河流域水资源与生态环境变化及其对策研究样本.doc

石羊河流域水资源和生态环境改变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。
作者介绍：张永明（1969－），男，在读博士，高级工程师，关键从事水资源及流域管理方面研究工作。

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 710048；2 甘肃省水利厅石羊河流域管理局 甘肃 兰州 730000)
摘 要： 本文经过对石羊河流域水资源利用现实状况及存在问题分析，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。针对流域面临严峻水资源及生态环境问题，提出分抢救和治本两个阶段来处理问题，近期以抢救为关键。根据南护水源、中建绿洲、北防风沙治理思绪，实施治理上游、改造中游、拯救下游流域综合治理，以遏制生态环境恶化趋势为目标，以提升用水效率为关键，以流域水资源统一管理为确保，实现流域水资源可连续利用，支撑经济社会可连续发展，达成人和自然友好共处。
关键词： 石羊河 水资源配置 可连续利用 对策方法
中图分类号： 文件标识码：A 文章编号：1000-6060（）05-
Study on Countermeasures for Water Resources shortage and Changes of Ecological Environment in Shiyang River Basin
Zhang Yongming1，2, Song Xiaoyu1, Sheng bing1, Sheng Qingling2, Zhang Xiaowei1
(1 Institute of water resources, Xi’an University of technology, Xi’an 710048, Shanxi, China; 2 Shiyang River Basin Administration Branch, Gansu Bureau of Water Resources, Lanzhou, 730000, 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]伴伴随生态环境安全问题[2]受到水资源短缺威胁，其可连续发展受到大家关注[3]。石羊河流域是我中国陆河流域中人口密度最大，人均中国生产总值较高，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地域。因为“水”而引发生态问题关键集中表现在下游民勤绿洲，引发中央领导同志高度重视。温家宝总理指示：“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”。多年来学多学者也从不一样角度对石羊河流域问题进行了研究，冯绳武[4]对民勤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改变人文机制，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战略问题进行了研究，高飞[9]分析了水资源数次转化特征，提出了反应水资源转化关系数学模型，刘恒等[10]以石羊河流域下游民勤盆地为例，对水资源利用和绿洲演变规律进行了研究，钟华平等[11]对民勤水资源和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自然原因和人为原因及其改变进行了研究。
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”富庶之地；下游民勤绿洲，延伸于腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠夹缝之中，它阻止了两大沙漠合拢，成为武威、兰州乃至华北大地天然屏障。石羊河流域生态环境保护和建设，不仅关系流域生存空间和经济发展，也关系到西北、华北地域生态环境保护和改善。所以，根据国家实施西部大开发战略要求，从战略高度着眼，认真研究石羊河流域水资源相关问题，提出水资源开发、利用、配置、节省和保护总体思绪、布局和实施意见，对保障流域经济社会和生态环境协调发展，含有十分关键意义。
1 研究方法
1.1 研究区概况
石羊河起源于祁连山区，是河西内陆河流域三大水系之一，东起乌稍岭，西止大黄山，北和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聚集而成下游石羊河干流组成。流域总面积4.16万km2。，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%；中国生产总值94.72亿元，人均4243元；工业总产值100.2亿元；总耕地面积368.55×103ha2，浇灌面积309.8×103ha2，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，和地表水不反复纯地下水资源量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，是本省水资源最为紧缺地域之一。
1.2 水资源开发利用现实状况评价
(1) 现实状况供用水量
流域内供水工程较多，供水能力31.00亿ｍ3，工程类型关键有蓄水工程、引水工程、提水工程。实际供用水量28.54亿ｍ3，比1980年和1995年分别增加了10%和9.4%，关键是地下水开采量增加较多（见表1）。

表1 石羊河流域1980、1995、实际供水量对照表
Tab.1 Contrast between water supply in Shiyang River Basin in 1980, 1995 and
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
10.32
5.62

15.94
9.8

25.74
百分比
40
21.8

62
38

100
1995
水量
9.2
4.32
0.24
13.76
12.1
0.007
25.87
百分比
35.6
16.7
0.9
53.2
46.78
0.002
100

水量
9.95
3.94
0.01
13.9
14.47
0.17
28.54
百分比
34.86
13.81
0.05
48.7
50.7
0.58
100
注：单位：亿ｍ3、%
(2) 地下水均衡分析
经对本流域平原区地下水均衡计算，平原区地下水总补给量11.93亿ｍ3，假如扣除井泉水回归量2.51亿ｍ3，则地下水补给量9.42亿ｍ3。总排泄量16.67亿ｍ3，假如减去井泉水浇灌回归量，实际消耗地下水14.16亿ｍ3，地下水超采量4.74亿ｍ3。地下水资源利用率为121%。从地下水均衡分析判定，大靖盆地属于通常超采区，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) 现实状况耗水水平分析
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，分别是中游地域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，即使在内陆河流域也是最高。
(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4倍，单方水生产粮食为0.41 kg / m3，低于全国0.6~1.0 kg/ m3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12倍之多，单方水生产粮食仅有0.23 kg/ m3，充足说明石羊河流域水资源配置关键在低产出行业，单方水利用效率是较低。
(5) 现实状况供需平衡分析
根据现实状况用水水平，保灌面积维持在223.8×103ha2，当P=50%时，总用水量28.54亿m3，若要达成地下水采补平衡，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%，若考虑浇灌面积全部达成低水平保灌，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
按供水量计，石羊河水资源开发利用率（供水量和水资源总量比值）为162%，全国为20.0%，西北地域为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开发利用率最高，关键是水资源反复利用和超采地下水所致，完全没有考虑生态环境用水。
1.4 综合评价
(1) 评价指标体系
依据水资源开发利用研究结果，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实状况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成89%，地下水利用率大于100%，水资源利用过分，已经严重超载，开发潜力很小。地下水开采潜力指数仅0.52，属于中等超采地域。当务之急是限制地下水开采量，逐步达成补排平衡。石羊河流域是浇灌农业区，无浇灌即无农业，必需以水定地。目前应适度收缩浇灌面积，实施退耕还林还草或轮歇浇灌。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、扩建成多年调整水库，深入提升对径流调蓄能力。
表2 综合评价关键指标表
Tab. 2 Major index of synthesis assessment
评 价 指 标
单 位
数 值
耕地浇灌率
%
84.1
农村人均耕地面积
(ha2/人)
0.23
农村人均浇灌面积
(ha2/人)
0.19
人均水资源量
(ｍ3/人)
789
人均年用水量
(ｍ3/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
%
52.1
2 水资源问题突出表现及成因分析
2.1 水资源问题突出表现
(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，属经典资源型缺水地域。现实状况需水量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。伴随全流域经济社会发展，水资源供需矛盾将愈加严峻。
(2) 地下水位急剧下降，生态环境恶化趋势加剧
伴随上中游水资源开发利用程度提升，进入下游民勤绿洲水量逐年降低，民勤红崖山水库以下现实状况绿洲面积1312.66 km2，比20世纪50年代降低了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1/3，运行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10～20m，局部地方达40多米，而且地下水矿化度每十二个月以0.1g/L速度增加，矿化度普遍高达3～4g/L，水质不停恶化，人畜饮水发生困难；苦咸水面积由湖区不停向外扩展，盐碱地面积急剧增加，天然植被日益萎缩，植被大量枯死。多年来，民勤县有9.0×103ha2沙枣林枯梢衰败，23.33×103ha2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、农田防护林降低近200×103ha2，沙漠以每十二个月8～10m速度向绿洲推进，平均每十二个月沙化面积达15.0×103ha2。因为民勤绿洲萎缩和土地沙化，加重了风沙和沙尘暴危害，不仅严重威胁着石羊河流域人民生产和生活，而且对全省乃至西北、华北生态环境也产生了不可低估影响。
(3) 祁连山区生态退化，水源涵养功效减弱
祁连山森林植被和高山草地是石羊河流域水源涵养区。因为人口增加，过分开发和放牧，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%灌木林出现草原化和荒漠化。林地降低，草场退化，植被覆盖率降低，水源涵养能力连续下降。
(4) 经济结构不尽合理，用水效率偏低
石羊河流域产业结构是以农业为主结构，第一产业增加值占GDP比重武威市为35.2%，民勤县为62.9%，远远高于全省19.63%百分比；工业化系数武威市和民勤县均低于全省平均水平；现实状况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%，流域农业用水显著偏高，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4倍多，单方水生产粮食0.41kg，低于全国1.0kg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，水资源统一管理微弱
现在流域水资源管理仍然是以行政区域为单元，地方管理为主方法管理，各自为政现象比较严重。多年来，国家和省上即使加大了流域内关键病险水库除险加固和灌区节水改造力度，但因为流域统一管理工作没有跟上，省政府1990年同意流域计划未能全方面落实，区域间水量分配方案没有按计划实施，致使进入下游民勤水量越来越少，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1/3，远低于人均1000 m3国际水资源紧缺标准。亩均水资源量318m3，仅为全国1/5，人均、单位面积耕地占有水资源量严重不足，是石羊河流域用水紧缺和生态环境恶化关键根源。
(2) 地域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。
因为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。不过，这种浇灌面积急剧扩大，是建立在对自然资源，尤其是水资源过分索取基础上，农业浇灌占用了大量水资源，挤占了生态环境用水，加剧了生态环境恶化。造成流域上下游之间、国民经济各部门之间用水矛盾十分尖锐。流域内八条关键支流出山口径流量均值为14.56亿m3，20世纪70年代以前进入民勤水量占出山各支流水量百分比为31.1～31.6%。20世纪70年代以后，因为中游地域水量消耗逐年增加，进入民勤水量占出山各支流水量百分比逐年降低。到20世纪90年代后期，实际进入下游水量不到1.0 亿m3，占出山各支流水量百分比仅8.3%，中游用水量不停增加，造成下游河道干涸，地表水量降低，使地下水大量超采，地下水位连续下降，部分靠地下水维系植被，逐步开始退化、消亡，这是下游生态环境恶化关键原因(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
下游民勤基础无自产地表水，水资源均为中游客水，其生态环境日趋恶化，首先是因为中游下泄水量逐年降低所致，其次则是因为近些年民勤浇灌耕地无序开发，浇灌面积规模扩大所致。据统计，民勤八十年代中期全县浇灌面积40×103 ha2，进入九十年代在“瓜籽热”经济利益驱动下，浇灌面积曾达成80×103～86.7×103 ha2左右，伴随瓜籽行情低落，大量耕地又被撂荒和弃耕，现在民勤县浇灌面积仍维持在68×103 ha2左右，对地下水掠夺性开采、地下水位连续下降和地下水水质恶化，造成新一轮土地撂荒，现在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) 人口数量增加压力仍然很大
流域内近50年来人口年增加率为17.5‰，人口分布关键集中在绿洲地域。绿洲承载人口已达每平方公里300人以上，因为受水资源条件限制，土地资源开发潜力有限，适于人口居住土地面积占总土地面积百分比不足10%，开发宜农荒地也将对水资源供给形成更大压力。所以，人口增加是影响区域生态环境恶化关键原因。
表3 上游各支流出山口年均径流量和红崖山水库入库径流量对比表
Tab.3 Contrast between average yearly volume of upper branches’ runoff
at 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百分比（%）
中、下游
用水比
1955～1959
17.524
5.527
31.5
01:00.5
1960～1964
14.376
4.471
31.1
01:00.4
1965～1969
14.034
4.437
31.6
01:00.5
1970～1974
13.776
3.737
27.1
01:00.4
1975～1979
14.357
2.712
18.9
01:00.2
1980～1984
14.938
2.359
15.8
01:00.2
1985～1989
15.529
2.215
14.3
01:00.2
1990～1995
13.716
1.65
12
01:00.1
1996～
12.87
1.07
8.3
01:00.1
平 均
14.56
3.131
21.5
01:00.3
注：带※数字是依据各水文站实测流量计算得到。
3 流域综合治理对策方法
3.1 基础思绪
综合治理基础思绪是：坚持以生态保护和改善为根本，以水资源科学管理、合理配置、高效利用和有效保护为关键，工程方法和非工程方法相结合，生态效益和经济效益兼顾，上中下游统筹计划，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，促进人和自然友好共处。
3.2 对策方法
(1) 大力推进节省用水，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。主动开展工业企业用水水平衡测试，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。全方面普及农业常规节水技术，不停提升其质量和标准。推行以喷灌、滴灌、渗灌为关键内容农业高新节水技术，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，以水资源配置为关键，加紧二三产业发展，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，经过兼村并点，移民建镇，使南部水源涵养林区和北部荒漠化严重、不适于群众生存地域人口合适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关键，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、协调流域管理体制和运行机制，以合理配置水资源为关键，实施水资源统一管理和统一调度。一是制订石羊河流域管理条例，依法合理划定取水许可管理权限，实施总量控制和定额管理相结合制度；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；四是根据实施石羊河流域水量、水质统一管理调度要求，建立优异水文自动测报和水资源管理调度系统。
(5) 加大水污染防治，不停提升水环境质量
加紧产业结构及水污染源布局调整，严把建设项目审批关，严禁在饮用水源保护区、居民文教区、自然保护区、旅游区建设有污染工业企业，严禁新建高污染、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。实施关键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，污染物总量控制考评和污染物排放总量收费制度，不停提升流域水环境质量。
注：文中数字除尤其说明外，其它为开展石羊河流域近期治理研究项目时，在现场调研、座谈时搜集。

参考文件（References）：
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