 管理,取得了显著的成果。
4 结语
GEF 海河流域水资源与水环境综合管理规划中所突出的这些新思路,已在河北省邯郸市的成安、馆陶等县得到应用,并取得了较为显著的成效,尤其成安县项目区成效显著。据监测,通过E T 管理,实行“总量控制、定额管理”———即通过取水许可控制总量、通过水权制度管理用水定额,成安县项目区每年地下水位均有较大幅度升高:基准年2004 年地下水位埋深(浅层) 25.47 m , 2005 年、2006 年、2007 年分别为27.320 m、31.84 m、34.79 m ,与2004 年相比每年上升1.83m、6.37m和9.32 m ,效果显著。因此,总结GEF 海河项目的有关成果和经验,通过拓展试点,最终在全海河流域乃至全国范围内推动以ET为中心的流域与区域水资源与水环境综合管理,对促进节水型社会的建设,遏制地下水的进一步超采,改善生态环境等,均具有非常重要的现实意义与长远意义。
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作者简介:苗慧英(1968-) ,女,河北保定人,高级工程师,硕士,主要从事水资源和水环境方面的研究。
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