水利工程論文-華北地區(qū)水循環(huán)與水資源安全-問題與挑戰(zhàn).doc

水利工程論文-華北地區(qū)水循環(huán)與水資源安全-問題與挑戰(zhàn)摘要：華北缺水及其日趨嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境變化是中國(guó)首要解決的問題之一。目前，由于山區(qū)與平原徑流明顯減少和過量開發(fā)水資源，業(yè)已造成了地下水漏斗、平原區(qū)河道干涸、湖泊濕地萎縮、地表和地下水污染等生態(tài)環(huán)境惡化問題，嚴(yán)重影響到華北地區(qū)水資源安全，業(yè)已引起黨和國(guó)家的高度重視。本文以海河流域?yàn)橹攸c(diǎn)對(duì)象，通過國(guó)內(nèi)外學(xué)科前沿進(jìn)展綜述，指出華北地區(qū)缺水及其導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化問題背后的自然和人文因素作用與發(fā)展演化的背景，強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度人類活動(dòng)作用下的水循環(huán)基礎(chǔ)研究的重要性，提出華北地區(qū)水資源安全的水循環(huán)基礎(chǔ)與應(yīng)用問題研究的若干建議與思考。研究自然和人類活動(dòng)雙重作用下的華北地區(qū)水循環(huán)過程，水體運(yùn)動(dòng)與污染物質(zhì)輸移及其與生態(tài)環(huán)境演變耦合機(jī)制，闡明華北地區(qū)“河道斷流，水體污染，濕地消失，地下水枯竭”的成因規(guī)律，特別是人類活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)分量，提出生態(tài)環(huán)境修復(fù)的理論基礎(chǔ)，不僅對(duì)變化環(huán)境下流域水環(huán)境演變的地學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)前沿研究有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且對(duì)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的戰(zhàn)略意義。關(guān)鍵詞：華北地區(qū)水循環(huán)水資源安全1.華北地區(qū)嚴(yán)重的水問題華北地區(qū)是我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心。華北平原2000年人口4.37億，占全國(guó)34.8%；GDP3.13萬(wàn)億元，占全國(guó)32.3%；農(nóng)業(yè)灌溉面積3.46億畝，占全國(guó)42%。但是，它也是我國(guó)水資源供需矛盾十分突出的地區(qū)1-4。海河流域多年平均水資源總量約為419億m3，人均水資源占有量?jī)H為335m3，不足全國(guó)1/6，世界的1/24。從自然背景看，華北地區(qū)十年九旱，尤其1972、1999、2000年華北大旱，出現(xiàn)了嚴(yán)峻的缺水局面，不得不采取“棄農(nóng)、壓工、保生活”的供水措施。從人文背景看，華北地區(qū)尤其是海河流域，人類活動(dòng)強(qiáng)度之大、水資源開發(fā)利用程度之高為舉世矚目。20世紀(jì)60年代，大力開展水利工程建設(shè)，開發(fā)利用地表水資源；70年代后尤其1972年大旱，流域地表水不足，開始爭(zhēng)奪地下水。90年代，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展人口的增加，水資源嚴(yán)重不足導(dǎo)致超采地下水、爭(zhēng)奪雨水。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合理的水資源開發(fā)利用程度一般為40%左右。然而，目前海河流域的水資源開發(fā)利用程度已經(jīng)超過了90%。高強(qiáng)度的水資源開發(fā)利用導(dǎo)致該地區(qū)水資源供需嚴(yán)重失衡。目前，海河流域河川徑流衰減十分嚴(yán)重。地下水虧空接近900億m3?，F(xiàn)狀年缺水80多億m3，主要靠超采地下水和利用不合標(biāo)準(zhǔn)的廢污水來解決。水資源的短缺不僅影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還導(dǎo)致華北地區(qū)尤其是海河流域嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題3。突出表現(xiàn)在：1.1山區(qū)來水大量減少，水資源量衰減嚴(yán)重以首都北京市供水水源地的密云、官?gòu)d水庫(kù)為例，官?gòu)d水庫(kù)1955-1984年期間平均來水量11.3億m3，但到1985-1995年期間平均來水量已衰減到2.7億m3，僅為前者1/4。兩個(gè)時(shí)期的流域平均降水量卻相當(dāng)（407.5mm）。密云水庫(kù)來水減少的趨勢(shì)也十分嚴(yán)重，相比1960-1979年段，1980-1997年的平均來水量已減少了4億m3。山區(qū)水源地來水量的大量減少，給城市和中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來極大的危害。1.2地下水過量開采，部分地區(qū)已經(jīng)枯竭到目前，華北城市化地區(qū)地下水超采嚴(yán)重，范圍已近9萬(wàn)km2，占平原面積的70%。已分別形成了以北京、石家莊、保定、邢臺(tái)、邯鄲、唐山為中心，總面積達(dá)4.1萬(wàn)km2的淺層地下水漏斗區(qū)，其中1萬(wàn)km2范圍的含水層已疏干；形成了以天津、衡水、滄州、廊坊等多個(gè)城市為中心、面積達(dá)5.6萬(wàn)km2整體連片的深層地下水漏斗區(qū)。地下水枯竭直接威脅華北城市平原地區(qū)的安全用水儲(chǔ)備，同時(shí)引起嚴(yán)重的地面沉降、海水入侵，情況十分危急。1.3河道斷流，功能喪失目前華北地區(qū)多數(shù)中下游河道枯竭斷流，失去了地下水補(bǔ)給、輸沙、排鹽等作用。土地退化、濕地萎縮等生態(tài)問題十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，總長(zhǎng)1萬(wàn)km的河長(zhǎng)中，有4000km河道干涸。海河流域內(nèi)194個(gè)萬(wàn)畝以上天然湖泊、洼淀現(xiàn)在大多已經(jīng)干涸。入海水量由20世紀(jì)50年代的年均240億m3銳減為2001年的10多億m3。海河流域的生態(tài)系統(tǒng)已由開放型向封閉型和內(nèi)陸型方向轉(zhuǎn)化，造成河口泥沙淤積和鹽分積累，河口自然生態(tài)遭到破壞，河口海洋生物大量滅絕。1.4水污染嚴(yán)重目前，水污染已由20年前的局部河段發(fā)展到現(xiàn)在的全流域，由下游蔓延到中上游，由城市擴(kuò)散到農(nóng)村，由地表侵入地下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來海河流域的廢污水排放量每年高達(dá)60億噸。官?gòu)d水庫(kù)因水質(zhì)惡化，被迫于1997年開始退出生活供水。流域內(nèi)每年還引用20多億m3污水進(jìn)行灌溉，對(duì)淺層地下水、土壤和農(nóng)作物造成污染。產(chǎn)生華北地區(qū)水生態(tài)環(huán)境變化有多方面原因，但核心問題是“水”，即在自然和人類活動(dòng)作用下的華北地區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生了“不健全”的問題。例如，華北地區(qū)持續(xù)干旱引起降水（廣義水資源量）的減少；土地利用/覆被變化正在改變“陸-氣水循環(huán)”的響應(yīng)關(guān)系；城市化過程加速了深層地下水的消耗和水污染問題；流域中眾多的水庫(kù)、排洪工程建設(shè)改變了河流自然系統(tǒng)水循環(huán)的流路，減少了中下游地下水的補(bǔ)水與蓄水功能；社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的各種用水行為加劇了人工側(cè)支水循環(huán)中的“耗水”強(qiáng)度17，人類活動(dòng)大量超采地下水大大降低了區(qū)域水資源的可再生性。為了緩解華北缺水問題，人們通過各種資源轉(zhuǎn)化技術(shù)和管理措施節(jié)水、通過跨流域調(diào)水增加本地的來水。與自然水循環(huán)系統(tǒng)相比較，現(xiàn)代水文水資源學(xué)科面對(duì)的高強(qiáng)度人類活動(dòng)作用下的“人工”側(cè)支水循環(huán)作用也愈來愈突出。因此，開展變化環(huán)境中的華北地區(qū)水循環(huán)機(jī)理研究，認(rèn)識(shí)“不健全”的水循環(huán)過程導(dǎo)致華北地區(qū)缺水、水生態(tài)環(huán)境退化的成因，提出可持續(xù)發(fā)展理念下解決華北水資源安全、改善生態(tài)環(huán)境的科學(xué)對(duì)策，是21世紀(jì)國(guó)家資源環(huán)境領(lǐng)域急待解決的重大國(guó)家需求中的水科學(xué)基礎(chǔ)問題4-6。2.水科學(xué)研究的發(fā)展前沿水文循環(huán)是聯(lián)系地球系統(tǒng)地圈生物圈大氣圈的紐帶，是全球變化碳循環(huán)、水循環(huán)和食物纖維中的核心問題之一，它與自然變化和人類活動(dòng)有關(guān)，決定地球水資源形成和環(huán)境的演變規(guī)律5-9。水資源安全是國(guó)際水資源研究的熱點(diǎn)問題，它不僅與水循環(huán)有直接的聯(lián)系，而且關(guān)系到人類及其生存環(huán)境對(duì)水資源的基本需求、生態(tài)環(huán)境需水要求、國(guó)家糧食安全、水的價(jià)值以及水的科學(xué)管理問題10-11。因此，人類活動(dòng)開發(fā)和影響劇烈地區(qū)的水循環(huán)與水資源安全研究，是21世紀(jì)國(guó)際國(guó)內(nèi)資源環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域一個(gè)十分重要的方向性問題。在國(guó)際上，特別是90年代以后國(guó)際有關(guān)組織實(shí)施了一系列國(guó)際水科學(xué)計(jì)劃，如國(guó)際水文計(jì)劃（IHP）、世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）、國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）等。目的是從全球、區(qū)域和流域不同尺度和交叉學(xué)科途徑，探討環(huán)境變化下的水循環(huán)及其聯(lián)系的資源與環(huán)境問題5-7。國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）代表國(guó)際地球科學(xué)發(fā)展前沿，水文循環(huán)的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，簡(jiǎn)稱BAHC)是IGBP的核心之一。進(jìn)入90年代末，變化環(huán)境（即全球變化與人類活動(dòng)影響）中的水文循環(huán)與水資源的脆弱性研究成為熱點(diǎn)。前沿問題突出反映在：水文循環(huán)的生物圈方面，人類活動(dòng)影響下的水資源演變規(guī)律，水與土地利用/覆被變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相互作用影響，水資源可持續(xù)利用與水安全等。變化環(huán)境下的水文循環(huán)及其生態(tài)環(huán)境演化過程、人-地關(guān)系的影響研究，是國(guó)際地球科學(xué)積極鼓勵(lì)的創(chuàng)新前沿領(lǐng)域。國(guó)際知名的英國(guó)水文研究所在80年代末開始了生態(tài)水文學(xué)方面的科學(xué)研究。A.J.Baird等針對(duì)水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境退化問題，出版了“生態(tài)水文學(xué)：陸生環(huán)境、水生環(huán)境與水分的關(guān)系”專著13。90年代末，英國(guó)水文研究所正式改名為“生態(tài)水文學(xué)研究中心”。20世紀(jì)末，不滿足可持續(xù)水資源利用的模式和環(huán)境問題導(dǎo)致嚴(yán)重的水資源安全問題，業(yè)已引起國(guó)際各國(guó)政府的高度重視。90年代后，日本十分重視稱之為“健全的