黑河下游生态工程与水资源特性关系研究.docx

第 25 卷第 10 期人 民 黄 河vol . 25 ,no . 102003 年 10 月yellow riveroct. ,2003【水 资 源】黑河下游生态工程与水资源特性关系研究杨国宪 ,雷鸣 ,马迎平 ,王莉(黄河水利委员会 勘测规划设计研究院 ,河南 郑州 450003)摘 要 :阐述了干旱地区生态工程布局必须与水资源特性相协调的观点 。针对黑河下游地表水年内分配不合理 ,纵向 、 侧向 、垂向分布各不相同 ,对生态稳定影响各异的特点 ,提出该区域的生态工程应具有水资源调节功能 、减小垂向蒸发功能等 。针对上 、下段 ,东 、西河地下水变化规律各不相同 ,其生态效应各异的特点 ,认为对侧向渗漏的工程处理不宜过度 , 并提出“地下水不断流”的概念 。另外 ,还根据水资源特性 ,对正义峡水库 ,甘蒙输水干渠 ,东 、西河整治等黑河下游重大 生态工程提出了看法 ,供生态工程布局决策参考 。关 键 词 : 生态工程 ; 水资源特性 ; 水利规划 ; 黑河下游中图分类号 :x171. 1 ; tv121文献标识码 :a文章编号 :1000 - 1379 (2003) 10 - 0014 - 03近年来黑河下游地表径流量减少 ,河道断流加剧 ,湖泊干 涸 ,地下水循环遭到严重破坏 ,水质变差 ;天然林草面积大幅度 减少 ,质量退化 ;土地沙漠化 ,沙尘暴加剧 。这一系列的生态问 题 ,不仅给西北地区带来生态危机 ,而且对华北广大地区造成 严重生态威胁 1 。因此 ,采取一定的生态工程措施遏制该区域 生态恶化趋势并逐步恢复其可持续发展状态 ,意义重大 。本文 从分析黑河下游水资源时空分布特性出发 ,探讨生态治理工程 布局的科学性 、合理性 ,为生态工程规划和实施提供决策支持 。1 黑河下游地表水时空分布特性从时间上讲 ,自 20 世纪 50 年代以来 ,黑河下游地表水资源 量呈总体下降趋势 ,5090 年代各年代年均正义峡断面下泄水 量依次为 12. 06 亿 、10. 65 亿 、10. 55 亿 、10. 99 亿 、7. 69 亿 m3 ,2000 年仅为 6. 6 亿 m3 。同时 ,植物生长需水关键期的 46 月下泄水量也呈下降趋势 ;90 年代下降尤为严重 ,其年均不足 60 年代的 1/ 4 ,不及平均值的 1/ 3 。如在 60 年代年均下泄水量为 10. 65 亿 m3 的情况下 ,植物需水关键期水量占全年 12 % ,为 1.29 亿 m3 ;汛期 (79 月) 、冬四月 (11 、12 、1 、2 月) 和其他时段分 别占 30 %、36 %、22 %。在 90 年代年均下泄水量仅为 7. 61 亿 m3 的情况下 ,植物需水关键期水量也只占 4 % ,为 0. 3 亿 m3 ;而 冬四月水量变化较为平稳 ;汛期及其他时段水量下降也较为明 显 ;汛期 、冬四月和其他时段分别占 34 %、45 %、17 %。这充分 说明了正义峡现状下泄水量时间分布的不合理性 ,下游绿洲生 态状况恶化已属情理之中 。地表水的空间分布可从纵向 (沿河道方向) 、侧向 (河道两 侧及河床渗漏) 和垂向 (河道 、水库及地下水蒸发) 来分析 。纵 向有鼎新 、东风场和额济纳 3 个用户 ,鼎新 、东风场都是重要的 用户 ,应得到合理满足 ,而额济纳绿洲是下游生态的重中之重 , 因此 ,纵向分配格局不宜改变 。垂向蒸发的改善 ,可增加输入 额济纳绿洲的水量 ,有助于下游生态改观 ,因此 ,应采取工程措施提高输水效率 、减少湖泊和水库的表面蒸发 。而侧向渗漏的 处理应采取慎重态度 ,尽管侧向渗漏会减少进入额济纳绿洲的 地表水量 ,但其对下游绿洲地下水的补给作用不容忽视 。2 黑河下游地下水时空分布特性分析地下水的变化规律可以看出 ,黑河下游的上段 (鼎新 段) 、下段 (狼心山以下) 甚至东河 、西河等不同地段具有不同的 特点 ,图 1 反映了地下水这种时空分布特性 。图 1 黑河下游地下水变化曲线图 1 中曲线 a 反映了黑河下游上段地下水变化特点 。1 3月 ,地下水位维持较高水平 ;4 月份以后 , 地下水位持续下降 ;7 8 月份下降到最低点 ;随后 ,开始回升 ,一般在 12 月底或 1 月 初都能恢复到上年同期水平 ,可称之为“灌溉农业型”地下水位 变化曲线 。曲线 b 反映的是黑河下游下段地下水位的变化情 况 ,趋势特征基本同曲线 a ,而变化幅度差别较大 , 反映了两者 下垫面和来水总量的差异 。曲线 c 反映了东河中部地下水位的 变化特点 。其地下水位最高点发生在 4 月份 ,比狼心山附近滞后 1 2 个月 ,然后持续缓慢下降 ,到翌年的 1 2 月份才缓慢收稿日期 :2003 - 05 - 10作者简介 :杨国宪 (1965 - ) ,男 ,河南内黄人 ,高级工程师 ,博士。第 10 期杨国宪等 :黑河下游生态工程与水资源特性关系研究15 上升 ;这说明了该区域与狼心山断面存在水力联系 , 其水位高 低 ,受狼心山断面来水控制 。该曲线是一种季节性不明显 、变化 缓慢 、平均地下水埋深相对较浅的“稳定绿洲型”地下水位变化 曲线 。曲线 d 反映了东河下部地下水位的变化特点 。该曲线没 有明显的峰谷值 , 且平均地下水位明显低于曲线 c ( 相差 2. 10 m) ,这是由于长期的河道断流 , 使得该区域已与河道上中部基 本失去水力联系 ,平均地下水埋深相对较深 , 是一种“荒漠绿洲 型”地下水位变化曲线 。曲线 e 反映了西河中部地下水位的变 化特点 ,比东河区地下水位高 。曲线 f 反映了西河下部地下水位 的变化特点 , e 和 f 均属于“稳定绿洲型”地下水位变化曲线 ,这 种相同的特征说明西河上下部水力联系密切 , 或者说西河输水 效率较高 。“灌溉农业型”“、稳定绿洲型”、“荒漠绿洲型”等不同地下 水位变化规律地区 ,各自具有不同的需水特点 。以上也说明狼 心山以下额济纳绿洲地下水位的变化 ,对年内来水总量反应敏 感 ,对年内来水时间反应不敏感 。总体来讲干旱区天然绿洲和 河滩地植被的生长几乎全靠根系吸取地下水来维持生命 ,维持 正常的地下水位变化 ,对绿洲稳定是必须的 。3 生态工程与水资源3. 1 生态及生态工程现状20 世纪 50 年代以前 ,黑河下游三角洲几乎被连片茂密的 胡杨林 、沙枣 、红柳 、梭梭 、芦苇及芨芨草等灌丛草甸覆盖 。近 年来 ,三角洲内 19 条支流上曾广为分布的河岸林大都衰亡 ,仅 剩零星孤林和残次林 。红柳 、梭梭 、芦苇及芨芨草等灌丛草甸 大面积退化并逐渐被枸杞 、骆驼刺及红砂等旱生或超旱生荒漠 草甸所替代 2 。退化 、沙化绿洲分布主要有 3 个区域 : 一是东 河尾部各支汊末端 ;二是西河下部干流两侧 ;三是纳林河两岸 。 因此 ,要想尽快遏制黑河下游天然植被的退化趋势 ,就必须实 施生态工程 ,使得退化 、沙化绿洲区的地下水位尽快恢复 ,并尽 可能使东 、西居延海保持一定水量 ,发挥其生态效应 。目前 ,黑 河下游除一些平原水库和分水闸外 ,没有能调节水资源的控制 性工程 ,河道几乎全部为自然形成的宽 、浅 、散乱状 ,而这些水 库 、分水闸当时都是特为农牧业生产或生活而建的 ,根本没有 考虑生态需求 。因此 ,这些工程与下游的生态现状极不协调 。3. 2 从水资源特性看生态工程3. 2. 1 水利工程对生态环境的影响当某一水利工程的主要作用是促进生态改善时 ,可称其为 生态水利工程 ,本文简称其为生态工程 。生态工程同其他水利 工程一样 ,都有其生态两面性 ,若布局得当 ,则会使生态环境改 善 ,实现生态可持续发展 ,否则将适得其反 。就水库大坝而言 ,尽管水库可以调节水资源 ,提高水资源 的生态效益 。但由于大坝的分割作用干扰了河流廊道自身的 连续性 ,也扰乱了整个河流生态系统上下游之间的物质 、能量 、 物种的正常传递 ,会给河流生态系统的正常循环带来不利影 响 。河流渠化常常会提高输水效率 ,但同时也会破坏河流浅 滩 ,造成生态多样性的减少 ,进而使得河流生态系统生物多样 性降低 。因此 ,在流域工程开发活动中 ,即便是在以生态恢复为目 的的生态工程实施中 ,也必须充分认识水利工程活动的生态两 面性 。3. 2. 2正义峡水库因为黑河下游水量的年内分配是极不合理的 ,尤其在植物 生长需水关键期 ,水资源总量和比例都严重偏小 。因此 ,兴建 正义峡水库 ,使其发挥水资源的年调节作用 ,尤其在植物生长 需水的关键期 ,适时适量地向下游输水 ,对生态的恢复和发展 及下游水资源的空间合理配置十分必要 。正义峡的建设也必须考虑水利工程对生态的负面影响 。 大坝的蓄水作用改变了河流原有的径流模式 ,产生显著的径流 调节作用 。这种调节作用既是其发挥工程效益的根本保障 ,也 是下游河流生态效应变化的根本诱因 。由于下游河滨地区生 态系统的生态平衡是长期适应天然径流的产物 ,而水坝的径流 调节作用或多或少地要改变天然径流状态 ,因此不可避免地会 对原河流生态系统造成危害 。河道断流对下游生态的影响已 是众所周知 ,对黑河下游而言 ,近期要想使地表水不断流难度 很大 ,怎样发挥正义峡水库的作用 ,缩短地表水断流时间 ,使其 地下水不断流 ,才能保持绿洲稳定 。所谓“地下水不断流”是指 地下水位能按前面所述的黑河下游地下水变化规律变化 。兴 建正义峡水库 ,拦蓄汛期及冬季水量 ,调节下游生态 、生活 、生 产用水无疑是有积极意义的 ;但是 ,如果正义峡水库将汛期 、冬 四月水量全部拦蓄 ,那么不仅会较大地改变天然径流状态 ,而 且也会造成下游的地下水断流 ,从而给下游绿洲的稳定带来负 面影响 。从现有资料看 ,若正义峡水库仅将 12 月份来水拦 蓄 ,对鼎新及额济纳绿洲的稳定可能不会带来太大影响 ,再加 上其他措施 ,将不会造成由于兴建正义峡水库而导致下游生态 持续退化的局面 。3. 2. 3甘蒙输水干渠正义峡以下沿河绿洲与水资源关系密切 。当河道行水或 沿河两岸维持一定的地下水位时 ,植被才能正常生长 。拟议中 的甘蒙输水干渠 ,从大墩门水库用人工渠道直接将水送至哨马 营 ,这样可以提高输水效率 ,改善地表水的时空分布特性 ,减少 大墩门到哨马营之间河道对有限水资源的消耗 ,并考虑在一些 地段修建引水支渠以解决沿河绿洲生态需水的要求 。但目前 的情况是 ,该河段两岸绿洲的生态需水主要取自地下水 ,从地 下水变化规律看 ,兴建甘蒙输水干渠 ,对该规律的影响是决定 性的 ,尤其是鼎新段地下水位年内变化幅度较大 ,采用修建引 水支渠的办法 ,很难保证地下水不断流 。况且修建引水支渠 , 多少水量才能满足沿河绿洲的生态用水 ,尚难准确预测 ; 另有 资料 3 表明 ,在鼎新与哨马营之间穿过黑河河道存在一条近东 西向的断层 ,尽管目前还有争议 ,但它很可能是古日乃区用水 的主要补给通道 。因此 ,修建甘蒙干渠对大墩门到哨马营河段 两岸绿洲以及古日乃区来说 ,有可能是灾难性的 。该河段应以 规顺天然河道 ,提高其输水效率 ,减少无谓水资源消耗为妥 。 3. 2. 4东河 、西河工程狼心山断面以下 ,东河 、西河的地下水位变化规律具有明 显不同的特点 : 东河地下水埋深较大 ,其上 、下部水力联系较 弱 ,输水效率低 ;西河地下水埋深较浅 ,其上 、下部水力联系较16 人 民 黄 河2003 年强 ,输水效率高 。额济纳绿洲稳定 ,主要是靠吸取地下水来维 持的 ,从“遏制整体绿洲功能退化趋势”出发 ,生态工程布置应 遵循“先东河后西河”的原则 ,提高向东河下部输水的效率 ,尽 早恢复该地段生态状况 ;近期 ,西河以规顺河道为主 ,在汛期等 上游来水较多时 ,适当增加西河入水流量 ,向西河下部输水 ,以 使东河 、西河绿洲均衡稳定 ,提高绿洲的整体效能 3 。3. 2. 5 昂茨河水闸以下工程昂茨河水闸以下区域是目前额济纳绿洲的精华地带 ,也应 该是生态工程布置应重点考虑的区域 。这里的主要问题是 ,18 道河末端 ,地下水位埋深较深 ,长期得不到恢复 ,满足不了 植被生长的用水需求 ,绿洲退化严重 。因此 ,这里的工程布置 思路应该是 :在 18 道河上部整治河道 ,修建 、衬砌渠道提高 其输水效率 ;在末端整治天然河道 ,提高水资源利用率 ,补充地 下水 ,遏制绿洲的退化趋势 ,为东居延海进水留出绿色通道 ,促 进绿洲的稳定 、恢复和发展 。4 初步结论(1) 黑河下游生态工程的布局必须结合水资源特性才能 达到预期目的 。具体来讲 ,地表水年内分布极不合理 ,对生态 的恶化作用不容忽视 ,应采取工程措施改善 。工程措施不应改 变地表水的纵向格局 ; 规顺河道 、缩小平原水库以减少垂向蒸 发是合理的 ,对侧向渗漏的工程处理应顾及其对生态环境的负 面影响 。根据地下水变化特点 ,在黑河下游进行大规模河道渠 化 ,不利于地下水的正常补给 ,进而影响现有植被的生长 。根 据“地下水位的变化 ,对年内来水总量反应敏感 ,对年内来水时 间反应不敏感”的特点 ,应利用汛期等水量大的时段 ,采取工程 措施提高输水效率 ,适时增加向额济纳绿洲的输水量 。(2) 要充分认识水利工程对生态环境的双向作用 。水利工 程既可以调节水资源 、提高输水效率 、促进生态环境的改善等 , 又可能过分干扰天然径流 、改变地下水循环 、破坏天然绿洲 。 这一点在极端干旱的黑河下游尤为重要 ,天然植被一旦遭到破 坏 ,恢复起来是极其困难的 。(3) 对拟建中的正义峡水库 ,应有客观考虑 。它一方面对 提高生态效益具有积极意义 ,另一方面对维持天然径流 、对地 下水的正常补给具有负面作用 。黑河下游尤其是狼心山以下 绿洲 ,地下水位维持主要是靠冬季及汛期来水 。因此正义峡水 库不宜将冬季及汛期来水全部拦蓄 ,要维持地下水不断流 。否 则 ,对下游绿洲稳定可能是破坏性的 。(4) 对甘蒙输水干渠的修建应持慎重态度 ,须经广泛 、充分 论证 。从该区域地下水变化规律及地下水与地表水关系看 ,它 对沿河两岸甚至古日乃区绿洲稳定的负面影响是显而易见的 。 狼心山以下西河河道输水效率较高 ,可以利用汛期或其他来水 量较大的时段 ,迅速使其地下水位得到恢复 。因此 ,在进行生 态工程排序时 ,应优先考虑东河 ,以保持绿洲的整体稳定 ,提高 绿洲整体效能 。参考文献 : 1 沈国舫. 中国生态环境建设与水资源保护利用m. 北京 :中国水利水电出版社 ,2001. 2 张武文 ,王林和 ,李德平. 额济纳平原水资源特点与合理 利用j . 干旱区资源与环境 ,2000 , (9) . 3 仵彦卿. 河西走廊黑河鼎新至哨马营段河水与地下水转 化途径分析j . 冰川冻土 ,2000 , (3) .【责任编辑李艳霞】(上接第 13 页) 统一征收 ,纳入财政预算 ,列入环境保护专项资 金进行管理 ,并按“专款专用”的原则用于重点污染源防治 、区 域性污染防治 、污染防治新技术新工艺的开发示范和应用等 。 确立排污权初次取得的有偿制 ,坚持在专家论证和污染物 总量控制的前提下 ,实行水污染的