薛松貴
(水利部黃河水利委員會,450003,鄭州)
黃河是我國西北、華北地區重要的供水水源,又是世界上泥沙最多的河流。黃河水資源具有年際變化大、連續枯水段長的特點,在枯水期和枯水段,缺水更加嚴重。未來隨著黃河流域水資源量減少和需水量增加,水資源安全形勢嚴峻,制定水資源安全戰略非常必要。
自2002年國家計委和水利部聯合部署開展水資源綜合規劃以來,黃河流域水資源綜合規劃在水利部統一領導下,經過水利部黃河水利委員會及相關省 (自治區)近10年的努力,編制完成了《黃河流域水資源綜合規劃》。規劃編制過程中,邀請專家咨詢20多次,多次征求并協調了流域省(自治區)意見,2010年國務院正式批復 《全國水資源綜合規劃(2010—2030年)》。《黃河流域水資源綜合規劃》作為全國水資源綜合規劃的重要組成部分,將是今后一個時期內黃河流域水資源開發、利用、配置、節約、保護與管理的重要依據。
黃河流域多年平均河川天然年徑流量534.8億m3,僅占全國河川年徑流量的2%,人均年徑流量473m3,僅為全國人均年徑流量的23%,卻承擔著占全國15%耕地面積和12%人口的供水任務。同時,黃河有限的水資源還必須承擔一般清水河流所沒有的輸沙任務,使可用于經濟社會發展的水量進一步減少。作為資源性缺水的黃河,其地表供水總量中近1/3的水量還須向流域外部分地區和城市調水。20世紀90年代,黃河平均天然徑流量為437億m3,利津斷面實測水量僅119億m3,實際消耗徑流量已達318億m3,占天然徑流量的73%,已超過其承載能力。地下水開采量由1980年的93億m3增加到目前的140億m3左右,部分地區已超過地下水可開采量。
20世紀80年代以來黃河來水來沙條件發生了較大變化,使本來已經不協調的水沙關系進一步惡化。
具有較大挾沙能力的中常洪水和較大洪水發生的機遇減少。1986年以來黃河中下游的洪水特征發生了很大變化,3000m3/s以上和6000m3/s以上洪水年均發生的場次,花園口站1986年以前分別為5場和1.4場,1986年后分別減少為2.2場和0.3場。同時洪峰流量、洪水持續時間和洪量均有大幅度減少。
黃河主要來沙區來沙系數增大。河口鎮至龍門區間是黃河的主要來沙區,平均來沙系數由1956—1979年的0.76 kg·s/m6增加到 1980—2000年的0.89kg·s/m6。場次洪水來沙系數增加趨勢更為明顯,潼關站1960年以前來沙系數一般在0.05 kg·s/m6以下,1992年以來,大部分在0.1 kg·s/m6以上,個別年份達到 0.3 kg·s/m6。
黃河水沙關系惡化,造成河道淤積嚴重,河槽萎縮,平灘流量降低,二級懸河加劇,防洪、防凌負擔加重,不僅嚴重威脅河流健康,也增加了洪水漫灘概率,增加了災害損失。黃河下游河道平灘流量由20世紀80年代的6000m3/s左右下降到2002年汛前的2000m3/s~3000m3/s, 局部河段只有1800m3/s。寧夏、內蒙古河段歷史上屬于微淤河道,目前河槽嚴重淤積萎縮,河道形態不斷惡化,主槽過流能力下降 (個別河段僅為1000m3/s左右),部分河段成為“地上懸河”,嚴重威脅防洪、防凌安全,1990年以來已發生7次凌汛決口和1次汛期決口。
對河川徑流的過量開發,導致黃河干流和部分支流的生態環境用水量被大量擠占。1972—1999年28年間,黃河下游22年出現斷流。尤其是進入20世紀90年代,幾乎年年斷流,斷流最嚴重的1997年,利津水文站斷流時間長達226天。據對20世紀90年代統計,黃河下游被擠占的生態環境用水量達到61億m3。河道內生態水量特別是輸沙水量嚴重不足,導致了河道淤積萎縮、水環境惡化等一系列問題。1999年開始黃河水量調度以來,采取多種措施實現了黃河下游不斷流,但遠沒有達到功能性不斷流的要求。
地下水的大量開采,一方面造成部分地區地下水水位持續下降,形成大范圍地下水降落漏斗,產生一系列地質環境災害;另一方面也在一定程度上襲奪地表水,減少了河川徑流。現狀黃河流域存在主要地下水漏斗區65處,甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東等省(自治區)均有分布,其中陜西、山西兩省分別存在漏斗區34處和18處。
黃河流域近20年間用水水平和用水效率有了較大提高,按2000年不變價分析,萬元GDP用水量從1980年的3742m3下降至現狀年的308m3,減少了92%;萬元工業增加值取水量由1980年的876m3下降至104m3,下降了88%;農田實灌定額由1980年的542m3/畝 (8130m3/hm2)減少至 420m3/畝 (6300m3/hm2), 減少122m3/畝(1830m3/hm2),但與全國先進地區相比,用水管理與用水技術仍相對落后,用水效率指標尚有一定差距。部分灌區渠系老化失修、工程配套較差、灌水田塊偏大、溝長畦寬、土地不平整、灌水技術落后及用水管理粗放等原因,造成了灌區大水漫灌、浪費水嚴重的現象。水價嚴重背離成本也是造成浪費水現象的重要原因,流域內大部分自流灌區水價不足成本的40%。部分地區水資源利用方式粗放,用水效率較低,浪費仍較嚴重,與流域水資源總量缺乏、供需矛盾突出的形勢形成強烈反差。
黃河流域廢污水排放量由20世紀80年代初的21.7億t增加到目前的42.5億t,大量未經任何處理或有效處理的工業廢水和城市污水直接排入河道,造成流域內23%的評價河長劣于Ⅴ類水質,達不到水功能要求,主要污染物入河量已遠遠超出黃河自身水環境承載能力。現狀水平年黃河流域COD和氨氮納污能力可利用量分別為 73.9萬t、3.41萬t,而現狀年流域水功能區污染物COD和氨氮實際入河量分別為 103.40萬 t、9.80萬t,污染物實際入河量遠遠超出了流域水功能區的可承載能力。
流域內工業產業結構不合理,高耗水、重污染和清潔生產水平低下的工業企業在流域內廣為分布,城市生活污水處理率低于全國平均水平,農業面源污染基本沒有得到控制,水環境的低承載能力和流域高污染負荷以及低水平的污染治理手段與控制技術,造成了黃河流域日趨嚴重的水污染問題,省際水污染矛盾日益突出,流域水污染形勢十分嚴峻。
《黃河可供水量分配方案》(“87”分水方案)、《黃河可供水量年度分配及干流水量調度方案》、《黃河水量調度條例》等為黃河水資源的管理和調度奠定了基礎,1999年開始全河干流的水量統一調度后,黃河流域水資源管理取得了十分明顯的效果。但目前的水資源管理方法和手段尚不能滿足現代流域管理的需要。總量控制及定額管理相結合的水量管理技術體系尚不完善;以水功能區為單元的地表水水質管理制度還未建立,地下水功能區劃分工作尚未完成,技術體系還不完備;部分地區水資源過度開發還沒有得到有效遏制;以定額管理為基礎的節約用水行為規范還沒有全部實行,缺水和用水效率低下并存;干旱監測和降雨預報不能滿足精細調度的要求,水資源監測網絡特別是取退水監測方面還很不完善。

表1 黃河流域各水平年方案供需結果 單位:億m3
(1)國民經濟需水量
預計流域內人口將由2007年年底的1.14億人增加到2030年的1.31億人,城市化率由2007年年底的40%提高到2030年的59%。預測黃河流域GDP將以6.9%的年均增長率穩步發展,工業增加值由2007年的7837億元增加到2030年的35687億元。為基本滿足本流域的糧食需求,在提高糧食單產的同時,還需要適當擴大灌溉面積,流域內農田有效灌溉面積從現狀的7765萬畝(517.67萬hm2)增加到2030年的8697萬畝(579.8 萬 hm2)。
在采取強化節水措施、調整產業結構、限制高耗水產業發展的情況下,國民經濟需水量仍將會有一定的增長。黃河流域多年平均河道外總需水量由基準年的485.79億m3,增加到2030年的547.33億m3,24年凈增了 61.54億m3,年增長率為0.5%。增長最多的省(自治區)是陜西、山西和甘肅,分別為19.9億、12.7億和10.65億m3,內蒙古增長了1.76億m3,寧夏下降了0.08億m3。
(2)生態環境需水量
根據小浪底水利樞紐初步設計等有關成果,在小浪底水庫攔沙期間,為達到下游一定的沖刷效果,塑造下游中水河槽,下游河道沖刷年均需水量利津斷面約為230億m3,其中汛期約為155億m3。在小浪底攔沙期結束后,小浪底水庫進入沖淤平衡時期,進入下游的泥沙通過小浪底等水庫調水調沙輸送入海。在下游河道年淤積量為1.0億~2.0億t時,利津斷面汛期輸沙需水量約為184億~143億m3。綜合分析,為盡可能減少黃河下游河道的泥沙淤積,下游河道多年平均汛期輸沙用水量利津斷面應在170億m3左右。
利津斷面非汛期生態環境需水量主要包括維持河道不斷流、保護河口三角洲濕地、保護水質及河道內生態所需水量等。20世紀80年代以來,圍繞河道不斷流、河口生態保護等方面相繼開展了多項研究。綜合各項研究成果,并考慮到黃河水資源現狀利用情況及未來水資源供需形勢,利津斷面非汛期生態環境需水量為50億m3左右。
綜上,黃河干流輸沙和生態環境需水量達到220億m3。
(3)水資源供需平衡分析
在考慮黃河流域地表供水工程和地下水開采量的情況下,計算基準年、2020年、2030年三個水平年供需平衡,見表1。
在不考慮跨流域調水的情況下,流域內總供水量為419.8億~443.2億m3,經濟社會缺水量呈增長趨勢,由基準年的66.0億m3增加到2030年的104.2億m3。入海水量由基準年的206.7億m3減少到2030年水平年的185.8億m3,尚不滿足河道內生態環境需水要求,生態環境缺水量由基準年的13.3億m3增加到2030年的34.2億m3。經濟社會和生態環境總缺水量由基準年的79.4億m3增加到2030年的138.4億m3。
在引漢濟渭、南水北調西線一期等調水工程生效后,2030年水平年流域內供水量達到520.8億m3,其中地表供水375.1億m3,較南水北調西線一期工程生效前增加77.6億m3,流域內經濟社會缺水量減少到26.6億m3,入海水量達到211.4億m3,水資源供需矛盾有所緩解。
黃河水資源配置原則,一是統籌兼顧流域經濟社會發展和維持黃河健康生命的各方面需求,協調好生活、生產、生態用水的關系;二是以1987年國務院批準的《黃河可供水量分配方案》為基礎,統籌考慮水資源量的變化、供需平衡分析成果、跨流域調水工程等因素;三是上、中、下游統籌兼顧,地表水、地下水統一配置,保證干支流主要斷面維持一定的下泄水量。
根據上述原則,考慮到黃河水資源量的變化和跨流域調水工程的實施情況,結合供需分析成果,分三個階段擬定黃河流域水資源配置方案。
(1)南水北調東中線工程生效前
考慮到黃河水資源量的減少,統籌考慮河道內外用水需求,在“87”分水方案的基礎上配置河道內外水量,配置河道外水量341.2億m3,入海水量193.6億m3。黃河流域缺水量為95.5億m3,其中河道外缺水69.1億m3,缺水率14.2%;河道內缺水26.4億m3,缺水率12.0%。
(2)南水北調東中線工程生效至西線一期工程生效前
以2020年為配置水平年,地表徑流量將減少為519.8億m3,配置河道外各省(自治區)水量332.8億m3,入海水量187.0億m3。由于需水量增加和黃河河川徑流量減少,黃河流域缺水量達到109.7億m3,其中河道外缺水76.7億m3,缺水率 14.7%,河道內缺水33.0億m3,缺水率15.0%,缺水主要集中在河口鎮以上。
(3)南水北調西線一期工程等調水工程生效
2030水平年,黃河河川徑流量將減少到514.8億m3,加上引漢濟渭、南水北調西線一期等調水工程調入水量97.6億m3,黃河的徑流總量為612.4億m3,其中配置河道外 401.1億m3,入海水量211.4億m3。西線調水80億m3,配置河道外水量55億m3,配置河道內25億m3。河道外各省(自治區)尤其是河口鎮以上省(自治區)缺水情況得到緩解,全流域河道外缺水率4.9%,入海水量將增加到211.4億m3,缺水3.9%,尚未達到220億m3的需水要求,還需要完善黃河水沙調控體系以調節水沙關系,同時采取水土保持建設、灘區放淤等多種措施進一步減少黃河下游的泥沙淤積,塑造并維持中水河槽。
南水北調西線一期工程生效前,在充分節水的前提下,黃河流域缺水量將達到110億m3,其中河道內缺水33億m3,河道外缺水 77億m3。河道外缺水如果集中在農業,預計將有1000萬畝(66.67萬 hm2)有效面積得不到灌溉,在得到灌溉的面積上,灌溉定額減少,將少生產糧食75億kg左右,約占黃河流域糧食產量的15%,占全國糧食產量的1.5%。河道內缺水將減少輸沙水量,增加河道淤積,對中水河槽維持造成嚴重影響。同時,也將導致河流水環境承載能力進一步降低,水環境壓力增大。可見,在正常來水年份,由于水資源不足,城鄉居民飲水、能源基地工業用水擠占農業和生態環境用水量,使糧食安全和生態安全存在一定風險。在枯水年份和連續枯水段,城鄉居民飲水、能源基地工業用水、農業灌溉用水和生態環境用水之間的矛盾將更加激烈,使糧食安全和生態安全的風險更大。
南水北調西線一期工程生效后,黃河流域水資源供需矛盾將得到全面緩解。調入水量主要用于補充居民生活飲水、城市發展用水、能源基地用水和生態環境用水,從而退還被擠占的農業用水和河道內生態環境用水,全面協調各區域和各部門的用水關系,保障飲水安全、能源基地供水安全、糧食安全和河流生態安全,為促進流域經濟社會可持續發展和維持黃河生命健康提供基本保障。
按照節水型社會建設的總體要求,在加強節水型社會管理制度建設和建立自覺節水的社會行為規范體系基礎上,進一步推進節水型社會建設。根據工業、農業灌溉和城鎮生活節水措施的安排,2020年和2030年,黃河流域節水量分別為56.9億m3和76.4億m3,總投資分別為435.5億元和705.6億元。通過上述措施,2020年初步建成節水型農業、節水型工業和節水型城市。
黃河流域水資源管理要在深化水利改革的基礎上,重點加強制度建設,建立健全流域與區域相結合的水資源管理體制。盡快建立和完善流域“三條紅線”指標體系,強化取水許可總量控制和用水定額管理,嚴格執行用水效率控制指標,建立河流省界斷面水質行政首長負責制。建立和完善黃河流域水權轉換制度,完善水功能區管理制度;加強水工程建設規劃同意書、水資源論證等前期工作的審批手續;建立水資源循環利用體系和黃河水資源應急調度制度,逐步形成有利于合理開發、科學配置、高效利用和有效保護的水資源管理體制和機制。
近期在黃河干流水量統一調度的基礎上,主要加強對主要支流水量統一調度體系的建設,進一步完善黃河水量調度管理系統,形成全河水量統一調度體系。遠期結合水沙調控體系建設和跨流域調水工程的實施,實現全河水量優化調度,逐步實現黃河功能性不斷流。在目前水權轉讓試點的基礎上,擴大水權轉讓的范圍。在遇到特枯水年和連續枯水年時,水資源量和可供水量比正常年景大幅度減少,水資源調配的對策主要是壓縮需求、挖掘供水潛力、增強水資源應急調配能力。
在黃河干流要盡快建設古賢、黑山峽等必要的樞紐工程,增加水沙調控能力,優化水資源配置和增強供水保證程度。在支流續建、新建一批水庫工程,包括涇河的東莊水庫、沁河河口村水庫、洮河九甸峽水庫等,滿足當地生活生產用水需求。同時根據需要建設引大濟湟、引洮入定等引水工程和部分干支流提水工程,以緩解當地水資源緊缺狀況。
跨流域調水是解決黃河缺水的根本措施。力爭2020年實現引漢濟渭調水一期工程,年調水量10億m3,為關中地區供水。2030年引漢濟渭工程全部生效,增加調水量5億m3;2030年南水北調西線一期工程建成生效,從雅礱江、大渡河干支流調水80億m3,以支撐黃河流域及相關地區經濟社會的可持續發展。
參加規劃編制的人員還有:趙勇、李文家、張俊峰、李文學、張金良、楊含峽、董保華、任松長、張會言、張新海、王煜、王敏、賈新平、趙銀亮、楊立彬、彭少明、張學成、潘啟民、王玲、連煜、黃錦輝、張建軍等。