洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展對水安全的影響淺析

何懷光 李 芳 郭文娟 盛 東

（1.湖南省水利水電科學研究院 長沙市 410007；2.湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院 長沙市 410131）

洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展對水安全的影響淺析

何懷光1李 芳2郭文娟1盛 東1

（1.湖南省水利水電科學研究院 長沙市 410007；2.湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院 長沙市 410131）

水安全問題是城市安全問題的重要組成部分，尤其是在快速城市化背景下，洞庭湖區(qū)水安全問題日益突出。文章基于洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展背景，總結(jié)了湖區(qū)存在的主要水安全問題，分析城市化對湖區(qū)水安全的影響，提出保障水安全的對策，為洞庭湖區(qū)今后的治理和開發(fā)提供了理論借鑒。

洞庭湖區(qū) 城市化 水安全

城市化是一個復雜的空間形態(tài)變化和社會經(jīng)濟發(fā)展過程[1]。在快速城市化進程下，受人類活動影響，水安全問題日益突出。隨著城市人口增加和產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大，城市需水量增大、污染排放量增加，城市水污染日益嚴重；同時隨著城市的擴張，樓房的增多，路面大量使用混凝土，使地面的可滲水面、綠化面積減少，改變了城市下墊面性質(zhì)，導致徑流量增加，匯流時間縮短，加劇了城市洪澇災害。水安全問題己經(jīng)對城市化的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴峻的挑戰(zhàn)，成為我們必須面對和亟待解決的問題。

荷蘭、瑞典等國家從2000年就開始呼吁重視水安全問題[2～6]，水安全問題逐漸引起世界范圍內(nèi)各國政府、專家、學者甚至普通民眾的高度關(guān)注。2001年，聯(lián)合國秘書長安南在世界水日上提出“水安全—人類的基本需要和權(quán)力”；2015年1月舉行的全球第45屆達沃斯世界經(jīng)濟論壇上，來自世界各地的政要、商界精英齊聚瑞士日內(nèi)瓦，共同發(fā)表了《2015年全球風險報告》，報告將水安全危機定為全球第一大風險因素。我國慶祝2015年“世界水日”和“中國水周”活動宣傳主題為“節(jié)約水資源，保障水安全”。水安全問題已成為當前國際社會關(guān)注的熱點問題。目前，關(guān)于水安全的研究較多，但已有研究中較少以城市化為背景來開展。為此，本文以洞庭湖區(qū)為研究區(qū)域，探討城市化對水安全的影響，對促進水資源的可持續(xù)利用和實現(xiàn)城市化的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展概況

洞庭湖區(qū)位于長江中游荊江南岸，歷來是湖南乃至全國治水的重點。隨著國務(wù)院2014年4月14日正式批復《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》，洞庭湖區(qū)區(qū)域發(fā)展正式上升為國家戰(zhàn)略，洞庭湖區(qū)水安全重要性更為突出。湖區(qū)自然條件優(yōu)越，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達，國內(nèi)生產(chǎn)總值占到湖南省的1/4，在全省具有舉足輕重的作用。然而，制約湖區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的第一障礙卻是水安全問題。

2014年洞庭湖區(qū)總?cè)丝? 333.23萬人，占全省總?cè)丝诘?8.51%，城市化水平為50.33%，略高于全省平均水平（49.28%）[7]。2010～2014年洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展速度較快，農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移，城鎮(zhèn)人口數(shù)量不斷增加，整體城市化水平不斷提高，由44.07%提高到50.33%。見圖1。

圖1 洞庭湖區(qū)總?cè)丝诤统鞘谢首兓P(guān)系圖

城市化是伴隨著工業(yè)化的進程開展的， 城市化的過程中，人類農(nóng)業(yè)活動的比重會減小，非農(nóng)業(yè)活動比重上升，這就意味著隨著城市化的進程，第一產(chǎn)業(yè)的比重會減少，第二、三產(chǎn)業(yè)的比重會增加，三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是此消彼長的關(guān)系。2009年洞庭湖區(qū)GDP總量為2 444億元， 其中三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比重為20.61%、42.47%和36.92%，第一產(chǎn)業(yè)504億元、第二產(chǎn)業(yè)1 038億元、第三產(chǎn)業(yè)902億元。2014年洞庭湖區(qū)GDP總量為5 912億元， 其中三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比重為12.61%、49.68%和37.71%，第一產(chǎn)業(yè)745億元、第二產(chǎn)業(yè)2 937億元、第三產(chǎn)業(yè)2 230億元[7]。見圖2。

圖2 洞庭湖區(qū)城市化率與三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化關(guān)系圖

2 洞庭湖區(qū)主要水安全問題

（1） 泥沙淤積：洞庭湖多年平均入湖泥沙量為1.335億m3，主要來源于長江三口洪道，約占總泥沙量的81.9%，其次來源于湘、資、沅、澧四水，約占18.1%。25%的泥沙通過城陵磯流出，75%淤積于湖內(nèi)，湖底年均淤積高度為0.03 m。 由于泥沙的淤積，湖、河床抬高，湖泊面積和容積縮小，調(diào)蓄功能衰退，洪、澇、漬風險增加。

（2） 洪水威脅：洞庭湖接納四水，吞吐長江，多年平均徑流量為3 018億m3，入湖水量巨大。同時，50%的長江水要通過洞庭湖過境， 加上降雨時空分配不均，洞庭湖區(qū)洪水威脅堪稱世界之最。據(jù)資料統(tǒng)計， 洞庭湖區(qū)1950～1998年年均成災面積6.89×104hm2；年均直接經(jīng)濟損失22.16億元。建國以來，洞庭湖遭洪水威脅近100余次， 潰垸面積達60多萬hm2，受淹地區(qū)人口達1 000萬，是全國乃至全世界洪災最多、最嚴重的地區(qū)之一。

（3）澇漬危害：據(jù)統(tǒng)計，洞庭湖區(qū)耕地面積約63.73萬hm2，其中易澇、漬地占59%。由于洞庭湖泥沙的不斷淤長和擴大， 加之湖區(qū)圍垸耕種， 形成了“垸老田低”的獨特格局。生產(chǎn)季節(jié)與垸內(nèi)降雨、外河漲水三者同步。 每年4～8月，湖區(qū)外河水位高，漬水自排功能基本消失，極易遭受澇、漬災害，土壤的水、肥、氣等矛盾激化，稻田潛育化、次生潛育化日益嚴重。

（4）水污染與環(huán)境退化：隨著經(jīng)濟社會和城市化水平的提高， 直接向湖內(nèi)排放的廢污水也隨之增加。根據(jù)近年來水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果，湖區(qū)水體富營養(yǎng)化水平處于中～中-富營養(yǎng)級之間，且有不斷加重的趨勢。 由于水體的污染，某些魚類的回游路線被切斷，產(chǎn)卵場被破壞，餌料減少，水生生物數(shù)量和種類銳減，嚴重影響洞庭湖區(qū)生態(tài)環(huán)境和生物多樣性保護。

3 城市化對水安全的影響

（1）城鎮(zhèn)人口的快速增長加劇了水資源供需矛盾。洞庭湖區(qū)常德、益陽和岳陽3市2014年水資源人均占有量不足2156 m3，低于湖南省人均水平（湖南省為2506 m3/人），是世界平均水平的64%[7]。人均水資源量偏低主要表現(xiàn)在：隨著洞庭湖區(qū)人口增加和工業(yè)的迅速發(fā)展，湖區(qū)水體富營養(yǎng)化日益突出；由于地理位置的特殊性，洞庭湖水量以客水居多，自身產(chǎn)水量少。

隨著洞庭湖區(qū)城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的加快發(fā)展，對水資源的需求將不斷增長， 特別是工業(yè)需水量增長的幅度很大，供需矛盾將日益突出。雖然萬元工業(yè)增加值用水快速下降，但由于工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)需水量保持快速增長；農(nóng)業(yè)是用水大戶，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的58.4%左右，缺水發(fā)生在農(nóng)田用水高峰時節(jié)（4～6月）， 洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉有效利用率只有0.48左右，而在發(fā)達國家則為0.7%～0.8%，農(nóng)業(yè)用水是制約水資源潛力的重要因素， 也是改善水資源供求矛盾的一個重要潛力。隨著節(jié)水工作的推進和用水效率的不斷提高，農(nóng)田灌溉需水量呈逐漸下降的態(tài)勢；由于農(nóng)村人口大量向城鎮(zhèn)遷移， 從而轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)生活需水，農(nóng)村生活需水量逐漸減少，生活總需水量和城鎮(zhèn)生態(tài)需水量小幅增長。

近年來，由于三峽水庫清水下泄沖刷，荊江河段下切使得三口水位降低，斷流時間提早而延長，造成湖區(qū)連年季節(jié)性缺水。同時、隨著人口的增加和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展， 洞庭湖區(qū)水體富營養(yǎng)化、 重金屬污染、化肥農(nóng)藥污染等問題日益突出，進一步加劇了湖區(qū)的水資源供需矛盾。

（2） 經(jīng)濟社會的快速發(fā)展加劇了對水生態(tài)環(huán)境的破壞。在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展中，由于忽視了環(huán)境保護及資源的可持續(xù)利用，進一步加劇了對水生態(tài)環(huán)境的破壞。 近年來，隨著城鎮(zhèn)人口的增加，城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水排放均有增大的趨勢， 極大了增加了化學需氧量、氨氮、總磷、大腸桿菌及貢、鎘、鉛、酚、石油類、硫化物等有害物質(zhì)對水體的污染。2014年洞庭湖各監(jiān)測斷面Ⅴ類以上水質(zhì)達78.6%，氮、磷污染嚴重。湖水含磷（TP）平均為0.138 mg/L，變化范圍為（0.022～0.536）mg/L，含氮（TN）平均為1.23mg/ L，變化范圍為（0.50～3.03）mg/L，湖水含磷的平均超標率達80.7%，含氮平均超標率達61.31%。東洞庭湖自然保護區(qū)核心區(qū)“大、小西湖”富營養(yǎng)化水域面積達500 hm2以上。根據(jù)水普資料結(jié)合湖南省水資源保護規(guī)劃成果， 洞庭湖區(qū)規(guī)模以上排污口年排放廢污水量和COD分別為66 384萬t和172 291t，分別占全省的24.77%和34.71%。

（3）水土流失削弱了防洪抗旱能力。洞庭湖區(qū)水土流失具有歷史性長、分布范圍廣的特點，多年的水土流失引起湖體不斷被泥沙淤積，不但損壞了土壤蓄水容積，而且極大地削弱了湖區(qū)的防洪抗旱能力。

從1951年到2000年間， 洞庭湖區(qū)的泥沙淤積量（含從長江入湖泥沙）達64.26億t，相當于損失湖容45.9億m3，加上受圍墾等因素的影響，建國以來，洞庭湖湖面容積急速減少，由1949年的4 350 km2、293億m3縮小到1995年的2 625 km2、167億m3，20世紀90年代之后，湖面容積趨于穩(wěn)定。據(jù)實測資料統(tǒng)計，1956～2003年期間，洞庭湖多年平均泥沙淤積量約為1億m3。 三峽水庫蓄水運用以后，三口分流減少，洞庭湖泥沙淤積呈逐漸減緩趨勢，2003～2014年期間，洞庭湖年平均泥沙淤積量為0.06億m3。

多年以來，三口口門段以及三口洪道的逐漸淤積造成了三口通流水位抬高，沙道觀、彌陀寺、管家鋪、康家港、新江口五站連續(xù)多年出現(xiàn)斷流，且年斷流天數(shù)有逐步增加的趨勢。尤其是特殊枯水年份，沙道觀、管家鋪、康家港斷流期長達半年以上，而康家港站甚至斷流11個月累積長達336 d。各控制站1950～2005年時段內(nèi)斷流天數(shù)統(tǒng)計見圖3。

圖3 洞庭湖三口五站斷流天數(shù)統(tǒng)計圖

（4） 城市化建設(shè)進一步加劇了洪澇災害。 城市化將打亂原有排洪、蓄洪、滯洪體系的布局，同時還將使水循環(huán)的下墊面發(fā)生根本性的變化， 地面硬化面積增加，透水面積減少，導致地表徑流產(chǎn)流系數(shù)加大，排洪蓄洪能力削弱，都將加劇城市的洪澇災害。

洞庭湖地處長江中游，地形復雜，包括山區(qū)、丘陵和平原，地勢呈盆地狀。 具有山區(qū)易洪、沿江和湖區(qū)易澇的特點。據(jù)史料記載，從公元1400年至1949年的550年中，共發(fā)生大范圍洪澇災害120次，平均4.6年出現(xiàn)一次。20世紀50～70年代平均每4～5年一次大水災，80年代平均3～4年一次大水災，90年代除1992年、1994年、1997年和2000年以外，其他年份均為大水年。據(jù)統(tǒng)計，洞庭湖區(qū)洪澇災害發(fā)生頻率高達40%～60%。

改革開放30多年來， 洞庭湖區(qū)經(jīng)歷了快速城市化階段，2014年洞庭湖區(qū)人口城市化水平已達50.3%，隨著區(qū)域內(nèi)開發(fā)區(qū)的建設(shè)和城市的擴展，區(qū)域下墊面結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，不透水面大幅增加，水體面積減?。涣硪环矫?，湖區(qū)內(nèi)管網(wǎng)排澇標準偏低，排水能力較差，一旦遇到較大降雨，雨水無法及時排出，形成滯洪雍高，給區(qū)域人民生命和財產(chǎn)安全造成嚴重威脅。

4 保障水安全對策

（1） 注重水資源承載力的研究。在水安全問題研究中，水資源承載力的研究是核心。以決策分析方法和系統(tǒng)分析理論為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)作為技術(shù)手段，大力開展對洞庭湖區(qū)水資源承載力與生態(tài)環(huán)境問題、人口增長與水資源供需的關(guān)系、未來可利用水資源量與國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模之間的動態(tài)平衡關(guān)系、水資源的承載力的風險等方面的研究，以便為今后的水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

（2）改善水環(huán)境質(zhì)量。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，洞庭湖區(qū)入河排污口1 451處，約占全省入河排污口的35%，生活污水和工業(yè)廢水的直接排入湖區(qū)是導致湖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因。因此，要想從根本上改善水環(huán)境，應(yīng)從源頭控制廢污水的排放。一方面應(yīng)積極配套建設(shè)污水處理廠，完善污水處理廠的管網(wǎng)配套設(shè)施建設(shè)，實現(xiàn)廢污水分類集中處理，保證達標排放；另一方面應(yīng)加強排污許可管理，對排污總量進行嚴格控制，對產(chǎn)能落后的高污染企業(yè)逐步取締，防止污染面的擴大。

（3）強調(diào)綜合治理。洞庭湖區(qū)治理應(yīng)采取工程和非工程綜合措施相結(jié)合的綜合治理方式，同時應(yīng)考慮綜合治理的系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性、可持續(xù)性等原則。工程措施雖在治標，但往往效果快，立竿見影，能為后續(xù)的治理創(chuàng)造必要的條件，因而也是必不可少的有力措施。如通過加固堤防可提高湖區(qū)防洪能力，實施疏?？筛纳坪^(qū)水流條件、提高洪道行洪能力等。非工程措施雖然見效慢，但可解決影響洞庭湖區(qū)水安全的深層次和根本性問題，如生態(tài)的、社會性的矛盾。除了利用生態(tài)工程進行污染防治、制定科學可行的防洪方案外，加強湖區(qū)植樹造林、水土保持，開展洪水風險分析、建立完備的社會防洪保障和救助制度等，都是非工程措施的內(nèi)容。

（4）構(gòu)建水安全評價體系。構(gòu)建水安全評價體系關(guān)鍵是在于建立完整的評價指標體系，這是深入分析城市水安全狀態(tài)的基本條件和理論基礎(chǔ)。根據(jù)洞庭湖區(qū)城市化發(fā)展背景，結(jié)合湖區(qū)水安全特點，在充分考慮區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)狀況等基礎(chǔ)上，構(gòu)建水安全評價指標體系。從整體上評價洞庭湖區(qū)水安全狀況，認清其水安全形勢，以便對洞庭湖區(qū)今后的治理和開發(fā)提供理論指導。

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2017-02-07）

何懷光（1985-），男，湖南瀏陽人，碩士，工程師，從事水資源管理與應(yīng)用方面的研究，E-mail：402772248@qq.com。