海河流域水资源利用与管理探析

摘要: 海河流域在全国七大水系中属资源型缺水河流, 常年的供水不足造成该地区水资源总量下降。而该地区又是农业和工业相对发达的地区, 对水资源的需求量非常大。海河流域的供用水现状及开发利用问题分析结果表明, 其开发利用率大大超过了合理上限。为此, 有必要采取措施对对海河水资源、水生生态进行保护和优化配置。

关键词: 水资源; 海河流域; 利用; 保护

中图分类号: X321; TV211.1 文献标识码: A文章编号: 1007-2284(2011)01-0004-05

An Analysis of the Utilization and Management of the Haihe River's Water Resources

LIU De-min, LUO Xian-wu, XU Hong-yuan

Abstract: The Haihe River is a river short of resources in the seven river systems o f the nation. The inadequate water supply each year causes the amount of water resources to decline. However, the agricultural and industry is more developed in this area, the requirement of amount for water resources. The current situation of water supply and the problems of water resources ex ploitation are analyzed and the suggestion for the water resources pxploitation and manag ement are proposed.

Key words: water resources; the Haihe River ; exploitation; protection

1 概述

海河流域包括滦河、海河和徒骇马颊河三大水系。其中海河水系又包括北三河(蓟运河、潮白河、北运河)、永定河、大清河、子牙河、黑龙港及运东地区( 南排河、北排河)、漳卫南运河及海河干流。全流域面积在500 km2 以上的河流共有113 条。

具有河流众多、水系分散、源短流急、水量呈季节性变化显著、中下游河道人工化明显等特点。海河流域地处北方, 降水量相对较少, 河流多为季节性河流。资源配置很不均匀, 夏季多雨, 冬季干旱。并且年际变化也很大, 洪涝和干旱灾害交替出现。

2 海河流域水资源开发利用现状

2. 1 海河流域的供水现状

以2005 年为例, 海河流域2005 年总供水量为401. 02 亿m3 。当地地表水供水量86. 16 亿m3, 占总供水量的21. 6%; 引黄水量38. 92亿m3, 占9. 7%; 地下淡水267. 67 亿m3, 占66. 6%, 其中浅层淡水227. 85 亿m3 , 深层承压水39. 82 亿m3、微咸水、再生水、集雨工程、海水淡化等非常规水源利用量8. 27亿m3 , 占2. 1%。流域内各省区市供水情况见表1。

表1 海河流域2005年供水量

Tab. 1 Hai-river supply of water in 2005 亿m3

注: 数据来源: 海河流域综合规划, 2009-07。

由图1 可以看出, 各省市对地下淡水的开采量都是非常严重的, 尤以河北省最为严重, 河北省多年缺水, 降雨和引黄河水的量都非常小, 因此大规模的开采地下水。山东省对黄河水的利用率最高。非常规水源的开采量都是非常低的。各省市对地下淡水的开采集中在浅层地下水, 如图2 所示。

图1 2005 年海河流域各省市供水情况对比

Fig. 1 Comparing the supply water among provinces and municipality in Hai-river

图2 2005 年海河流域各省市地下淡水利用对比

Fig. 2 Comparing underground fresh water among provinces and municipali ty in Hai-river

2. 2 海河流域的用水现状

海河流域2005 年用水量401. 02 亿m3 。其中农田灌溉用水量为254. 01亿m3 , 占总用水量的63. 4%; 林牧渔用水量为17. 51 亿m3 , 占4. 3%。农业总用水量272. 23 亿m3 。农村生活用水25. 18 亿m3 , 占6. 3%。城镇生活用水量为36. 04 亿m3 , 占9. 0%; 工业用水量为65. 01 亿m3 , 占16. 2%; 城市间河湖用水量为3. 2 亿m3 , 占0. 8%。2005 年实际用水情况见表2。

表2 海河流域2005年用水情况

Tab. 2 Hai-river water consumption in 2005 亿m3

注: 城镇生活用水包括居民生活和公共生活用水。农村生活用水包括农村居民生活和牲畜用水。

由图3 可以看出, 在城镇生活用水中工业用水占的比例较大, 其中尤以京津冀工业区最为明显, 河北地区工业发展迅速,所以工业用水量非常突出。在工业体系中, 火电消耗的水量占了18%。

图3 2005年海河流域城镇地区用水情况

Fig. 3 Regional urban water consumption in 2005in Hai-river

由图4 可以看出, 农村用水大户是灌溉用水, 海河流域的几个省市都是农业大省, 是全国的粮食主产区, 所以水量消耗非常大, 以河北省为例, 灌溉用水占了该省全年用水的87%。

图4 2005 年海河流域农村地区用水情况

Fig. 4 Rural area water consumption in 2005in Hai-river

由图5 可以看出, 除北京外, 海河流域的其他省份的农村用水量均大于城市用水量, 北京地区的城市化进程在海河流域地区是最快的, 河北省由于近年工业发展迅猛所以城市耗水量比较大。

2. 3 海河流域的水资源开发利用率

以1995- 2005 年实际水资源平均开发状况分析海河流域的水资源开发用程度。全流域1995- 2005 年年均地表水资源148亿m3 , 年均当地地表水供水量99亿m3, 地表水开发利用率为0. 67, 其中海河北系达到0.88。海河流域地表水开发利用率大大超过了国际公认0.4的合理上限。

由图6 分析知, 平原区1995- 2005 年平均浅层地下水资源量141亿m3 。平均年开采量172 亿m3 , 浅层地下水开发利用率为1. 22。除徒骇马颊河外, 其他3个二级区均处于超采状态, 其中海河南系浅层地下水开发利用率达到了1.49。平原浅层地下水总体上处于严重超采状态。另外, 平原地区还开采了深层承压水, 平均每年约39 亿m3 。1995- 2005 年海河流域多年平均水资源总量291 亿m3 , 当地水资源利用量(不含引黄和深层承压水开采量) 316 亿m3 , 流域水资源开发利用率1. 08,其中海河北系和南系超过1.0。

图5 2005年海河流域城市与农村地区用水情况对比

Fig. 5 Comparing water consumption between region urban and rural in Hai-river

图6 海河流域1995-2005年水资源开发利用率

Fig. 6 Water resource utilization factor from 1995 to 2005 in Hai-river

2. 4 海河流域的用水问题

由于长期的过量开采, 使得海河流域的供水保障难以维持, 海河流域的水环境恶化比较严重, 流域生态环境遭到严重破坏。严重制约了工农业经济的发展和人民生活质量的提高。

突出问题如下:

2. 4. 1 缺水问题日益严重

如图7 所示,长序列(1956-2000年)水资源供需分析表明, 海河流域多年平均经济社会缺水量达96 亿m3 , 缺水率达21%。其中, 河北缺水率27%, 河南23%, 山东18%, 天津13%、山西11%。长期的产业布局不合理造成用水大省和缺水大省并存。各省区没有根据自己的水资源承载能力[1]合理安排自己的产业比重, 片面追求经济发展, 缺乏有效的利益补偿和激励机制, 妨碍了节水水平和水资源利用效率的进一步提高, 在一定程度上造成水资源整体配置的不合理[2] , 造成水资源供需矛盾难以调和[3]。

图7 海河流域各省多年平均缺水率

Fig. 7 The average water deficiency in Hai-river

2. 4. 2 平原区地下水位降落形成漏斗

由于地下水的常年严重超采, 1998 年, 全流域各省(市, 自治区) 对部分地下水位降落漏斗进行了调查统计。共统计了16个漏斗, 其中深层漏斗8 个。根据各省(市) 的统计资料, 漏斗面积比上一年扩大的有6 个, 其中面积增加较多的为河北省黑龙港平原的冀枣衡漏斗, 比上年末增加775 km2 ; 漏斗中心水位埋深比上一年增加的有7 个, 其中漏斗中心水位埋深超过30 m的有10 个, 占总个数的62. 5%, 天津第含水层漏斗中心水位埋深达104. 9 m。海河流域的漏斗总面积达到18 256. 7 km2 ,年均增加33. 9 km2 , 地下漏斗的形成, 造成海水倒灌, 破坏了可利用的淡水水质。另外地下漏斗的形成破坏了该地区的地质结构[4]。

2. 4. 3 生态环境恶化

生态环境恶化, 主要表现部分河段断流、水质污染、许多河流鱼类数量急剧减少, 甚至绝迹。岸边环境较差, 上游污水利用与下游灌溉用水的矛盾。以北运河为例, 北运河是主要灌溉水源。北京加强城市再生水利用, 北运河的下泄水量将减少,必将对下游灌溉产生影响。又如拒马河在水资源利用方面主要问题是北京、河北的争水矛盾。北京于2003 年建设张坊应急引水工程。河北认为该工程将严重影响下游冲积扇顶涞涿地区用水, 因而产生矛盾[5]。

3 海河流域缺水原因

海河流域本身属于资源性短缺河流, 由于气候变化, 海河流域可提供的水资源量逐年下降, 加之长期的经济开发, 对水资源需求量的急剧增加, 使海河流域的缺水现状更加严重。因此水资源供需失衡是造成海河流域缺水的主要原因。

3. 1 供水变化情况

大型水库是海河流域最主要的地表水供水工程。海河流域现有大型水库36 座, 除潘家口水库等6 座水库之外, 大部分水库在1980 年以前已经建成[6] 。上世纪70 年代末, 海河流域天然来水偏丰, 1977- 1979 年当地地表水年均供水量达到160亿m3 。1980 年以后, 受天然来水减小和灌区配套工程年久失修等因素的影响, 当地地表水供水量总体上呈下降趋势, 由1980 年的149 亿m3 下降至2005 年86 亿m3。1980- 2005 年当地地表水多年平均供水量111 亿m3 。引黄水量受黄河来水和当地需求的共同影响年际差别较大, 1980- 2005 年, 每年引黄水量在33~ 64 亿m3 之间变化, 多年平均为46 亿m3。

海河流域从上世纪60 年代开始大量开发地下水, 70 年代出现了大规模的打井热潮。到1980 年, 地下水已成为该流域的主要水源之一。1980 年以来, 海河流域进入枯水期, 为弥补地表水供水不足和满足经济社会用水日益增长的需要, 不断加大地下水开采量, 且深层地下水的开发比重逐渐提高。地下淡水供水量从1980 年的205 亿m3 增加到2005 年的268 亿m3 ,占总供水量比重从52%上升至67%。

海河流域非常规水源利用起步较晚, 2000 年以后有了较明显的增加。2005 年达到8.3 亿m3。

近几年来, 海河流域持续干旱, 2001- 2005 年年均天然径流量为108. 7 亿m3, 仅为1956 - 2000 年多年平均径流量的50. 3%, 致使城乡供水十分紧张。为保证重点地区的供水, 北京市启用了平谷、怀柔数个应急地下水源地, 并四次从山西、河北应急调水。天津市被迫实施了4 次应急引黄, 平原以地下水为主要水源的唐山、石家庄、保定、廊坊等城市, 被迫加大地下水开采, 浅层地下水位每年以1. 2m 的速度下降。为减轻对地下水的压力, 2000 年以前市区几乎全部使用地下水的石家庄、保定、邢台相继建立地表水引水工程; 沧州、衡水、德州、聊城、滨州等市加强了引黄措施, 减轻了对深层承压水的压力。

3. 2 用水变化情况

随着经济社会的发展, 海河流域经济社会结构和用水组成发生了显著的变化。

1980- 2005 年, 海河流域城镇人口从2289 万人增加至5 545万人, 随着城镇人口的增长和城镇居民生活水平的提高,城镇生活及环境用水量急剧增加。由1980 年的9. 63 亿m3 , 增加到2005 年的39. 24 亿m3 , 城镇生活及环境用水量占总用水量的比重由2. 4%提高到9. 8%。

1980- 2005 年, 海河流域工业增加值(2000 年不变价) 从481 亿元增加到9648 亿元, 占GDP 的比重由30% 上升至43%。同期, 工业用水量由45. 72 亿m3 增加到65. 04 亿m3 ,占总用水量的比重由12%提高至16%。其中, 1980- 1992 年,工业用水量呈增长趋势, 年均增长率达到3. 6 %, 1992- 2000年, 随着产业结构的调整和节水措施的加强, 工业用水量大致维持在70 亿m3 左右, 2000- 2005 年工业用水量转变为下降趋势。城镇用水量及比重持续增加, 从1980 年的55 亿m3 增加2005 年的104 亿m3 , 占总用水量比重从14%增加到26%。为满足城镇日益增长的用水需求, 海河流域不得不大量挤占农业和生态用水。农村用水量受天然来水、种植结构调整和节水措施等因素影响, 稳中有降, 占总用水量比重(从1980 年的86%降至2005年的74%), 其中灌溉用水量下降, 农村生活和林牧渔用水量增加。

4 对策及建议

4. 1 水资源保护

(1) 合理优化灌区排污口、涝区排水口位置, 以避免对水功能区敏感目标的影响。

(2) 水源保护区内禁止建有污染的工业项目, 新建、改建、扩建的项目均应有行业主管部门审批的环境影响报告书, 经环保部门及水资源保护主管部门审查同意后才能列入计划。

(3) 水源保护区所属区域内现有的工矿企业、事业单位应积极防治污染, 力争治理达标排放, 严重污染水域而无法治理的单位, 应予以停产或搬迁。

(4) 禁止向水体排放污水或倾倒工业废渣、垃圾、粉煤灰等, 堆放固体废弃物和原料的场地均应采取防渗、防洪、防溢措施。

(5) 水源保护区内应提倡植树造林, 禁止乱砍滥伐, 以保护植被。防治水土流失. 以减少面源污染。

(6) 严禁过量开采地下水, 防治地下水位下降、地面下沉。

(7) 实行“谁开采使用、谁保护”的原则, 防止地下水资源的污染。

(8) 建立处置水污染水事纠纷应急机制, 明确应急工作机构, 落实预防和响应机制, 有效维护流域水事秩序和社会稳定。当污染物排放超标造成水污染水事纠纷时, 必须立即采取措施, 并上报当地水环境主管部门。

4. 2 水生生态的保护

(1) 根据本流域特点, 结合拟建工程制定科学的水库调度方案, 合理利用水库调蓄阵容, 充分考虑水生生态的生境诉求。

(2) 水库建设对鱼类造成的各种不利影响应引起高度重视, 尤其对濒危保护鱼类和流域特殊鱼类应当采取措施, 进行种质资源的保护, 确保其在自然水域有一定的资源量。

(3) 规划影响区乃至整个海河流域土著鱼类的自然种群、数量都比较少, 鉴于目前海河流域土著鱼类的生存环境与自然资源状况, 进行土著鱼类的人工繁殖是较好的保护方式。通过利用人工放流的措施来保护鱼类种质资源。并恢复一定的种群数量。同时, 结合水库调节和人工调度形成合适的洪水过程, 为鱼类繁殖创造条件。

4. 3 水资源优化配置

采用比较成熟的模型对海河流域的水资源进行优化配置,如开放式遗传算法[7]、模糊优选理论[8]、净效益最大化评价理论[1], 基于绿色核算的水价定价技术和基于水资源合理配置理论为基础的初始水权分配技术[9] , 现水资源的可持续利用, 发挥其经济、社会、生态效益最优组合。

参考文献:

[ 1] 黄莉新. 水资源承载能力评价方法探讨[ J ] . 河海大学学报(自然科学版) , 2007, 35(6) : 613- 617.

[ 2] 耿福明, 薛联青, 吴义锋. 基于净效益最大化的区域水资源优化配置[ J ] . 河海大学学报( 自然科学版) , 2007, 35(2) : 149- 152.

[ 3] 王裕玮. 海河流域水环境的主要问题及对策[ J] . 海河水利, 1997(2) : 21- 23.

[ 4] 祁继英, 阮晓红. 大坝对河流生态系统的环境影响分析[ J] . 河海大学学报(自然科学版) , 2005, 33(1) : 37- 40.

[ 5] 李惠敏, 高长生. 谈海河流域地表水质现状及保护对策[ J] . 河北水利, 1996(2) : 39.

[ 6] 郑永良. 潘家口、岳城、密云水库主汛期洪水调度研究[ J] . 海河水利, 2002(4) : 25- 26.

[ 7] 董贵明, 束龙仓, 陈南祥. 开放式遗传算法及其在水资源优化配置中的应用[J] . 河海大学学报( 自然科学版) , 2007, 35 (3) : 241- 244.

[ 8] 冯峰, 许士国. 基于模糊优选理论的水资源效益评价体系[ J ] .水利水电科技进展, 2008, 28(2) : 35- 38.

[ 9] 严登华, 桑学锋, 王浩, 等. 水资源与水生态若干工程技术研究述评[ J ] . 水利水电科技进展, 2007, 27(4) : 80- 84.

作者简介: 刘德民(1982-) , 男, 博士研究生, 研究方向为水能利用。