1、水水 利利 管管 理理 与与 执执 法法 实实 务务 全全 书书水资源管理 (八) 卢炳瑞 主编中国言实出版社图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据水 利 管 理 与 执 法 实 务 全 书 /卢 炳 瑞 主 编 北京 中国言实出版社 2004.9ISBN 7-80128-320-8水 卢水利管理 法规 中国 汇编 D922.669中国版本图书馆 CIP 数据核字(2004)第 103280 号中国言实出版社出版发行 (北 京 市 西 城 区 府 右 街 2 号 邮政编码 100017)中铁十六局印刷厂787 1092 32 418.25 印张2004 年 9 月第 1 版 2004 年 9
2、 月第 1 次印刷印数 1 1 000 册定价 1440.00 元 (本 卷 16.00 元 )I目 录 模型黄土高原 前期建设的关键技术问题 .1黄河河流生命需水量 .8东平湖水库资源开发初探 .33黄河 水质不超标 与西部大开发 .40浅议黄河洪水资源化及其保障措施 .47深化取水许可管理 推进黄河水资源合理开发利用 55多管齐下 实现黄河污染不超标 .68黄河水污染控制的思考 .87数字黄河水资源调度和管理 .95宏观管理 微观治理 是实现黄河污染不超标的有 效途径 .105流域水资源管理体制初探 .115黄河下游影响带地下水库的基本特征 .126论水污染协同控制的基本原则 .134黄河
3、下游河流最小生态环境需水量初步研究 .147浅析非防洪工程建设项目许可管理存在的问题及对策 .163黄河禹门口 潼关河段湿地保护探讨 .174南水北调地质出工的物资供应 .182运用水权理论强化黄河水资源管理 .184I在中国水利学会第八次全国会员代表大会的学术报 告 (2).192水资源管理 1模 型 黄 土 高 原 前 期 建 设 的 关 键 技 术 问 题编者按 模型黄土高原 建设涉及水土保持学 水文学 水力学 土壤学 植物学以及物理学 化学 数学等学科 有大量尚未解决 需要探索的技术问题 值黄河上中游管理局开展的 模型黄土高原 建设进 入实施阶段之际 其技术负责人撰写了 模型黄土 高原
4、 前期建设的关键技术问题 一文 由概述 实 体模型建设问题 人工降雨设备选型传感器选型 人工降雨小区建设 水土流失规律研究数学模型 构建问题七个方面入手 向所有关心这项工作的领导 和专家详细介绍模型黄土高原 建设情况和存在问 题以听取各方意见和建议 因内容较多 本站将分 篇刊登概 述模型黄土高原 建设是一项前无古人的工作 涉及水土保持学 水文学 水力学 土壤学 植物学 以及物理学 化学 数学等学科 有大量尚未解决 需要探索的技术问题目前开展的模型建设总体结构为通过三种方式 实体模型 比尺模型 原型小流 域观测建立四类模型 物理模型 数学模型 图表模型水资源管理 2言辞模型研究三大问题 水土流失
5、规律问题 水土保持治 理模式问题 水土保持三大效益问题目前涉及的关键技术问题主要有1 实体模型建设问题 实 体 模 型 是 试 图 通 过 对 自 然 状 态 下 的 小 流 域 进行人工降雨试验 研究探索水土流失规律和水土保持 治理问题 由于此项试验没有成功经验和前人成果 因此如何实施 需要论证和研究2 人工降雨设备选型 当前在试验中应用的人工降雨装置有侧喷式 下喷式 摆动式等 这些装置一般只有 100m2 左右的降 雨面积 实体模型的水平面积将在 10000m2 以上 对 于 在 大 范 围 进 行 人 工 降 雨 试 验 应 当 选 用 何 种 降 雨 装 置 也是一个关键问题 它涉及未
6、来试验研究的开展3 传感器选型作为水文测验仪器的传感器 种类繁多 测量原 理不同 测量范围各异 测量精度不同 对于 模型 黄土高原 研究对象的空间尺度 坡面和沟道水流状 况等均有很大的特殊性 选择什么类型的传感器 使 之能够适合研究需要 也是一个关键问题4 人工降雨小区建设水资源管理 3人 工 降 雨 径 流 小 区 是 研 究 水 土 流 失 规 律 的 关 键 部分 设置什么样的小区 设置多少小区 以及如何 进行试验等都是需要解决的问题5 水土流失规律研究 水土流失规律是一个已经研究多年的课题 多年来 在 黄 委 各 水 保 站 的 研 究 课 题 申 报 表 上 都 是 名 列 第 一位
7、的项目 同时国内外科研机构对此课题也是给予 高度重视 并且完成了大量的研究工作 提出了许多 各具特点的研究成果 但是在实际应用中 特别是在 黄土高原治理中 可以应用的此类成果却极少 例如 到 目 前 仍 然 没 有 能 够 比 较 客 观 准 确 反 映 黄 土 高 原 水 土流失的土壤侵蚀模型(方程) 因此 模型黄土高原 如何解答这一问题是最大的关键技术6 数学模型 构建问题 作为模型黄土高原最终成果的组成部分 数学模型 如 何 构 建 是 贯 穿 整 个 研 究 过 程 的 关 键 技 术 问 题 之 一 到目前为止 形形色色的单变量 多变量 线性 非线性的统计模型 经验公式大量涌现 但其
8、多数都 没有经过系统研究 成因分析 只是将一些水文 气 象 观 测 数 据 采 用 数 理 统 计 方 法 计 算 后 获 得 模 型 黄 土高原 在经过大量野外试验后 将形成何种 数学 模型 是 一 个 从 现 在 就 需 要 重 视 并 研 究 的 技 术 关 键水资源管理 4问题以上问题 仅是在模型黄土高原建设初期需要考 虑和解决的主要关键技术问题 对于这些问题 将在 以后的介绍中具体讨论实体模型建设问题 实 体 模 型 是 通 过 对 自 然 状 态 下 的 小 流 域 进 行 人工降雨试验 研究探索水土流失规律和水土保持治理 问题 由于此项试验没有成功经验和前人成果 因此 如何实施
9、需要论证和研究首先实体模型的状况十分复杂1 降雨下垫面状况复杂 在地形上 包括不同 坡度 不同坡长 不同坡向 大小沟道 陡崖等 在 植被方面 包括不同覆盖度的乔木 灌木 草以及农 作物等 不同的地形和不同的植被又使地表土壤的物 理化学性质具有较大差异2 下垫面状况的复杂造成坡面流状态的复杂化3 坡面流状态的复杂性 导 致 土 壤 侵 蚀 状 况 的 复杂多样为了建设实体模型 试验研究的基本思路是 先 简单 后复杂 先单因子 后多因子 先线性 后非 线性 从小到大 逐步推进具体做法是 先进行小区单因子试验研究 再全水资源管理 5坡面试验 后微集水区(微流域)多因子试验 最后进 行小流域多因子 非
10、线性试验研究1 小区试验设计 建立 10 15 20 2530等不同坡度的 5m 20m 标准小区 每个坡度小区 有一个重复 首先进行裸露地面的试验 研究在不同 降雨条件下 不同坡度的土壤侵蚀问题 其次进行有 不 同 植 物 覆 盖 的 不 同 坡 度 在 不 同 降 雨 条 件 下 的 土 壤 侵蚀问题以 往 开 展 的 研 究 多 在 小 区 径 流 出 口 处 获 取 水 文 观测数据 进行分析计算 但小区内部的侵蚀过程仍 处于 黑箱 状态 为此 作为实体模型研究的第一 步 要在小区内布设各种传感器 收集 黑箱 内部 的数据 研究土壤侵蚀机理2 全坡面试验设计 建立 10m 100m 或
11、大于此 面积的自然坡面人工降雨试验 研究在长坡面 变坡 度条件下的侵蚀机理3 微 集 水 区 ( 微 流 域 )试 验 设 计 选 择 面 积 在2000m2 以 上 的 微 集 水 区 开 展 以 人 工 降 雨 为 试 验 手 段 的试验 研究多坡度 多坡向 多植物覆盖条件下的 土壤侵蚀问题4 小流域试验设计 选择 10 万 m2 以上的小流 域 以人工降雨为手段 研究多因子 非线性的复杂水资源管理 6侵蚀机理 及水土保持治理问题 人工降雨设备选型当前在试验中应用的人工降雨装置有侧喷式 下 喷式 摆动式等 这些装置一般只有 100m2 左右的降 雨面积 实体模型的水平面积将在 10000m
12、2 以上 对 于 在 大 范 围 进 行 人 工 降 雨 试 验 应 当 选 用 何 种 降 雨 装 置 也是一个关键问题 它涉及未来试验研究的开展根据实体模型建设和试验研究的需要 人工降雨 装置必须符合以下要求1 装置的降雨均匀性好 能够满足试验2 装 置 可 以 模 拟 降 雨 强 度 的 空 间 和 时 间 变 化 并可模拟黄土高原的高强度降雨过程3 装 置 的 可 扩 展 性 好 (易 组 合 易移动)4 装置便于自动化控制5 装置的可靠性高 便于维护6 造价较低7 便 于 与 正 在 建 设 的 比 尺 模 型 降 雨 装 置 协 调 和 协同试验 使试验数据有可比性通 过 分 析
13、比 较 本 项 目 选 择 下 喷 式 人 工 降 雨 装 置 该装置可以同时满足以上 7 项要求1 该装置的降雨均匀性系数大于 85% 具有较 高的降雨稳定性 可重复性好 生成的雨滴特性与天水资源管理 7然降雨雨滴特性具有较高的相似性2 可生成的降雨强度范围为 30mm 240mm/h 可 以 模 拟 实 现 天 然 降 雨 条 件 下 的 连 续 变 雨 强 降 雨 过 程 试验开始时刻 装置的雨滴生成速度快 试验结 束时刻 喷头喷水迅速停止 基本不存在喷头滴水现 象 雨强转换速度快3 该装置由孔径大小不同的 独立的喷头组成 每个模拟降雨单元装置由 16 个喷头组成 可以根据 需要任意扩展
14、 经过装置的轻量化改进后 可以从一 个地点移动到另一个地点4 该 装 置 的 喷 头 采 用 电 磁 阀 可 以 实 现 计 算 机 远程自动控制 操作系统采用 WINDOWS20005 该装置在运行过程中 只 要 供 电 正 常 水质 清洁 可以保证试验研究的持续进行 具有较高的可 靠性 日常维护主要是清洁水池 防止喷头堵塞6 该装置造价较低 目 前 安 装 的 装 置 (含 自 动 控 制系统) 平均每 m2 降雨面积造价 3300 元 随着降 雨面积( 规模) 的扩大 单 位 降 雨 面 积 造 价 将 大 幅 度 降 低 考察摆动式降雨装置 每 m2 降雨面积造价高达 7000 多元7
15、 模 型 黄 土 高 原 比 尺 模 型 建 设 的 降 雨 装 置 也 采 用该类型装置 系统相同 可以在今后的试验研究中水资源管理 8实现数据共享和协同试验 今 后 将 与 陕 西 理 工 大 学 等 单 位 共 同 进 行 装 置 的深化研制黄河河流生命需水量1 黄河下游健康状况分析 一 条 健 康 的 河 流 至 少 应 该 具 有 以 下 四 方 面 的 能力 一是保障人类一定经济社会发展水平的水资源供 给能力 二是安全排泄一定量级洪水的能力 三是抵 御一定程度污染的能力 四是河道及河口生态系统具 有抵御一定程度的扰动 维护生态平衡的能力 其中 第一个方面是河流社会属性的体现 后三个
16、方面体现 的是河流自身的生命力 是河流的自然属性黄河多年平均天然径流量 580 亿 m3 是我国西 北和华北地区最大的供水水源 它以其占全国 2%的 地表径流 承担着全国 15%的 耕 地 12%的 人 口 和 50 多座大中城市的供水任务 目前 引黄灌溉面积已达 1.1 亿亩 干流建成了 12 座水利枢纽和水电站 总库 容达到 563 亿 m3 几近其天然径流量 改革开发以 来 随着人类经济发展步伐的加快 黄河的水资源供 给能力更是得到了极大的发挥 1997 年以来 黄河流 域产水虽只有约 350 亿 m3 但人类年消耗黄河水量 却一直维持在 300 亿 m3 左右 是 20 世 纪 50
17、60 年水资源管理 9代的 3 倍 黄河水的开发利用程度已经高达 80%左 右 处于过开发状态 人类对河流的扰动不仅反映在水量 的大量消耗 还表现在对径流年内分配的调整和洪峰 消减 目前黄河径流汛期与非汛期的比例已经由自然 状态的 60 40 改变为 40 60 20 世 纪 50 年代花园 口站发生了 7 次大于 10000m3/s 流量的洪水 而 1983 年以来的 20 年中 1 次也没有发生由于黄河水少沙多 水沙搭配不平衡 地处干旱 半干旱区的自然属性 河流系统抵御外界胁迫的能力 原本就非常脆弱 表现为水土流失和水旱灾害严重 数年来 人类对黄河水资源的过度开发和利用更使河 流系统的健康
18、遭受到严重破坏要使黄河河道能够抵御一定量级的洪水 在堤防 安全度一定的情况下 关键是如何确保河床淤积稳定 在 允许淤积量 内甚或有所冲刷 通过分析历次洪 水的水文和地形资料发现 河槽对保障洪水 泥沙的 安 全 输 送 具 有 至 关 重 要 的 作 用 自 然 状 态 下 大 约 70 80%的 洪 水 是 通 过 河 槽 排 向 大 海 因此只要能够 维持河槽一定的排洪输沙能力 就可以基本保障河道 的防洪安全 而一定频率和量级的洪水过程对塑造河 槽 的 形 态 恢 复 河 槽 的 过 流 能 力 具 有 十 分 重 要 的 意 义 黄河泥沙主要产在洪水期 也靠洪水输送 没有水资源管理 10了
19、洪水 就失去了塑造河槽的动力条件 也就很难维 持河槽的排洪输沙能力 但由于许多年来 人们始终 未能充分注意到洪水对塑造河槽的重要作用 所采取 的 无 节 制 和 不 合 理 的 水 资 源 开 发 利 用 方 式 使 进 入 下 游的洪水机遇及洪峰量级不断减小 洪峰过程和径流 过程大大坦化 进一步加剧了水沙的不协调 结果导 致了河槽的严重萎缩 1986 年以来 虽然黄河下游来 沙量年均只有 6.6 亿 t(较 多 年 均 值 减 少 了 1/2 以上) 但淤积在下游河道中的泥沙仍多达 2.1 亿 t 且其 80% 以上都在主槽内 主槽淤积量达上世纪 50 年代的两 倍以上 96.8 7680m
20、3 /s 洪 水 时 出 现 的 全 程 高 水 位 大漫滩 和 2002 年调水调沙试验中不到 2000m3/s 就 漫滩的事实充分说明 持续 18 年的枯水已经使下游 排洪能力严重消减防洪风险大幅度增加 同时也昭 示着河势变化将更为剧烈河流在为人类的经济社会发展提供了支撑条件 也不得不接纳人类排放的污染物 众所周知 在排污 总量和污染物类型一定的情况下 河流对污染的抵抗 能力主要取决于流量大小 只要河流维持一定流量 就可以使污染物在排入水体后 经过物理净化 化学 净化和生物净化 降低污染物的浓度或总量 从而恢 复水体对生物健康的保障功能 近十几年来 由于黄水资源管理 11河河川径流量大幅度
21、减少 使河流的自净能力严重降 低 而黄河纳污量却在本世纪初达到 44 亿 t(是 20 世 纪 80 年代初的 2 倍) 目前 黄河 类以上污染程度 的河长已占总评价河长的 70% 尤其是 类以上污染 河长的比例一直呈逐年上升势头 近几年 黄河潼关 以下河段水质几乎常年劣于 类 最近则经常维持在 类或劣 类 完全丧失了利用功能 水污染加剧一 方 面 使 本 已 十 分 紧 缺 的 黄 河 水 资 源 的 利 用 价 值 严 重 下降 影响到人类的生存 同时也对河道的生态系统 造成严重危害 黄河下游水体含沙量大 阳光难以透 射 限制了喜阳植物的生长繁殖以及以其为食的动物生存 其生物多样性与其他江
22、河相比原本就不丰富 因 此 河 流 生 态 系 统 的 健 康 程 度 对 水 体 污 染 程 度 和 水 量大小尤其敏感湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统 是重 要 的 生 存 环 境 和 自 然 界 最 富 生 物 多 样 性 的 生 态 景 观 之一 在地势较低的沿海地区 湿地可以防止海水入 侵 防止土地盐碱化 同时 在水质污染较严重的地 区 湿地植物能够对污染物质进行吸收 代谢 分解 起到降解环境污染的作用 湿地的生态系统健康程度 表 现 为 能 够 提 供 特 殊 生 态 功 能 和 环 境 功 能 的 能 力 和 维 持 自 身 有 机 组 织 的 能 力 7 黄河河口湿地是世界
23、珍水资源管理 12稀鸟类物种保护的重要单元 已被列为国家级湿地鸟 类自然保护区 而黄河淡水补给是维持河口地区生态 系统的基本保障 但 20 世纪 80 年代以来 进入河口 地区的水量逐年减少 1986 2001 年间 距入海口 100 多 km 的利津水文站年实测径流量仅 120 亿 m3 只有多年均值的 36% 其中 1997 年利津实测径流量 只有 18 亿 m3 淡水来量的减少和其它因素的共同作 用严重影响了河口地区的生态环境 目前河口百万亩 陆域湿地萎缩达 70% 海岸蚀退严重 鸟类生存赖以 维持的湿地生境正面临消亡危险 生物多样性正在遭 到破坏黄 河 淡 水 补 给 还 是 黄 河
24、口 近 海 区 域 生 态 平 衡 的 重要因素 近 20 多年来 由于入海水量的大幅度减 少 水质恶化和过度捕捞等因素 近海生态系统健康 也遭受到严重破坏 近海盐度提高但营养盐含量下降 了 50%以 上 从 而 影 响 了 海 洋 浮 游 生 物 的 生 长 和 繁 殖 近海渔业生产力下降了 95%以 上 对虾已经形不 成资源 某些淡水或半咸水等经济鱼种有消失迹象可见 由于对黄河水资源供给功能的过度开发 使人类在获取巨大经济效益的同时 也付出了巨大的 生态和环境代价 反映在河道安全排泄洪水能力 容 纳污染能力和维持生态平衡能力的极大破坏 黄河水资源管理 13已不再健康 看来 河流不仅要为人类
25、经济社会的发 展提供水资源支撑 河流自身也需要拥有一定数量和 质量的水 以维持其基本排洪功能及其支撑的生态系 统 只有维持了黄河的多维功能 这条河才具有生命 力 丧失生命力的河流不可能为人类的生存和发展提 供可持续的支持 因此 如何全面理解黄河河流生命 的意义 科学建立河流健康诊断指标体系 合理确定 和有效保障河流生命的基本需水量 已经成为黄河水 资源能否可持续利用的关键环节黄河是中华民族的母亲河 千百年来 炎黄子孙 依赖她的乳汁繁衍生息 如今 母亲河生命却因我辈 的失误而衰竭 而母亲河的健康状况则直接影响到依 赖她繁衍生息的人类经济社会的可持续发展 因而 为 实 现 新 世 纪 初 叶 中
26、国 全 面 建 设 小 康 社 会 的 重 大 战 略决策 研究维持现代黄河生命水量 是时代的需要 也是实现人与自然相和谐的必然要求2 黄河河流生命需水量的概念和关键问题初探2.1 河流健康与河流生命需水量的概念 从 以 上 对 河 流 健 康 本 质 和 黄 河 健 康 现 状 的 分 析知道 造成黄河生命萎缩的原因既有河流年径流量大 幅度减少和水质恶化的因素 也有大型水利工程对年 内径流过程均匀化的影响 因此 要维持黄河河流生水资源管理 14命 关 键 是 确 保 黄 河 自 身 用 水 的 量 (含 洪 峰 和 水 流 过 程 )和 质 在 某 一 临 界 阈 值 以 上 以 往 的 研
27、 究 者 通 常 把 此阈值称作最小生态环境需水量 它实际上是最小生 态 需 水 量 和 最 小 环 境 需 水 量 的 合 称 所 谓 生 态 需 水 量 是生态系统达到某种生态水平或者维持某种生态 系统平衡所需要的水量 或者是发挥期望的生态功能 所需要的水量 往往特指维护天然植被和保护水生生 物所需要的水量 所谓环境需水量则是指为保护和改 善人类居住的环境及其水环境所需要的水量 如满足 水质目标的水量 景观水量 遏制海水入侵的入海水 量等 为保障和恢复河流安全排泄一定量级洪水和一 定 数 量 泥 沙 的 能 力 所 需 要 的 河 槽 塑 造 水 量 (统 常 称 作 输 沙 水 量 )也
28、 往 往 被 归 类 到 环 境 需 水 量 中 但实际上 它已经远远超出了 环境 的范畴 而应该属于河流 对突发性灾害的 安全防范能力 范畴 对于黄河 其安全排泄一定量级洪水和泥沙的能力大小 对保障 下 游 两 岸 人 民 安 居 和 经 济 的 可 持 续 发 展 具 有 至 关 重 要的现实意义 是河流的最主要功能 一旦失去了基 本排洪输沙能力 几乎等于失去了生命 鉴于黄河河 流抵御洪水能力对人类安居和河流健康的特殊意义 我们认为 应该将黄河自身用水的阈值称做河流生命 需水量水资源管理 15河 流 生 命 需 水 量 涵 盖 了 通 常 意 义 上 的 河 流 生 态 环境需水量 认为在
29、一定的水量和流量范围内 河流 自身具有一定的自我调节能力和抵御破坏的能力 随 着水量 (流量) 的下降和其洪水过程的坦化 其抵御破 坏的能力也逐渐下降 即河流系统的活力和自调节能 力就会衰退 这一概念强调 一旦河流水量及流量低 于其生命需求量 河流系统就不能自控而产生恶变或 崩溃 强调 河 流 排 泄 洪 水 能 力 的 极 端 重 要 性 和 洪水对恢复河道过流能力的特殊意义 强调 依 靠河流自身的抵抗能力已难以恢复其生命活力 必须借助外力 强调 人类必须无条件设法满足此水量 从水文学及河流动力学的意义而言 河流生命需水量 不仅指径流总量 还包括径流过程及其水沙的搭配关 系 只要人类设法满足
30、了河流的生命需水量 河流就 可以维持安全排泄一定量级洪水的能力 容纳一定程 度污染的能力 其生态系统就可以抵御一定程度的扰 动 维持生态基本平衡显然 河流生命需水量是一套动态的数据 它与 人类对河流健康的期望值有关 而这个期望值往往有 着深深的时代烙印就黄河下游而言 河流健康状况诊断至少应从以 下五方面考虑 一是河道过流能力 二是河道水质指水资源管理 16标 三是河口湿地健康程度 四是近海渔业生产力和 生物多样性 五是对两岸供水的满足程度 如果我们 把 河 流 健 康 程 度 分 成 健 康 (对 应 河 流 的 自 然 和 安 全 状 态 如 20 世纪 50 和 60 年代) 亚 健 康
31、(健 康 已 经 受 损 但仍有一定的自我恢复能力 ) 疾病 (大多数功能严重 萎缩且 无 法 自 我 恢 复 )等 几 种 状 态 则 以 上 五 方 面 因子就应该对应不同的水平 显然 在亚健康和疾病 两状态之间应该对应一系列临界数值 河流状态因子 低于此临界值即表示处于生命萎缩状态 这些临界值 就是以上我们所称的河流生命需水量的分解表达 为 此 需 要 对 黄 河 河 流 健 康 状 况 的 诊 断 方 法 和 评 价 指 标 体 系 等 进 行 深 入 研 究 即 从 黄 河 河 流 系 统 的 特 点 出 发 构建一套符合黄河特点的河流系统健康诊断方法 和诊断指标体系2.2 关于黄河
32、下游河流生命需水量的评价指标 从以上分析可知 黄河下游河流生命需水量不是一个数据 而是一套数据 它包括(1)维 持 下 游 河 槽 基 本 排 洪 功 能 的 水 流 条 件 在设 防流量和堤防安全度一定情况下 河道的过流能力关 键取决于河槽的过流能力 河槽的过流能力又主要取 决于其断面形态和尺寸 而一定频率和量级的洪水过 程 适当量级的非汛期径流过程对河槽形态的塑造和水资源管理 17维持具有十分重要的意义 因此 我们要寻求一套有 利于塑造和维持黄河下游河槽形态的水沙过程 以达 到恢复和维持黄河下游河道排洪能力的目标 小浪底 水 库 的 建 成 为 实 现 水 沙 调 控 提 供 了 有 利
33、的 物 质 条 件 在依靠自然力量难以达到下游河槽冲淤平衡情况 下 我们可以通过调节小浪底水库的下泄水沙过程 使泥沙尽可能淤积在河口或滩地上 以改变目前主槽 严重淤积的不利局面(2)维 持 水 体 质 量 标 准 的 水 流 条 件 黄河的自净需 水量大小主要取决于河流的流量 流速 含沙量 污 染物种类 污染物排放量和人类期望的水质目标 初 步研究认为 按黄河全下游达到 类水的目标 在所 有排污口均达标排放支流口达到 类水前提下 河 道的自净水量至少应维持在 200m3/s 以上 但事实上 流域内污染物全部实现达标排放的难度极大 于是 水利部门又提出在对各省耗水总量进行控制的同时 排污也要总量
34、控制 但方案的落实更多受制于体制和 政策(3)维 持 黄 河 口 一 定 规 模 湿 地 的 水 流 条 件 导致黄 河河口湿地萎缩的原因是多方面的 包括降雨 黄河 的 径 流 过 程 和 限 制 黄 河 水 流 进 入 湿 地 的 工 程 (如 房 屋 和堤防 )等 当 前 的 重 点 是 弄 清 河 口 湿 地 消 长 与 黄 河水资源管理 18径流量变化的关系 以提出维持河口一定规模湿地的 基本径流过程(4)有 利 于 滨 海 生 态 修 复 的 入 海 水 流 条 件 导致黄 河口滨海生态系统恶化的原因也是多方面的 包括过 度捕捞 入海水量的大幅度减少和水质恶化等 当前 的重点是研究黄
35、河淡水补给与滨海生态平衡的关系 力求提出黄河入海流量的参考意见黄 河 下 游 河 流 各 项 功 能 在 不 同 河 段 和 不 同 时 段 有着不同的优先程度 如洪水期可能要优先考虑满足 输沙水 其他时段则优先考虑满足水质目标和河口生 态需水 同时 河流关于生命状态的各层次需水量往 往是可以相互替代的 满足了一项 往往可以自动满 足其他项 如只要在汛期保障了一定数量和质量的输 沙水 其水质目标和河口生态环境水目标往往自动满 足 只要非汛期的水质目标功能保障 其他功能也基 本可以满足 因此 我们不仅要研究单项功能需水量 还要研究黄河不同功能需水量的耦合关系 以为黄河 水沙调控提供科学依据2.3
36、 未来黄河水沙形势显而易见 黄河流域水沙形势是合理设计未来黄 河下游河流健康状态的基础 也是制定黄河治理与开 发方略的基础 但现状黄河已经是一条人类活动干预水资源管理 19强烈的河流 其产流产沙形势已经发生了重大变化(1)黄 河 源 区 (指 黄 河 干 流 唐 乃 亥 水 文 站 以 上 地 区 ) 面积 12.2 万 km2 占黄河流域面积的 16% 但其天然 径流量却达 202.8 亿 m3 占花园口天然径流量的 36% 是黄河水资源的主要来源区 但 1990 年以后 该区 在 降 水 仅 较 前 期 (1950 1989 年 )减 少 2%的 情 况 下 径流量减少近 20% 特别是
37、1997 年以来 在降雨量 比前期增加 12%的 情 况 下 径流量竟减少了 16%(2)黄 河 中 游 的 渭 河 和 汾 河 最近五 六年降雨减 少 14% 但实测径流量却减少了 40 50% 伊洛河和沁河近 10 年降雨比 50 60 年代减少 11 15% 但实测径流却减少了 60 70%(3)1986 年以来 三 门 峡 站 年 均 径 流 量 和 年 均 输沙量仅分别为 245 亿 m3 7.2 亿 t 分别比 1950 1985年系列减少了 41%和 47%现 代 黄 河 水 沙 情 势 的 巨 大 变 化 引 起 了 国 内 外 科 学家们的高度关注 认为是现阶段黄河科研面临的
38、最 大科学课题2.4 黄河下游河流生命需水量的保障途径 历史上 黄河在相当长的时间内是靠其自然的力量来协调其水沙关系 维持其生命活力的 但经济社 会发展到今天 人类对黄河的干扰已经十分强烈 仅水资源管理 20靠 自 然 力 量 去 维 持 黄 河 的 水 沙 平 衡 和 水 盐 平 衡 等 已 经不大可能 需要同时借助人类力量对其水沙进行合 理配置 以维持河流的抵御破坏的能力和健康水平水少沙多 是黄河水问题的核心 在泥沙问题 没有得到有效控制的同时 经济社会发展使黄河自身 可 用 的 水 更 少 是 造 成 目 前 黄 河 生 命 萎 缩 的 根 本 原 因 因此要保障河流的生命 根本途径是增
39、水减沙和 合理配置水沙增水 的途径不外两条 一靠在黄河流域内部 挖掘水资源的潜力 二靠从外流域调水入黄或转嫁黄 河供水任务给其他流域 或称外部挖潜挖掘黄河水资源内部潜力可以从三方面进行 一 是设法增加黄河水的绝对可利用量 包括全流域的节 约用水和洪水资源化 但由于泥沙问题 洪水资源化 必须考虑汛期集中排沙用水的需要 水库淤积造成的 库容损失 加之近十几年来汛期来水减少 用水增加 等因素 因此洪水资源化的潜力可能是有限的 二是 控制和降低水质污染程度 通过水质的改善达到相对 增加可用水的效果 对此 国家虽十分重视 但由于 中西部经济发展的压力和处理水污染的能力限制 改 善黄河水质的工作将相当艰难
40、而缓慢 三是在绝对可 供水量一定的情况下 增加对河流生命有显著影响的水资源管理 21汛期水 关于洪水的作用 国外关注较多 认为洪水 期流量具有为鱼类产卵和迁徙提供机会 为湿地植被 提供水分条件 为洪泛平原提供营养物质等功能 提 出 给洪水以空间 与洪水共处 等理念 我国对 此问题的关注虽刚刚起步 但很多研究都认识到在河 段长度和比降一定情况下 由水库调节导致的洪峰坦 化实际上等于水流输沙功率的减小 径流的坦化等于 汛期水流动能的减小 但如何弥补这些负面影响目前 尚未涉及 从黄河自身挖潜角度看 增加汛期水的途 径有两个 一靠小浪底调控下泄水沙 二是改变干流 大型水库调控洪水的方式 为此需要系统考
41、虑干支流 大中型水库调蓄洪水的多方面影响就黄河目前的供水能力看 仅靠黄河自身水量可 以勉强解决断流问题 但无法解决河流各方面功能的 恢复问题 所以 必须寻找外部挖潜措施 途径也有 三个 一是从丰水的长江调水入黄 这是解决黄河水 少的最有效措施 也是西线南水北调工程的任务 规 划一期工程生效后会有 190 亿 m3 的水量从长江上游 调入黄河上游 现在需要研究南水北调西线工程增加 黄河汛期水量的技术途径 包括调入水量的合理配置 方向 可能用于增加黄河汛期水量的数量 与之相应 的干流水库调度方式和其它保障途径等 第二 即使水资源管理 22是南水北调其它两条线路 也可以考虑直接补水入黄 的可能性 如
42、可否利用东平湖水库和南水北调东线工 程增加山东河段汛期水量 为此需要研究增加汛期水 量的可能途径 数量 对减轻河槽淤积的效果和代价 第 三 可 以 将 黄 河 供 水 区 的 供 水 任 务 转 移 给 其 它 水 源 南水北调东线和中线工程生效后 应该可以承担 原黄河供水区的部分供水任务减少进入下游的泥沙量是减轻下游输沙负担 节 约生命用水量的重要途径 减沙不外三个途径 一靠 黄土高原水土流失治理 为此 几十年来在黄土高原 做了大量艰苦的努力 也取得了一定的成效 但实践 证明现有的成效是缓慢 脆弱的 且时效性强 当地 群众生活仍然很贫困 有观测表明 依靠黄土高原的 自 然 恢 复 能 力 在
43、 有 些 地 区 可 能 比 人 工 恢 复 措 施 更 加 有效而持久 可见 如何针对黄土高原不同自然条件 选择合理的侵蚀控制措施 如何实现减蚀拦沙和经济 效益双赢等仍是今后攻关的重点 二靠水库拦截 水 库拦沙是基于 水土流失治理的漫长性和艰巨性 形 势下不得已做出的选择 在当前仍不失为一个有效减 沙措施 目前 除了小浪底水库外 有关单位正在考 虑修建碛口或古贤水库以拦减进入下游的泥沙 然而 需要注意的是 伴随着水库的修建 由于取水更方便水资源管理 23水面蒸发和渗漏等因素 可能将增加黄河中游的耗水 量 因 此 需 要 对 拟 建 大 型 水 库 对 维 持 河 流 生 命 的 作 用 包括
44、可节约的输沙水量 可能增加的中游耗水量 等 进行综合平衡 三靠放淤 黄河中游小北干流具 有较好的放淤条件 但关于放淤的方式和潜力仍未及 深入研究3 关于黄河河流生命需水量问题研究的现状3.1 关于河流健康诊断和河流生命需水量 对于河流生命健康状况的判断 宏观上多是以河流功能能否正常发挥作为标准的 而关于河流功能的 概念 指标和价值等 以往国内外多从生态学或环境 学的角度对湿地的功能和价值进行了研究 对河流过 度 开 发 和 大 型 水 利 枢 纽 修 建 所 带 来 的 生 态 负 面 效 应 进行过热烈争论 如苏联在 20 世纪 80 年代就曾针对 伏 尔 加 河 的 开 发 所 带 来 的
45、 河 流 系 统 生 态 问 题 展 开 过 激烈的 广泛的争论 美国在上世纪也曾对 Grand 等 河 流 修 建 大 型 水 利 工 程 后 对 河 流 系 统 所 造 成 的 负 面 效应开展过广泛研究 最近 国内有学者针对黄河河 流系统生态问题已开展了一些有益的探讨 并提出了 河流功能性断流的概念 认为过小的流量实际上对河 流自然功能的发挥没有太大意义 还有学者提出可以 通过活力 组织结构和恢复力等 3 个指标定义河流生水资源管理 24态系统的健康程度 其中活力表示生态系统的功能 可根据新陈代谢或初级生产力等来测度 组织结构可 根据系统组分间相互作用的多样性及数量来评价 恢 复 力 是
46、 指 系 统 在 胁 迫 下 维 持 其 结 构 和 功 能 的 能 力 3 有 研 究 提 出 湿 地 健 康 的 评 价 指 标 应 包 括 湿 地 的 自 然 度 水平衡度 水化学状况 生物安全响应度 物种 多样性 生物生产力 湿地面积变化和斑块连通性 自我调节能力 自我净化能力和景观效果等 但从流 域 水 资 源 一 体 化 管 理 层 次 的 系 统 而 综 合 的 研 究 成 果 尚不多见关于维持黄河生命的需水量研究 多年来 人们 从输沙用水量角度 通过分析近 50 多年来不同年代 黄河下游不同河段的水沙和冲淤资料 算出了相应的 汛 期 和 非 汛 期 实 际 的 输 沙 用 水
47、量 (即 输 送 1t 泥沙用了 多少方水 ) 进 而 推 算 出 下 游 河 道 在 不 同 来 水 来 沙 水 平 不 同 允 许 淤 积 水 平 下 的 输 沙 水 量 其 值 大 约 在 80 200 亿 m3 之间 这些成果在黄河水资源宏观规 划的制定中一直起着十分重要的作用 但由于历史背 景限制 研究者大多忽视了以下问题 一是历史洪水 资料中对应最大输沙效率的水量是一定洪水流量 历 时 含沙量和河床边界条件下的水量 改变了这些前 提 同样的水量就不能输送同样的泥沙 二是 允许水资源管理 25淤积量 中没有关于淤积的空间分布描述 事实上 如果泥沙大部分或全部淤积在主槽中 哪怕总淤积量
48、 比河流天然状态小 仍将严重影响河道的过流能力 所以笼统地谈 允许淤积量 是没有意义的 第三 提出的输沙水量多是个年均概念 这对满足水资源规 划需求具有一定意义 但由于没有水量的时空分布概 念 即缺乏过程的概念 所以在实际水量调度中难以 操作 同时 也往往难以达到有效维持黄河生命的目 的最近有专家对河床萎缩临界阈做了研究 认为黄 河 天 然 河 道 对 于 上 游 一 定 程 度 的 来 水 来 沙 往 往 具 有 一定的自我调节能力 一般很少发生不可逆转的质的 变化 但当水沙条件变化超过了某一阈值 超出了河 床 的 自 适 应 能 力 时 河 床 形 态 也 会 发 生 趋 势 性 的 调
49、整 包括冲淤部位 冲淤比例和平面形态的调整 但 阈值的大小尚待进一步分析更多的研究发现 800 2600m3/s 是下游河床的 不利流量 此时往往发生 冲河南 淤山东 的现象 可见 黄河下游河槽形态不仅需要汛期洪峰的塑造 而且需要非汛期适宜水流过程的维持 如何使小浪底 水库下泄的 人造洪峰 和非汛期水流过程更好地配 合 以实现河槽恢复和供水双赢 仍需要深入分析水资源管理 26维 持 河 口 地 区 一 定 规 模 的 湿 地 用 水 和 近 海 生 态 平衡 是所有入海江河必须具备的基本功能 由于黄 河水少沙多 经济用水负荷过重 使得此问题尤为突 出 为保护黄河河口生态环境 国内各方面研究者从 不同角度做了一定的探索 主要结论是(1)河 口 地 区 生 态 环 境 脆 弱 长期枯水乃至断流会 使河槽淤积严重 海岸蚀退 会加剧土壤盐碱化 甚 至自然保护区消失 湿地生态系统毁灭 会阻碍某些 鱼类回游和繁殖(2)要 改 变 这 种 退 化 状 况 必须控制利津断面流量 和水量不低于某一阈值(3)影 响 此 阈 值 的 因 素 有 河 口 地 区 的 蒸 发 强 度 降 雨量 湿地生物
