南水北調中線一期工程對生態環境的影響分析

樓晨笛，方 曉，王 東

（四川大學水利水電學院，四川 成都 610065）

南水北調工程旨在解決我國水資源空間分配不均衡問題。自中線一期工程通水以來，為沿線京津冀豫受水區提供了大量優質的南水，對解決受水區生活生產和工農業用水短缺問題起到巨大作用。工程所帶來的生態效益也隨著通水水量的增多而不斷顯現，如受水區地表徑流得到了南水的生態補水，地下水水位由于南水的水源置換也得到了一定的恢復，沿線生態環境得到了改善以及局部氣候得到了調節等。無論對受水區還是水源地，南水北調工程都產生了一定程度的生態效益，受水區的水環境也得到了明顯的改善。但局部生態問題依然明顯，水源地的水土流失問題一直嚴峻，而由于工農業的快速發展，水質也有惡化的趨勢。本文從地表徑流補給、地下水變化、水質變化、生物多樣性變化和局部氣候效應等方面對沿線生態環境進行分析。

1 南水北調中線工程沿線的生態效益

1.1 地表徑流補給

南水北調中線的京津冀受水區流域原存在嚴重的水環境問題。本區域全年河流斷流比例高，主要河渠均存在全年斷流情況。白洋淀等12個主要平原濕地嚴重萎縮[1]，本世紀初比上世紀中旬濕地水面面積已縮減了80%，年均入海水量減少了99%，各河口常年淤積，水源涵養與生態功能下降，水生生物大量消亡。由于京津冀受水區的工農業發達、人口眾多，用水需求巨大，超過自然水循環可供給量，同時污水處理能力差，地表徑流僅靠降雨無法有效積蓄。

南水北調中線工程供水范圍覆蓋大部分京津冀地區，沿線大小河流635條。按照南水北調工程的總體規劃，工程首要任務是滿足沿線工農業及居民生活、生產用水，富余水量將進行生態補水，對水量不足或枯竭的沿線流域進行水資源補充，一定程度緩和區域水環境惡化的現象。

在2018年4月～6月，南水北調工程向河北省、河南省和天津市的30條河流進行生態補水累計8.7億m3，受水區的河湖、濕地區域水環境有明顯改善；白洋淀也通過易縣的瀑河、北易水退水閘累計分水1.12億m3。從2018年9月起，河北省利用南水、黃河水和沿線可利用水量對滹沱河、滏陽河、南拒馬河3條河流進行生態補水，計劃水量7.5億m3～10億m3。

京津冀地區六河五湖（即灤河、潮白河、北運河、永定河、大清河、南運河以及白洋淀、衡水湖、七里海、北大港、南大港）均可由南水北調直接或間接補給，生態需水量約為18.54億m3，而中線工程年平均可提供生態補水量達21億m3，具有巨大的補水潛力[2～3]。

1.2 用水結構與地下水變化

我國的華北平原地下水超采面積高達18萬km2，占華北平原總面積的60%[4]。地下水位的持續下降造成了大面積的地下水漏斗，漏斗的區域面積接近華北平原總面積的11.3%[5]。地下水的嚴重超采還造成了本一系區域大面積的地面沉降，同時產生列生態危機。如白洋淀因為保定漏斗的連年擴大而加速萎縮，加劇了一系列的生態問題。

自2014年通水后，京津冀受水地區的供水結構有一定程度的改變。中線工程河北受水區對地下水依賴程度最高，2010年地下水供水占總供水的83%，至2017年已降至68%，南水在河北受水區供水[6]中已有一定的比例（見圖1）；北京市2010年61%的供水來自地下水，2017年已降至42%，而南水供水占比已超過20%（見圖2）[7]；天津市2010年26%的供水來自地下水，2017年已降至16%，而南水供水占比已超過35%（見圖3）[8]。南水在京津冀地區供水占比逐年增長，而地下水的供水占比均有緩慢減少趨勢。

圖1 河北省受水區供水情況

圖2 北京市供水情況

圖3 天津市供水情況

南水北調中線工程全線采用襯砌，但依然有小部分滲漏會對沿線地下水產生影響。據估算，正常輸水沿程的每年滲漏量[9]約為13億m3～15億m3。沿線的側向滲漏會導致工程一定范圍內地下水位的回升。

伴隨著引水工程的輸水，華北地區也在大力推行高效節水工程和新型農業種植結構，并嚴格控制地下水的開采。在未來一段時間，通過水源置換和節水措施，地下水超采將得到大幅削減，地下水環境也將有很大程度的改善。

1.3 水質變化

南水北調成功與否的關鍵在于水質是否可以達到要求，輸水水質直接影響了受水區的農業灌溉、生活、生產用水和水生生物數量等方面。

中線工程供水水質優良，干線管理部門對干渠沿線29個斷面進行檢測，從2015年～2016年的監測數據[10]（見表1）來看，所有斷面主要水質指標均達到Ⅱ類標準及以上。

表1 南水北調中線總干渠水質類別評價結果

干渠主要污染物呈現明顯南低北高的特點。引水口陶岔渠首主要污染物在近幾年內基本趨于穩定，丹江口水庫主要水質指標除總氮和汞外，均可達到Ⅱ類標準。與工程受水區相比，水源區常規離子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+等濃度均低于華北平原地下水，水質污染水平較低，而pH值偏高，常年維持在7.8～8.2 左右[10]。

以受水區北京市為例，南水引入前，密云水庫除總氮和汞超標外，其他指標也均能達到Ⅱ類水質標準。在引入南水后，庫區水體水質基本維持不變，并隨著蓄水量的增加，庫區的富營養化問題有改善趨勢。引進南水后，北京市自來水硬度也由380 mg/L 降至 120 mg/L[8]。

隨著南水對于濕地、流域的生態補水，不僅平均蓄水位提高、水面面積擴大，部分惡劣水質也有明顯改善。

1.4 植被覆蓋和生物多樣性

南水北調中線工程大多為露天明渠，為避免水體污染，國務院在工程干線設置管理區和多處一、二級水源保護區，并加強沿線生態建設。2014年至2017年，工程沿線建設了634 km防護林帶[11]，綠化林的建設不僅可以防止水體污染，還有利于增加植物多樣性。同時由于沿線土壤含水量的增加、水環境改善，更利于植被的生長，可種植種類將明顯增多。以焦作市為例，南水北調工程橫穿全市帶來了優質的南水同時植被覆蓋率也有所增加，山陽區綠地面積增加24.6萬m3，植物種類達216 種[12]。

此前京津冀地區由于河流斷流、濕地萎縮等現象造成水源涵養和徑流調節能力大幅下降，生物多樣性受到嚴重威脅。隨著南水北調對受水區的生態補水和當地治污力度的加強，物種減少狀況得到明顯改善。以白洋淀為例，通過持續的生態補水和強力的保護措施，許多曾絕跡的動植物重現，鳥類種類增加到200種，野生魚類增加到54種。

1.5 局部氣候效應

南水北調工程橫跨南北，對沿線的氣候條件和生態環境有一定影響。

丹江口水庫為滿足南水北調中線工程的通水條件壩高加高14.2 m，正常蓄水位也提高了13 m，上游淹沒面積[12]增加約144 km2，這就使下墊面原有的土地變為水域。上游水面面積加大，水深加深，直接導致地區水熱循環發生變化，對水庫及周邊地區的局地氣候產生影響。

一期工程全長1432 km，流經湖北省、河南省、河北省、北京市和天津市，大部分為地表徑流輸水，每年的蒸發量巨大，正常運行狀況下年蒸發量[9]在1.304億m3。南水北調工程實施后會增加受水區土壤含水量，加速大氣環流，引起降水量的增加和氣溫的變化。長遠來看，可能緩解當前干旱化趨勢[13]。在南水北調引水入城市后，可以改變當地的水熱平衡引起區域氣候的小幅改變，對溫室效應有一定的抵消作用。

具體表現在：①在所有季節中，工程沿線附近的空氣濕度都會增加，離工程越近，濕度增加越多；②在夏、秋兩季，工程附近土壤水分增加會引起溫度的下降，潛熱和蒸發也會增加；③在冬、春兩季，工程附近土壤水分增加會引起溫度上升，潛熱和蒸發會減少；④河流輸水將使附近風速增大，但影響范圍較小[14]。

2 南水北調中線工程沿線存在的生態問題

2.1 水源區水土流失

南水北調中線工程水源地包括丹江口水庫及其上的漢江流域，覆蓋湖北、河南和陜西三省的部分地區。本區域一直存在著嚴重的水土流失問題，隨著工業發展和人口增長，亂砍亂伐、盲目開墾現象越來越嚴重，致使水土流失現象不斷加劇。20世紀中旬，僅丹江口庫周伐木面積就達2.23萬km2，森林覆蓋率減少了35%。

通過分析丹江口水源治理監測區域水土流失狀況（見表2、圖4）可知，水源區侵蝕強度以輕度和中度為主，且在總體上，侵蝕面積占檢測區面積的比例呈現逐年下降趨勢。但截至2017年，丹江口水源治理監測區域水土流失總面積占比仍然高達37.62%，水土流失現象依然不容樂觀。

表2 丹江口水源治理監測區域水土流失狀況[15]

圖4 丹江口水源區治理監測區域水土流失狀況

2.2 區域水環境問題突出

目前，水源區存在水質惡化加重的趨勢。隨著經濟的發展，水源區附近的污染企業隨之增多，工業廢水處理不達標排入水體，致使水體污染程度加劇，水質惡化。水源地也是農業生產區，化肥農藥施用量大而頻繁，農藥施用后，一部分進入到土壤中或是蒸發、散逸到空氣中，之后會隨雨水或灌溉水向水體轉移，進入庫區，污染水體，同時，禽畜類糞便處理利用率低和生活污水的直接排放都加劇了本區域水體的污染。大量含氮、磷肥料的使用和未經處理排放的生活污水會使水體富營養化，引起藻類等水生植物瘋長，水體溶解氧量減少，水體凈化能力降低，水質惡化。

工程沿線也存在著水污染隱患。工程全段采用明渠輸水，無法避免陽光直射、溫度變化、地表污染等對水體造成的影響。由于陽光照射充足、溫度升高，水中含氧量升高，而總含氮量又較高，在局部水流緩慢區域會產生藻類大量繁殖，這種現象沿程向北加劇。在冬季，輸水水量的減少導致渠中水流流速下降，濁度有所升高[16]。

3 結語

南水北調中線一期工程生態效益顯著。工程在滿足受水區生活生產和工農業用水后，對受水區河流、濕地進行生態補水，通過置換水源減少對地下水的開采，受水區水質也得到改善，不僅促進了地區經濟發展，還改善了受水區水環境，增加受水區植被覆蓋率和生物多樣性，在一定程度上緩解工程沿線的氣候條件。

但南水北調中線工程水源區和沿線存在的生態問題仍不能忽視。為改善水源區水土流失嚴重的問題，必須在保護現有植被的基礎上，進一步恢復和擴大植被覆蓋范圍，建設水源涵養區，提高水源涵養能力。具體措施包括：①嚴令禁止亂砍濫伐、過度放牧的行為，這是遏制水土流失面積進一步擴大的根本舉措；②通過人工造林以達到防風固沙的目的。但在植樹造林的過程中應注意甄別樹種，選用沙棘等節水型樹種；③修復濕地、種植水源涵養林。濕地被譽為“地球之腎”，有著涵養水源、調節氣候、維持生態平衡等重要作用，應建立健全濕地生態保護和修復機制，對于破壞濕地的行為，要加大懲罰力度。此外，還可以在河川上游人工營造水源涵養林改善水文狀況。

為避免輸水水體污染的進一步加重，必須加大監管力度，改善水資源利用現狀。具體措施包括：①加強排污監管措施，對沿線的重工業廠家加強監管，必須執行污水處理達標后再排放；②提高廢水重復利用率，城市污水適當處理用作農業灌溉、綠化噴灑和洗滌清潔等；③推行生態高值農業，減少化肥農藥的使用，提高牲畜糞便等生物肥的使用率。