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      北京市水資源演變形勢及應對策略

      2012-09-18 09:25:38王建華翟家齊
      中國水利 2012年1期
      關鍵詞:南水北調水源降水

      王建華,翟家齊,趙 勇

      (中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調控國家重點實驗室,100038,北京)

      北京市的水資源問題由來已久且呈愈演愈烈態(tài)勢,近10年更是遭遇連續(xù)的干旱,人均當?shù)厮Y源量甚至不足100 m3,水源不足、地下水超采、城市內澇和水生態(tài)環(huán)境等形勢十分嚴峻。與此同時,南水北調中線即將通水,再生水回用量增長迅速,人口持續(xù)快速增加,周邊新城建設已經啟動,北京市水源結構和需水格局發(fā)生了巨大變化。在此背景下,研判北京市水資源演變形勢和內外環(huán)境變化,分析主導北京市水資源的關鍵因素,制定新形勢下的水資源管理策略,對于保障北京市水資源安全具有重要的意義。

      一、北京市水資源演變形勢

      1.歷史旱澇狀況

      采用旱、平、澇三級來描述北京地區(qū)的旱澇狀況,近50年北京市有26年為干旱年,干旱年比例達到52%; 近 540年 (1470—2009年),有202年為干旱年,干旱年比例為37%,其中有50年為大旱,連旱總計48次,共133年,最大連旱年數(shù)為 7年(1743—1749年)。從歷史旱澇統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,北京地區(qū)總體上旱大于澇,有三個典型的長系列干旱期,分別是:①1581—1643年(明朝中后期的萬歷、崇禎時期),干旱年比例達到49%,旱災發(fā)生頻率高,且大旱、特大干旱、連旱頻頻發(fā)生。②1728—1769年(清朝雍正、乾隆盛世時期),干旱年比例達到64%,是500年來持續(xù)時間最長和最嚴重的干旱。③1895—2009年,干旱年比例達到48%,其中有3個超過10年的干旱期。通過以上分析可以看出,最近100年是500多年來干旱最為嚴重的100年,而近50年又比前50年的干旱更加嚴重,尤其是1998年以來干旱情勢愈發(fā)嚴峻,為百年來之最(見圖1)。

      2.降水時空分布

      北京市多年 (1949—2009年)平均年降水量593 mm,最大年降水量1 100 mm,最小年降水量384 mm。與20世紀50年代相比,最近10年的年平均降水量減少了39%,與多年平均相比減少了20%??梢?,近60年北京市年降水遞減趨勢十分明顯,且呈周期性的交替變化特征(見圖2)。從降水的空間分布上來看,北京地區(qū)降水分布總體上呈西北低、東南高的特征,降水峰值點在懷柔、密云、平谷一帶,門頭溝三家店地區(qū)亦是暴雨多發(fā)區(qū)。汛期平原區(qū)多年平均年降水量大于山區(qū)多年平均降水量,兩者相差較大;而非汛期山區(qū)與平原區(qū)降水差別不是很明顯,只有幾毫米的差別。

      3.密云水庫與官廳水庫的水資源變化

      官廳和密云水庫是北京市主要的地表水水源地,總庫容85.35億m3,占全市水庫總庫容的91%。兩庫多年平均蓄水總量12.9億m3,而近10年兩庫年平均入庫水量僅4.0億m3,較多年平均分別減少72%,為近50年最低值(見表1)。自20世紀50年代以來,兩庫來水量總體均呈現(xiàn)不斷衰減的趨勢,尤其是80年代以后,水庫來水量衰減更加迅速,而隨著用水量大幅增加,為保障供水安全,水庫蓄水量一直保持在高位運行,與60、70年代相比,近30年兩庫年平均入庫水量減少了61%,而年蓄水總量增加了2%,90年代兩庫年平均蓄水總量達到 31.7億 m3。

      4.北京市供用水變化狀況

      自新中國成立以來,農業(yè)一直是北京市第一用水大戶,隨著耕地面積的減少、高效節(jié)水技術的推廣、工業(yè)布局的調整、城市人口的增加和居民生活水平的提高,農業(yè)和工業(yè)用水量在增長一定時期后開始回落,而生活用水量卻持續(xù)增加,并在2000年超過工業(yè)用水量,2005年超過農業(yè)用水量,成為當前北京市城市用水的主體,(見圖3)。另外,隨著用水需求的增加,北京市的供水水源也在發(fā)生變化,2009年南水北調水 2.6億 m3,再生水6.5億m3,分別占總供水量的7%、18%,到2014年南水北調中線通水,外調水供水量將大幅增加??梢?,北京市供水水源已由傳統(tǒng)的地下水為主、地表水與再生水為輔的二元結構向著外調水、地下水、再生水、地表水的多源結構方向轉變。

      表1 密云、官廳水庫多年平均入庫水量與蓄水量情況 (單位:億m3)

      二、影響北京市水資源演變的主要因素

      一是華北地區(qū)大尺度氣候變化背景。區(qū)域氣候背景是影響北京地區(qū)降水豐枯變化規(guī)律的主導因素,而華北地區(qū)氣候則受到赤道太平洋海溫、東亞季風環(huán)流、北極濤動、南極濤動、西太平洋副熱帶高壓、大陸副熱帶高壓及印度季風等亞太乃至全球氣候變化因素的控制。二是城市化水平不斷提高。到2009年年底,北京市人口城市化水平已達85%,與此同時,城市不透水面積迅速擴大,引起城市“熱島效應”和“雨島效應”,導致城市微氣候的變化,改變了降水的時空分布及水資源形成規(guī)律,但相對于大區(qū)域氣候背景,這種微氣候變化的影響是有限的。三是土地利用格局的顯著變化。近20年,北京市的耕地減少和建筑用地面積增大,變化最為顯著,這些變化改變了北京市山區(qū)和平原區(qū)的產匯流規(guī)律,增加了水資源消耗量,減少了地表水資源量。四是北京市人口、產業(yè)結構布局的變化。目前,北京市年均新增人口50萬~60萬,增加需水3 000萬~3 500萬m3,生活需水增加迅速,而隨著高效農業(yè)的推廣和重化工企業(yè)的遷出,農業(yè)和工業(yè)用水在近年來均呈減少趨勢。五是上游地區(qū)大規(guī)模人工調蓄工程增加了水資源消耗量,導致入京水量銳減。近11年,北京市上游年平均入境水量僅4.3億 m3, 與多年平均 (14.1億 m3)相比,減少69%。六是地下水超采嚴重,地下水水位持續(xù)下降。2009年年末,平原區(qū)地下水埋深24.1 m,比1999年降低了12.5 m,同期地下水資源量減少了60億m3。城市水源地由于連年超采,水位加速下降,目前水位埋深均在33~39 m,已接近設計開采值45~50 m。七是水環(huán)境污染嚴重,優(yōu)質可用水資源量進一步減少。根據(jù)2003—2009年北京市水資源公報統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,北京市水質達標河長呈明顯減少的趨勢,到2009年已經不到50%,與此同時,劣V類水質的河長逐漸增大,達到監(jiān)測河長的45%。另外,地下水污染問題日益突出,有48%監(jiān)測范圍內的淺層地下水水質為IV類或V類。

      三、應對未來嚴峻水資源形勢的策略

      1.落實“三條紅線”,實施最嚴格的水資源管理制度

      建立和實施更加嚴格的水資源管理制度,成立最嚴格水資源管理制度考核領導小組,作為實行最嚴格水資源管理制度考核工作的日常領導機構,負責對各區(qū)縣落實情況進行考核,把水量控制紅線、用水效率紅線和水功能區(qū)限制納污紅線落到實處,逐步實現(xiàn)對取水、用水、節(jié)水和排水過程的精細化管理。

      圖3 北京市1949—2009用水需求變化

      2.厲行節(jié)約用水,繼續(xù)推進節(jié)水型社會建設

      堅持 “向觀念要水、向機制要水、向科技要水”的節(jié)水工作方針,調整產業(yè)結構和用水結構,限制高耗水產業(yè),關停高耗水企業(yè),加快農田高效節(jié)水設施改造,提高節(jié)水器具普及率,培育適應北京水資源緊缺特點的生產生活方式,不斷完善節(jié)水型社會管理體系,綜合運用法律、行政、經濟、教育、管理等措施促進節(jié)水,全面推進北京市節(jié)水型社會建設。

      3.做好頂層設計,盡快啟動北京市智慧水網的規(guī)劃與建設

      圍繞北京市水資源需求,以保障城鄉(xiāng)供水安全、防洪除澇減災、水生態(tài)環(huán)境建設以及社會化水事服務為主要目標,以信息化、自動化和智能化現(xiàn)代技術為支撐,提出北京市現(xiàn)代水網建設的總體戰(zhàn)略構架,布局未來10到20年北京現(xiàn)代水網建設實施路線、主要任務、分區(qū)布局和重點措施,形成水流通達、配置合理、調度有序、運行高效、管理規(guī)范、功能兼籌的北京市現(xiàn)代水網體系,在此基礎上開展全市水資源調度系統(tǒng)研發(fā),搭建北京市現(xiàn)代水量調度系統(tǒng)集成示范平臺,形成指導今后10到20年北京市水資源管理的全景性藍本。

      4.統(tǒng)籌規(guī)劃未來,加強南水北調進京后水資源調配戰(zhàn)略研究

      按照規(guī)劃,2014年南水北調中線全線通水,將在一定程度上緩解北京市用水緊張的程度。如何用好、管好南水北調水,既涉及引水、蓄水、輸水等配套工程的建設和運行管理問題,同時與水價機制、水源配置等管理體系密切相關,因此必須統(tǒng)籌規(guī)劃,充分考慮未來水源和用水需求變化趨勢,結合智慧水網建設在南水北調水進京后做好北京市水資源調配的戰(zhàn)略研究。

      5.優(yōu)化水源配置,建立北京市多水源統(tǒng)一調度機制

      除北京市本地水源、南水北調水以外,多方開源,通過加強區(qū)域協(xié)作,建立流域上下游水資源協(xié)調機制,增加和保障北京市入境水量;加強對再生水、雨水等非常規(guī)水源的開發(fā)利用,提高水資源利用效率,減少出境水量,逐步形成多水源供水格局,并建立和完善北京市多水源統(tǒng)一調度機制,優(yōu)化水源配置。

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