某河流域水资源与生态环境变化及其对策研究

石羊河流域水资源与生态环境变化及其对策研究项目资助：甘肃省科技厅、水利厅科技项目，国家水利部资助项目。作者简介：张永明（1969），男，在读博士，高级工程师，主要从事水资源及流域管理方面的研究工作。张永明1，2，宋孝玉1，沈 冰1，沈清林2，张晓伟1(1 西安理工大学水资源研究所，陕西 西安 ；2 甘肃省水利厅石羊河流域管理局 甘肃 兰州 )摘 要： 本文通过对石羊河流域水资源利用现状及存在问题的分析，认为流域水资源已经严重超载，进行流域综合治理已刻不容缓。针对流域面临严峻的水资源及生态环境问题，提出分抢救和治本两个阶段来解决问题，近期以抢救为重点。按照南护水源、中建绿洲、北防风沙的治理思路，实行治理上游、改造中游、拯救下游的流域综合治理，以遏制生态环境恶化的趋势为目标，以提高用水效率为核心，以流域水资源统一管理为保证，实现流域水资源的可持续利用，支撑经济社会的可持续发展，达到人与自然和谐共处。关键词： 石羊河 水资源配置 可持续利用 对策措施中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1000-6060（2006）05-Study on Countermeasures for Water Resources shortage and Changes of Ecological Environment in Shiyang River BasinZhang Yongming1，2, Song Xiaoyu1, Sheng bing1, Sheng Qingling2, Zhang Xiaowei1 (1 Institute of water resources, Xian University of technology, Xian , Shanxi, China; 2 Shiyang River Basin Administration Branch, Gansu Bureau of Water Resources, Lanzhou, , Gansu, China)Abstract: This paper shows that it is imperative to take measures for synthesis remedying overloaded water resources by analyzing the current situation and problems of exploitation on water resources in Shiyang River Basin. The paper suggests a resolution to aim at severe problems of water resources and ecological environment. The resolution is divided into tow stages: rescue water resources of Shiyang River first and then restoration, and the former is the major project in the near future. By countermeasures to reserve source in south part of basin, develop oasis of middle part, control north part sandstorm, with the measure of protecting upper river, reforming middle river, rescuing down stream to prevent the trends of ecological environment degrading, improving the efficiency of water resources utilization, realizing integrate administration and sustainable utilization of water resources of basin, it will support the sustainable development of society, promote harmonic relationship between human and nature. Key words: Shiyang River Basin redistribution of water resources sustainable utilization countermeasures西北内陆河流域经济发展落后，城市化进程发展1伴随着生态环境安全问题2受到水资源短缺的威胁，其可持续发展受到人们的关注3。石羊河流域是我国内陆河流域中人口密度最大，人均国内生产总值较高，人均水资源占有量最少，中下游水资源供需矛盾最突出，生态环境恶化程度最严重的地区。由于“水”而引发的生态问题主要集中表现在下游民勤绿洲，引起中央领导同志的高度重视。温家宝总理批示：“当务之急是石羊河流域生态综合治理应提上议程。建立流域统一管理机构，大力实施节水工程，有效地控制土地沙化和草场退化。决不能让民勤成为第二个罗布泊”。近年来学多学者也从不同的角度对石羊河流域的问题进行了研究，冯绳武4对民勤的水系演变进行了研究，陈隆亨等5研究了石羊河流域水土资源合理利用的问题，肖洪浪6对民勤土地退化进行了研究，杨永春等7研究了石羊河下游民勤绿洲变化的人文机制，唐斌山8应用模糊综合评判法对石羊河流域水资源开发利用的战略问题进行了研究，高飞9分析了水资源多次转化特性，提出了反映水资源转化关系的数学模型，刘恒等10以石羊河流域下游民勤盆地为例，对水资源利用与绿洲演变规律进行了研究，钟华平等11对民勤水资源与生态环境治理问题进行了研究，常兆丰等12对石羊河下游沙漠化的自然因素和人为因素及其变化进行了研究。流域地处丝绸之路和欧亚大陆桥之要地，农牧业开发历史悠久，自古以来就是“人烟扑地桑柘绸”的富庶之地；下游的民勤绿洲，延伸于腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠夹缝之中，它阻止了两大沙漠的合拢，成为武威、兰州乃至华北大地的天然屏障。石羊河流域生态环境保护与建设，不仅关系流域的生存空间和经济发展，也关系到西北、华北地区生态环境的保护与改善。因此，按照国家实施西部大开发战略的要求，从战略高度着眼，认真研究石羊河流域水资源的有关问题，提出水资源开发、利用、配置、节约和保护的总体思路、布局和实施意见，对保障流域经济社会和生态环境的协调发展，具有十分重要的意义。1 研究方法1.1 研究区概况石羊河发源于祁连山区，是河西内陆河流域的三大水系之一，东起乌稍岭，西止大黄山，北与巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠相接。全流域自东向西由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河八条上游支流及其汇集而成的下游石羊河干流组成。流域总面积4.16万km2。2000年，流域内总人口223.2万人，其中城镇人口60.4万人，城镇化水平27.1%；国内生产总值94.72亿元，人均4243元；工业总产值100.2亿元；总耕地面积368.55103ha2，灌溉面积309.8103ha2，农业总产值42.9亿元，粮食总产量99.7万t。流域多年平均自产水资源量为15.61亿m3，与地表水不重复的纯地下水资源量1.0亿m3，全流域自产水资源总量为16.61亿m3，加上景电二期延伸向民勤调水6100万m3和“引硫济金”调水4000万m3，流域内可利用水资源量为17.62亿m3,人均水资源789 m3/人，是我省水资源最为紧缺的地区之一。1.2 水资源开发利用现状评价(1) 现状供用水量流域内供水工程较多，供水能力31.00亿3，工程类型主要有蓄水工程、引水工程、提水工程。2000年实际供用水量28.54亿3，比1980年和1995年分别增长了10%和9.4%，主要是地下水开采量增加较多（见表1）。 表1 石羊河流域1980、1995、2000年实际供水量对照表Tab.1 Contrast between water supply in Shiyang River Basin in 1980, 1995 and 2000年 份项目地 表 水 供 水 量地下水其 它合 计蓄水工程引水工程提水工程小 计供 水供 水1980水量10.325.6215.949.825.74比例4021.862381001995水量9.24.320.2413.7612.10.00725.87比例35.616.70.953.246.780.0021002000水量9.953.940.0113.914.470.1728.54比例34.8613.810.0548.750.70.58100注：单位：亿3、%(2) 地下水均衡分析经对本流域平原区2000年地下水均衡计算，平原区地下水总补给量11.93亿3，如果扣除井泉水回归量2.51亿3，则地下水补给量9.42亿3。总排泄量16.67亿3，如果减去井泉水灌溉回归量，实际消耗地下水14.16亿3，地下水超采量4.74亿3。地下水资源利用率为121%。从地下水均衡分析判断，大靖盆地属于一般超采区，地下水开采潜力指数为0.74，武威盆地属于中等超采区，潜力指数为0.57，民勤盆地和金川昌宁盆地属于严重超采区，潜力指数分别为0.46和0.39，地下水已严重超采。(3) 现状耗水水平分析2000年全流域总耗水量21.35亿m3，其中山区耗水量0.46 亿m3；生产、生活、人工生态用水消耗量17.18亿 m3；天然生态及无效蒸发耗水量3.68亿 m3。人均实际水资源消耗量769.6 m3，亩均325.1 m3，在中游凉州区人均实际水资源消耗量742.1 m3，亩均耗水量314.7 m3，下游民勤县人均耗水量1653.8 m3，亩均耗水量461 m3，分别是中游地区的2.2倍和1.5倍，其人均、亩均水资源消耗水平不仅在石羊河流域是最高的，即使在内陆河流域也是最高的。(4) 用水效率分析石羊河流域万元GDP用水量约3014 m3，为是全国平均水平的4倍，单方水生产粮食为0.41 kg / m3，低于全国0.61.0 kg/ m3的平均水平。下游民勤县万元GDP用水量高达8487 m3，为全国平均水平的12倍之多，单方水生产粮食仅有0.23 kg/ m3，充分说明石羊河流域水资源配置主要在低产出行业，单方水的利用效率是较低的。(5) 现状供需平衡分析按照现状用水水平，保灌面积维持在223.8103ha2，当P=50%时，总用水量28.54亿m3，若要达到地下水采补平衡，总可供水量只能维持在23.8亿m3，缺水量4.74亿m3，缺水程度16.5%，若考虑灌溉面积全部达到低水平保灌，总用水量31.86亿m3，在全流域地下水超采近4.74亿m3的情况下，仍缺水5.25亿m3，缺水程度高达31%，供需矛盾十分尖锐。1.3 水资源开发利用率按2000年的供水量计，石羊河水资源的开发利用率（供水量与水资源总量的比值）为162%，全国为20.0%，西北地区为53.3%，内陆河流域为52.5%，河西走廊为92%，可见石羊河流域水资源的开发利用率最高，主要是水资源的重复利用和超采地下水所致，完全没有考虑生态环境的用水。1.4 综合评价(1) 评价指标体系根据水资源开发利用研究成果，结合河西内陆河流域及石羊河水资源开发利用特点，提出十项指标，据此对石羊河流域水资源现状开发利用进行综合评价，结果见表2。(2) 综合评价石羊河流域地表水利用率达到89%，地下水利用率大于100%，水资源利用过度，已经严重超载，开发潜力很小。地下水开采潜力指数仅0.52，属于中等超采地区。当务之急是限制地下水开采量，逐步达到补排平衡。石羊河流域是灌溉农业区，无灌溉即无农业，必须以水定地。当前应适度收缩灌溉面积，实施退耕还林还草或轮歇灌溉。水库工程调蓄率21.9%，水库调蓄能力中等,可将部分水库加固、扩建成多年调节水库，进一步提高对径流调蓄能力。表2 综合评价主要指标表Tab. 2 Major index of synthesis assessment评 价 指 标单 位数 值耕地灌溉率%84.1农村人均耕地面积(ha2/人)0.23农村人均灌溉面积(ha2/人)0.19人均水资源量(3/人)789人均年用水量(3/人)1 278水库工程调蓄率%21.85地表水开发利用率%89地下水开发利用率%121总水资源利用率%162地下水资源开采潜力指数%52.12 水资源问题的突出表现及成因分析2.1 水资源问题的突出表现(1) 水资源紧缺，供需矛盾尖锐石羊河流域深居大陆腹地，自产水资源总量仅为16.61亿m3，可利用水资源17.62亿m3，人均789 m3，亩均318 m3，均低于全省人均1150 m3和耕地亩均378 m3，属典型的资源型缺水地区。现状需水量31.86亿m3，可供水量26.61亿m3，总耗水量21.35亿m3。在全流域地下水超采近4.74亿m3的情况下，仍缺水5.25亿m3，缺水程度高达31%，供需矛盾十分尖锐。随着全流域经济社会的发展，水资源供需矛盾将更加严峻。(2) 地下水位急剧下降，生态环境恶化趋势加剧随着上中游水资源开发利用程度的提高，进入下游民勤绿洲的水量逐年减少，民勤红崖山水库以下现状绿洲面积1312.66 km2，比20世纪50年代减少了288.94km2。流域中下游地下水年超采量4.74亿m3，其中民勤县拥有机井1.1万眼，占全省的1/3，运行的9400眼机井中，有300眼井深达300m以上，年超采地下水达4.0亿m3以上，地下水位普遍下降1020m，局部地方达40多米，而且地下水矿化度每年以0.1g/L的速度增长，矿化度普遍高达34g/L，水质不断恶化，人畜饮水发生困难；苦咸水面积由湖区不断向外扩展，盐碱地面积急剧增加，天然植被日益萎缩，植被大量枯死。近年来，民勤县有9.0103ha2沙枣林枯梢衰败，23.33103ha2白茨、红柳等天然植被处于死亡半死亡状态，北部防风固沙林、农田防护林减少近200103ha2，沙漠以每年810m的速度向绿洲推进，平均每年沙化面积达15.0103ha2。由于民勤绿洲的萎缩和土地沙化，加重了风沙和沙尘暴的危害，不仅严重威胁着石羊河流域人民的生产和生活，而且对全省乃至西北、华北生态环境也产生了不可低估的影响。(3) 祁连山区生态退化，水源涵养功能减弱祁连山森林植被和高山草地是石羊河流域水源涵养区。由于人口增加，过度开发和放牧，造成林农、林牧、林矿矛盾突出，致使祁连山灌木林下线比五十年代上移40m，30%的灌木林出现草原化和荒漠化。林地减少，草场退化，植被覆盖率降低，水源涵养能力持续下降。(4) 经济结构不尽合理，用水效率偏低石羊河流域的产业结构是以农业为主的结构，第一产业增加值占GDP的比重武威市为35.2%，民勤县为62.9%，远远高于全省19.63%的比例；工业化系数武威市和民勤县均低于全省平均水平；现状总用水量中农田和林草用水量占90.4%，工业、城镇生活和农村人畜用水只占9.6%，流域农业用水明显偏高，第一产业偏重，二三产业偏低。全流域平均万元GDP用水量约3014 m3，是全国平均水平的4倍多，单方水生产粮食0.41kg，低于全国1.0kg的平均水平，工业、农业用水定额相对偏高，用水效率偏低。(5) 管理体制不健全，水资源统一管理薄弱目前流域水资源管理仍然是以行政区域为单元，地方管理为主的方式管理，各自为政的现象比较严重。近年来，国家和省上虽然加大了流域内重点病险水库除险加固和灌区节水改造的力度，但由于流域统一管理工作没有跟上，省政府1990年批准的流域规划未能全面落实，区域间水量分配方案没有按规划实施，致使进入下游民勤的水量越来越少，绿洲生态问题越来越严重。2.2 成因分析(1) 气候干旱，当地水资源匮乏石羊河流域深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，人均拥有水资源量789m3，仅为全国的1/3，远低于人均1000 m3的国际水资源紧缺标准。亩均水资源量318m3，仅为全国的1/5，人均、单位面积耕地占有水资源量的严重不足，是石羊河流域用水紧缺和生态环境恶化的主要根源。(2) 地区社会经济发展考虑水资源条件不够，社会经济用水挤占了生态环境用水。由于统筹考虑水资源条件不够，20世纪70年代以来，流域内大规模垦荒种粮发展商品粮基地。但是，这种灌溉面积的急剧扩大，是建立在对自然资源，特别是水资源过度索取的基础上，农业灌溉占用了大量的水资源，挤占了生态环境用水，加剧了生态环境的恶化。造成流域上下游之间、国民经济各部门之间的用水矛盾十分尖锐。流域内八条主要支流出山口径流量均值为14.56亿m3，20世纪70年代以前进入民勤的水量占出山各支流水量的比例为31.131.6%。20世纪70年代以后，由于中游地区水量消耗逐年增加，进入民勤的水量占出山各支流水量的比例逐年减少。到20世纪90年代后期，实际进入下游的水量不到1.0 亿m3，占出山各支流水量的比例仅8.3%，中游用水量不断增加，导致下游河道干涸，地表水量的减少，使地下水大量超采，地下水位持续下降，一些靠地下水维系的植被，逐渐开始退化、消亡，这是下游生态环境恶化的重要原因(见表3)。(3) 下游民勤无序开荒，地下水超采严重，耕地面积不合理扩大，生态环境破坏严重下游民勤基本无自产地表水，水资源均为中游客水，其生态环境的日趋恶化，一方面是由于中游下泄水量逐年减少所致，另一方面则是由于近些年民勤灌溉耕地无序开发，灌溉面积规模扩大所致。据统计，民勤八十年代中期全县灌溉面积40103 ha2，进入九十年代在“瓜籽热”的经济利益驱动下，灌溉面积曾达到8010386.7103 ha2左右，随着瓜籽行情的低落，大量耕地又被撂荒和弃耕，目前民勤县的灌溉面积仍维持在68103 ha2左右，对地下水的掠夺性开采、地下水位的持续下降和地下水水质恶化，导致新一轮的土地撂荒，目前民勤湖区部分群众无法生存，背井离乡，沦落为“生态难民”，湖区北部生态环境恶化景况令人触目惊心。(4) 人口数量增长的压力仍然很大流域内近50年来人口年增长率为17.5，人口分布主要集中在绿洲地区。绿洲承载人口已达每平方公里300人以上，由于受水资源条件限制，土地资源开发潜力有限，适于人口居住的土地面积占总土地面积的比例不足10%，开发宜农荒地也将对水资源供给形成更大压力。因此，人口的增加是影响区域生态环境恶化的重要因素。表3 上游各支流出山口年均径流量与红崖山水库入库径流量对比表Tab.3 Contrast between average yearly volume of upper branches runoffat mountain outlet and inflow of Hongyashan Reservoir年 份上游各支流出山口年均径流量（亿m3）进入下游民勤径流量（亿m3）进入下游径流占出山口径流比例（%）中、下游用水比1955195917.5245.52731.501:00.51960196414.3764.47131.101:00.41965196914.0344.43731.601:00.51970197413.7763.73727.101:00.41975197914.3572.71218.901:00.21980198414.9382.35915.801:00.21985198915.5292.21514.301:00.21990199513.7161.651201:00.11996200012.871.078.301:00.1平 均14.563.13121.501:00.3注：带数字是根据各水文站实测流量计算得到的。3 流域综合治理的对策措施3.1 基本思路综合治理的基本思路是：坚持以生态保护与改善为根本，以水资源的科学管理、合理配置、高效利用和有效保护为核心，工程措施与非工程措施相结合，生态效益与经济效益兼顾，上中下游统筹规划，团结治水，共谋发展，协调好生活、生产和生态用水，进行综合治理，遏制石羊河流域生态系统恶化趋势，促使人与自然和谐共处。3.2 对策措施(1) 大力推进节约用水，建立节水型社会大力推行工业、生活节水技术，扩大城镇集中供水区域。积极开展工业企业用水的水平衡测试，严格限制新上高耗水高污染项目，推广节水新技术、新工艺、新设备，降低单位用水量。全面普及农业常规节水技术，不断提高其质量和标准。推行以喷灌、滴灌、渗灌为主要内容的农业高新节水技术，努力建设节水型社会。(2) 合理调整经济结构，优化配置水资源以市场为导向，以水资源配置为核心，加快二三产业发展，促进产业结构合理调整。在流域内结合经济结构调整，大力发展小城镇，调整人口布局，通过兼村并点，移民建镇，使南部水源涵养林区和北部荒漠化严重、不适于群众生存地区的人口适当向走廊中部绿洲集中。优化农业产业结构，增加林草种植面积，由粮经二元结构调整为粮经草三元种植结构，逐步形成以水资源优化配置促进产业结构调整，以产业结构调整促进水资源优化配置的联动机制。(3) 大力开展生态建设，努力改善生态环境以水土保持和流域综合治理为重点，坚持造、管并举，封、造结合，山、水、林、田、路综合治理；大力开展封山（沙）育林（草）、退耕还林，着力推进天然林保护、治沙造林及农田防护林网建设，扩大林草植被，改善生态环境。(4) 实施水资源统一管理和调度应建立健全权威、高效、协调的流域管理体制和运行机制，以合理配置水资源为核心，实行水资源统一管理和统一调度。一是制定石羊河流域管理条例，依法合理划定取水许可管理权限，实行总量控制与定额管理相结合的制度；二是由流域管理机构编制石羊河年度水量实时调度方案，并负责监督实施；三是有计划、有步骤地关闭机井，逐步压缩地下水开采量；四是按照实施石羊河流域水量、水质统一管理调度的要求，建立先进的水文自动测报和水资源管理调度系统。(5) 加大水污染防治，不断提高水环境质量加快产业结构及水污染源布局的调整，严把建设项目审批关，禁止在饮用水源保护区、居民文教区、自然保护区、旅游区建设有污染的工业企业，禁止新建高污染、高耗水企业，淘汰落后生产工艺、设备，搬迁污染严重工业企业。实施主要污染物排放总量控制计划，推进排污申报登记和许可证制度，污染物总量控制考核和污染物排放总量收费制度，不断提高流域水环境质量。注：文中数字除特别说明的外，其余为开展石羊河流域近期治理研究项目时，在现场调研、座谈时收集的。参考文献（References）：1 Fang 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