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 ZT陈志恺：持续干旱与华北水危机 |
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非文人
[个人文集]
加入时间: 2004/02/14
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作者：非文人 在 罕见奇谈 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
持续干旱与华北水危机
中国工程院院士 陈志恺
黄淮海平原是我国最大的平原，由黄河、淮河、海河供给水源。三条河的总供水面积约144万km2，占全国面积的15%。该地区耕地资源丰富，光热条件好，是我国重要的农业经济区和粮、棉、油的主要产区。2000年：人口4.37亿，占全国34.8%；GDP3.13万亿元，占全国32.3%；灌溉面积0.23亿hm2，占全国42%，农业产出约相当全国的40%。该地区的工农业生产，对我国经济、社会持续发展和粮食安全生产，至关重要。
20世纪80年代初，华北严重干旱，京津冀地区出现了第一次水危机。20年后的今天，我国北方旱情依然十分严峻，京津冀地区再次出现水危机。回顾20世纪80年代以来北方持续干旱对水资源衰减和生态环境的影响，有助于华北水资源短缺问题的研究解决。
一、水资源的衰减
1.1956～1979年的水资源量
1980年水利部根据1956～1979年24年同步系列资料，对全国各流域的水资源进行了第一次评价。当时估算黄淮海三流域片的河川径流量为1690.5亿m3，包括地下水在内水资源总量为2125.7亿m3，约占全国水资源总量的7.7%，见表1。
根据2000年人口计算，黄淮海地区人均水资源占有量仅486m3，是我国水资源最为短缺的地区。山东半岛位于黄淮海三流域东端，三面环海，境内河流短小，调蓄能力低，水资源的短缺更为突出。人均水资源量偏少，与人口、耕地、生产力布局不相匹配，黄淮海地区从20世纪70年代开始水资源供需矛盾就已十分紧张。1972年大旱恢复引黄，并开始大规模打井开采地下水用于补充地表水的不足。
2.20世纪80～90年代的水资源量
从20世纪80年代开始，华北地区气候持续偏旱，京津冀地区和山东半岛，1980到1989年，10年平均降水量比多年平均偏少10%～15%，气温偏高0.1℃～0.36℃。由于降水偏少，气温偏高，地面蒸发损失加大；同时又受到人类活动的影响，水资源补给量明显减少。根据海委初步分析，1980～1989年海滦河全流域产生的年平均径流量仅155亿m3，比1956～1979年多年平均径流量288亿m3减少了46.2%，约133亿m3。
进入20世纪90年代，干旱从华北平原向黄河中上游地区（陕甘宁），汉江流域，淮河上游，四川盆地扩展，1990～1999年该地区年平均降水量偏少5%～10%，气温偏高0.3℃～0.8℃。初步分析，黄河利津以上同期年平均产水量仅476亿m3，比1956～1979年平均年径流量661亿m3减少了28%，约185亿m3。1997年气候特旱，黄河河口以上地区产流量减少到304亿m3，扣除中上游用水消耗，利津水文站实测径流量为18.6亿m3，仅有15.4亿m3水量入海。20世纪90年代海滦河旱情有所缓和，降雨量有所增加，但比1956～1979年平均降水量少54mm，由于降水偏少，前期土壤比较干旱，气温持续偏高，土壤蒸发消耗量大，地表径流量增加不多，仍比1956～1979年的多年平均值减少30.6%，约88亿m3，见表2。
淮河流域位于南北气候过渡带，既受到南方湿润多雨气候影响，又受到北方干旱少雨气候影响，年际间丰、枯水年交替出现，水量变化极大。虽然20世纪80～90年代平均年降水量与1956～1979年的平均值相差不多，但枯水年1988年、1999年来水少于300亿m3；而丰水年1991年来水却超过1000亿m3，丰枯相差2倍多，年径流比1956～1979年的均值仍略有减少。山东半岛沿海诸河受北方持续干旱影响，20世纪80～90年代水资源衰减的严重程度与海河流域相近，地表径流比1956～1979年的平均值减少27.5%，约32.6亿m3。
3.水资源衰减的趋势
将黄淮海各流域不同年代的年平均产流量列表比较，从表3可以看出：海河20世纪50年代来水偏丰，以后各年代来水呈衰减下降趋势，到90年代来水略有回升。黄河、淮河50、60年代来水均偏丰，70年代以后呈衰减下降趋势。黄河90年代最枯，淮河90年代来水持平，到2000年略有回升。
黄河1990到2000年持续11年来水量偏枯，少于多年平均径流量580亿m3。干旱持续历时长达11年，与1922～1932年相仿，但后者来水偏枯的程度较前者更为严重。
二、水资源供需失衡加剧了生态环境的恶化
1.水资源的衰减加剧了供需失衡
从1980～1999年，华北的干旱持续长达20年之久，与历史上1920～1940年干旱相类似。黄淮海三流域（包括山东沿海）年平均来水量比1956～1979年平均来水量1690亿m3减少19%，约317亿m3。个别特殊干旱年份，如1997年和1999年来水更少，来水量分别减少了47%和43%，约796亿m3和728亿m3。
在此期间，黄淮海地区人口由3.34亿增长到4.37亿，增加了29%，经济也有很大的发展。虽然干旱缺水，但因加强了节水和需求的控制，年总用水量仅由1274亿m3增加到1429亿m3；人均综合年用水量，由1980年的381m3/人，下降到1999年的332m3/人，成为我国人均综合用水量最少的地区见表4。
在水资源持续衰减、用水量不断增长的状况下，黄淮海地区水资源供需不平衡的矛盾进一步加剧。在地表水衰减，供水不足的情况下，地下水开采量不断加大，在总供水量中的比重也相应增加，其中以海河流域最为明显。根据水资源公报，1994～1999年海河流域地下水的年平均开采量为250.5亿m3，其中浅层地下水为188.5亿m3占75%，深层地下水62亿m3占25%，地下水开采量占供水总量的60%。
2.黄淮海地区缺水状况
根据1999年水资源公报的资料估计见表4，1999年海河流域的可供水量，地表水约100亿m3，地下水在不超采的条件下，可开采量约200亿m3，引黄河水约50亿m3，合计350亿m3；1999年实际用水量约430亿m3，估计1999年缺水80亿m3，主要靠超采地下水和利用不合标准的废污水来解决。如考虑经济发展和生态环境的改善，总缺水量将达到100亿m3以上。
黄淮海地区的总缺水量也可以根据水资源公报的资料见表5粗略的估计。1994～2000年黄淮海地区平均年径流量1313亿m3，但供水量年平均约1410亿m3。其中：引用当地地表水约706亿m3；跨流域引用黄河和长江水137亿m3；开采量地下水561亿m3，包括深层水141亿m3。黄淮海三流域的缺水量，如扣除黄淮海三流域地下水的超采量包括深层水在内，缺水量约150亿m3；如再考虑被挤占的黄河冲沙水量，则缺水量将增至200亿m3左右。黄淮海地区的缺水目前主要靠超采地下水和挤占黄河冲沙水量来满足当前工农业生产和城乡生活用水的需求。
3.地下水的累计超采量
根据国土资源部正定水文地质研究所分析：海河流域现状年地下水年平均超采65.3亿m3，其中浅层24.2亿m3，深层41.1亿m3。由于大规模过量开采地下水，在东部平原沿津浦铁路形成了以天津、沧州、德州为中心的大面积深层地下水漏斗区，约2.14万km2。在太行山前沿京广线形成了以北京、保定、石家庄、邯郸、濮阳为中心的浅层地下水下降漏斗区约1.4万km2。根据历年地下水埋深变化的情况估计，从1958年到1998年海河平原40年累计消耗地下水储量895.8亿m3。在气候持续干旱的影响下，1985～1998年近14年就累计超采了地下水649亿m3，其中浅层261亿m3，深层388亿m3，平均年超采46.3亿m3，大大加剧了地下水位的持续下降，出现了河湖干涸，地面下沉，海水入浸等严重生态环境问题。
三、需进一步研究的问题
1.水资源量的复核和衰减原因的分析
从1980年以来，华北地区受气候持续干旱和人类活动影响，流域产流和地下水补给条件发生了明显变化，导致了流域水资源量的衰减。由于工农业生产用水和生态用水的不断增加，水资源的开发利用率一般河流超过60%，最高超过90%。通过水文观测断面排泄的水量越来越少，大部分水量需要通过调查还原估算，这说明河流的天然水循环已向侧支循环方向发展，垂向蒸发、蒸腾量加大，经河道水平排泄入海水量日益减少。通过水土保持、退耕还林、种树种草、旱地集雨耕作技术和节水高效农业的发展，使流域内的水热平衡、水沙平衡、水盐平衡、水生生态平衡状况不断发生变化。因此，北方河流应根据20世纪80和90年代新增加的水文气象资料，结合用水和生态环境变化状况的调查和水量平衡的分析，进一步弄清楚各河流水资源衰减的原因，并对1956～2000系列的水资源量作出进一步复核和评价。
在水资源短缺的黄淮海地区，水土资源的过度开发和经济的高速发展已导致工业和城市挤占农业用水，农业用水又挤占生态环境用水，最终导致生态环境的恶化。为了保护和维持生态环境不再继续恶化，应从山区水土保持、退耕还林还草等生态环境建设、保护和修复河流中下游生态环境状况、控制和回补平原地区超采的地下水、改善河流水质状况等方面估算必需保留的生态环境用水量和进一步改善生态环境状况的工程和措施。
2.水资源合理配置
通过以上分析可以看出，从1980～2000年，在持续干旱影响下，黄淮海地区现状年缺水量在200亿m3左右，主要靠超采地下水和挤占黄河冲沙水量来满足当前工农业生产和城乡生活用水需求。在来水长期偏少的状况下，要解决如此巨大的缺水量，除了进一步节水挖潜外，必须加快实施南水北调工程，为本地区补充新水源。从缺水的地区分布和严重程度来看，东线和中线的调水工程需要同时实施，才能解决华北平原和山东半岛的严重缺水和生态环境问题。调水量应适当留有余地，才有可能促使超采长达20年的地下水巨大亏损量得以慢慢的恢复。
3.地表水、地下水和外调水的合理调配
南水北调工程实施后，应充分利用当地地下水超采腾空的地下库容，对当地水和外调水进行调蓄。首先应严格控制和减少地下水的开采量，不允许地下水继续超采。通过涵养和回灌逐步恢复地下水的战略储量，以应对今后发生持续干旱或特殊干旱年的急需。由当地地表水、地下水和外调来的长江水，以及处理回用的污水等多种水源构成的供水系统。由于各种水源的供水成本、水质和供水保证率各不相同，在地表水调节水库不足的情况下，如何合理调配各种水源，充分发挥多种水源的综合效益，是一个比较复杂的技术问题，应当现在就开始着手研究。
4.微咸水与海水的利用和淡化
在海河平原的中东部地区，有大量零星分布的微咸水，埋深较浅一般在3～4m左右，可通过抽咸换淡逐步加以改造利用。
我国北方沿海地区，虽然海岸线很长，但海水利用量却很少，2000年仅利用了34.3亿m3，与1995年的美国利用840亿m3和1994年的日本利用1853亿m3相比，差距很大。由此可见，我国的海水利用还有较大潜力。
日本、美国的海水主要用于热电站和钢铁、冶金、化工等行业的冷却用水。香港的海水主要用于冲厕。青岛、大连利用海水作为工业的冷却用水已积累了一些经验。因此，河北、天津、山东沿海的缺水城市也应当利用海水替代淡水，弥补淡水资源的不足。
海水淡化的关键是降低供水成本，使用户能够承受。根据国外文献介绍，近年来通过对海水淡化技术装置的不断研究改进，目前海水淡化的成本每吨已下降到一美元以下（约0.7～0.9美元）。因此，沿海缺水城市采用海水淡化措施，作为紧急备用水源，解决特殊干旱年用水的急需，在经济上是现实可行的。
总之，持续长达20年的干旱，既加深了对华北水资源短缺严重性的认识，同时也为我们进一步深入研究缓解华北水资源的短缺问题指明了方向。
作者为中国水利水电科学研究院水资源研究所原所长
作者：非文人 在 罕见奇谈 发贴, 来自 http://www.hjclub.org |
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- 谢谢老非的这篇文章。 -- 和合 - (230 Byte) 2002-11-28 周四, 上午12:27 (227 reads)
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