南水北調(diào)中線一期工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響分析

樓晨笛，方 曉，王 東

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065）

南水北調(diào)工程旨在解決我國(guó)水資源空間分配不均衡問(wèn)題。自中線一期工程通水以來(lái)，為沿線京津冀豫受水區(qū)提供了大量?jī)?yōu)質(zhì)的南水，對(duì)解決受水區(qū)生活生產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)用水短缺問(wèn)題起到巨大作用。工程所帶來(lái)的生態(tài)效益也隨著通水水量的增多而不斷顯現(xiàn)，如受水區(qū)地表徑流得到了南水的生態(tài)補(bǔ)水，地下水水位由于南水的水源置換也得到了一定的恢復(fù)，沿線生態(tài)環(huán)境得到了改善以及局部氣候得到了調(diào)節(jié)等。無(wú)論對(duì)受水區(qū)還是水源地，南水北調(diào)工程都產(chǎn)生了一定程度的生態(tài)效益，受水區(qū)的水環(huán)境也得到了明顯的改善。但局部生態(tài)問(wèn)題依然明顯，水源地的水土流失問(wèn)題一直嚴(yán)峻，而由于工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，水質(zhì)也有惡化的趨勢(shì)。本文從地表徑流補(bǔ)給、地下水變化、水質(zhì)變化、生物多樣性變化和局部氣候效應(yīng)等方面對(duì)沿線生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析。

1 南水北調(diào)中線工程沿線的生態(tài)效益

1.1 地表徑流補(bǔ)給

南水北調(diào)中線的京津冀受水區(qū)流域原存在嚴(yán)重的水環(huán)境問(wèn)題。本區(qū)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(gè)主要平原濕地嚴(yán)重萎縮[1]，本世紀(jì)初比上世紀(jì)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(yǎng)與生態(tài)功能下降，水生生物大量消亡。由于京津冀受水區(qū)的工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、人口眾多，用水需求巨大，超過(guò)自然水循環(huán)可供給量，同時(shí)污水處理能力差，地表徑流僅靠降雨無(wú)法有效積蓄。

南水北調(diào)中線工程供水范圍覆蓋大部分京津冀地區(qū)，沿線大小河流635條。按照南水北調(diào)工程的總體規(guī)劃，工程首要任務(wù)是滿足沿線工農(nóng)業(yè)及居民生活、生產(chǎn)用水，富余水量將進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，對(duì)水量不足或枯竭的沿線流域進(jìn)行水資源補(bǔ)充，一定程度緩和區(qū)域水環(huán)境惡化的現(xiàn)象。

在2018年4月～6月，南水北調(diào)工程向河北省、河南省和天津市的30條河流進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水累計(jì)8.7億m3，受水區(qū)的河湖、濕地區(qū)域水環(huán)境有明顯改善；白洋淀也通過(guò)易縣的瀑河、北易水退水閘累計(jì)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(duì)滹沱河、滏陽(yáng)河、南拒馬河3條河流進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，計(jì)劃水量7.5億m3～10億m3。

京津冀地區(qū)六河五湖（即灤河、潮白河、北運(yùn)河、永定河、大清河、南運(yùn)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(diào)直接或間接補(bǔ)給，生態(tài)需水量約為18.54億m3，而中線工程年平均可提供生態(tài)補(bǔ)水量達(dá)21億m3，具有巨大的補(bǔ)水潛力[2～3]。

1.2 用水結(jié)構(gòu)與地下水變化

我國(guó)的華北平原地下水超采面積高達(dá)18萬(wàn)km2，占華北平原總面積的60%[4]。地下水位的持續(xù)下降造成了大面積的地下水漏斗，漏斗的區(qū)域面積接近華北平原總面積的11.3%[5]。地下水的嚴(yán)重超采還造成了本一系區(qū)域大面積的地面沉降，同時(shí)產(chǎn)生列生態(tài)危機(jī)。如白洋淀因?yàn)楸６┒返倪B年擴(kuò)大而加速萎縮，加劇了一系列的生態(tài)問(wèn)題。

自2014年通水后，京津冀受水地區(qū)的供水結(jié)構(gòu)有一定程度的改變。中線工程河北受水區(qū)對(duì)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(qū)供水[6]中已有一定的比例（見(jiàn)圖1）；北京市2010年61%的供水來(lái)自地下水，2017年已降至42%，而南水供水占比已超過(guò)20%（見(jiàn)圖2）[7]；天津市2010年26%的供水來(lái)自地下水，2017年已降至16%，而南水供水占比已超過(guò)35%（見(jiàn)圖3）[8]。南水在京津冀地區(qū)供水占比逐年增長(zhǎng)，而地下水的供水占比均有緩慢減少趨勢(shì)。

圖1 河北省受水區(qū)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(diào)中線工程全線采用襯砌，但依然有小部分滲漏會(huì)對(duì)沿線地下水產(chǎn)生影響。據(jù)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(cè)向滲漏會(huì)導(dǎo)致工程一定范圍內(nèi)地下水位的回升。

伴隨著引水工程的輸水，華北地區(qū)也在大力推行高效節(jié)水工程和新型農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，并嚴(yán)格控制地下水的開(kāi)采。在未來(lái)一段時(shí)間，通過(guò)水源置換和節(jié)水措施，地下水超采將得到大幅削減，地下水環(huán)境也將有很大程度的改善。

1.3 水質(zhì)變化

南水北調(diào)成功與否的關(guān)鍵在于水質(zhì)是否可以達(dá)到要求，輸水水質(zhì)直接影響了受水區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉、生活、生產(chǎn)用水和水生生物數(shù)量等方面。

中線工程供水水質(zhì)優(yōu)良，干線管理部門對(duì)干渠沿線29個(gè)斷面進(jìn)行檢測(cè)，從2015年～2016年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[10]（見(jiàn)表1）來(lái)看，所有斷面主要水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)及以上。

表1 南水北調(diào)中線總干渠水質(zhì)類別評(píng)價(jià)結(jié)果

干渠主要污染物呈現(xiàn)明顯南低北高的特點(diǎn)。引水口陶岔渠首主要污染物在近幾年內(nèi)基本趨于穩(wěn)定，丹江口水庫(kù)主要水質(zhì)指標(biāo)除總氮和汞外，均可達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。與工程受水區(qū)相比，水源區(qū)常規(guī)離子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+等濃度均低于華北平原地下水，水質(zhì)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(qū)北京市為例，南水引入前，密云水庫(kù)除總氮和汞超標(biāo)外，其他指標(biāo)也均能達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在引入南水后，庫(kù)區(qū)水體水質(zhì)基本維持不變，并隨著蓄水量的增加，庫(kù)區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題有改善趨勢(shì)。引進(jìn)南水后，北京市自來(lái)水硬度也由380 mg/L 降至 120 mg/L[8]。

隨著南水對(duì)于濕地、流域的生態(tài)補(bǔ)水，不僅平均蓄水位提高、水面面積擴(kuò)大，部分惡劣水質(zhì)也有明顯改善。

1.4 植被覆蓋和生物多樣性

南水北調(diào)中線工程大多為露天明渠，為避免水體污染，國(guó)務(wù)院在工程干線設(shè)置管理區(qū)和多處一、二級(jí)水源保護(hù)區(qū)，并加強(qiáng)沿線生態(tài)建設(shè)。2014年至2017年，工程沿線建設(shè)了634 km防護(hù)林帶[11]，綠化林的建設(shè)不僅可以防止水體污染，還有利于增加植物多樣性。同時(shí)由于沿線土壤含水量的增加、水環(huán)境改善，更利于植被的生長(zhǎng)，可種植種類將明顯增多。以焦作市為例，南水北調(diào)工程橫穿全市帶來(lái)了優(yōu)質(zhì)的南水同時(shí)植被覆蓋率也有所增加，山陽(yáng)區(qū)綠地面積增加24.6萬(wàn)m3，植物種類達(dá)216 種[12]。

此前京津冀地區(qū)由于河流斷流、濕地萎縮等現(xiàn)象造成水源涵養(yǎng)和徑流調(diào)節(jié)能力大幅下降，生物多樣性受到嚴(yán)重威脅。隨著南水北調(diào)對(duì)受水區(qū)的生態(tài)補(bǔ)水和當(dāng)?shù)刂挝哿Χ鹊募訌?qiáng)，物種減少狀況得到明顯改善。以白洋淀為例，通過(guò)持續(xù)的生態(tài)補(bǔ)水和強(qiáng)力的保護(hù)措施，許多曾絕跡的動(dòng)植物重現(xiàn)，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(yīng)

南水北調(diào)工程橫跨南北，對(duì)沿線的氣候條件和生態(tài)環(huán)境有一定影響。

丹江口水庫(kù)為滿足南水北調(diào)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(méi)面積[12]增加約144 km2，這就使下墊面原有的土地變?yōu)樗?。上游水面面積加大，水深加深，直接導(dǎo)致地區(qū)水熱循環(huán)發(fā)生變化，對(duì)水庫(kù)及周邊地區(qū)的局地氣候產(chǎn)生影響。

一期工程全長(zhǎng)1432 km，流經(jīng)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(fā)量巨大，正常運(yùn)行狀況下年蒸發(fā)量[9]在1.304億m3。南水北調(diào)工程實(shí)施后會(huì)增加受水區(qū)土壤含水量，加速大氣環(huán)流，引起降水量的增加和氣溫的變化。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可能緩解當(dāng)前干旱化趨勢(shì)[13]。在南水北調(diào)引水入城市后，可以改變當(dāng)?shù)氐乃疅崞胶庖饏^(qū)域氣候的小幅改變，對(duì)溫室效應(yīng)有一定的抵消作用。

具體表現(xiàn)在：①在所有季節(jié)中，工程沿線附近的空氣濕度都會(huì)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(huì)引起溫度的下降，潛熱和蒸發(fā)也會(huì)增加；③在冬、春兩季，工程附近土壤水分增加會(huì)引起溫度上升，潛熱和蒸發(fā)會(huì)減少；④河流輸水將使附近風(fēng)速增大，但影響范圍較小[14]。

2 南水北調(diào)中線工程沿線存在的生態(tài)問(wèn)題

2.1 水源區(qū)水土流失

南水北調(diào)中線工程水源地包括丹江口水庫(kù)及其上的漢江流域，覆蓋湖北、河南和陜西三省的部分地區(qū)。本區(qū)域一直存在著嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題，隨著工業(yè)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，亂砍亂伐、盲目開(kāi)墾現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，致使水土流失現(xiàn)象不斷加劇。20世紀(jì)中旬，僅丹江口庫(kù)周伐木面積就達(dá)2.23萬(wàn)km2，森林覆蓋率減少了35%。

通過(guò)分析丹江口水源治理監(jiān)測(cè)區(qū)域水土流失狀況（見(jiàn)表2、圖4）可知，水源區(qū)侵蝕強(qiáng)度以輕度和中度為主，且在總體上，侵蝕面積占檢測(cè)區(qū)面積的比例呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)。但截至2017年，丹江口水源治理監(jiān)測(cè)區(qū)域水土流失總面積占比仍然高達(dá)37.62%，水土流失現(xiàn)象依然不容樂(lè)觀。

表2 丹江口水源治理監(jiān)測(cè)區(qū)域水土流失狀況[15]

圖4 丹江口水源區(qū)治理監(jiān)測(cè)區(qū)域水土流失狀況

2.2 區(qū)域水環(huán)境問(wèn)題突出

目前，水源區(qū)存在水質(zhì)惡化加重的趨勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水源區(qū)附近的污染企業(yè)隨之增多，工業(yè)廢水處理不達(dá)標(biāo)排入水體，致使水體污染程度加劇，水質(zhì)惡化。水源地也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，化肥農(nóng)藥施用量大而頻繁，農(nóng)藥施用后，一部分進(jìn)入到土壤中或是蒸發(fā)、散逸到空氣中，之后會(huì)隨雨水或灌溉水向水體轉(zhuǎn)移，進(jìn)入庫(kù)區(qū)，污染水體，同時(shí)，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(qū)域水體的污染。大量含氮、磷肥料的使用和未經(jīng)處理排放的生活污水會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，引起藻類等水生植物瘋長(zhǎng)，水體溶解氧量減少，水體凈化能力降低，水質(zhì)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(wú)法避免陽(yáng)光直射、溫度變化、地表污染等對(duì)水體造成的影響。由于陽(yáng)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(qū)域會(huì)產(chǎn)生藻類大量繁殖，這種現(xiàn)象沿程向北加劇。在冬季，輸水水量的減少導(dǎo)致渠中水流流速下降，濁度有所升高[16]。

3 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)中線一期工程生態(tài)效益顯著。工程在滿足受水區(qū)生活生產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)用水后，對(duì)受水區(qū)河流、濕地進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，通過(guò)置換水源減少對(duì)地下水的開(kāi)采，受水區(qū)水質(zhì)也得到改善，不僅促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還改善了受水區(qū)水環(huán)境，增加受水區(qū)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(diào)中線工程水源區(qū)和沿線存在的生態(tài)問(wèn)題仍不能忽視。為改善水源區(qū)水土流失嚴(yán)重的問(wèn)題，必須在保護(hù)現(xiàn)有植被的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步恢復(fù)和擴(kuò)大植被覆蓋范圍，建設(shè)水源涵養(yǎng)區(qū)，提高水源涵養(yǎng)能力。具體措施包括：①嚴(yán)令禁止亂砍濫伐、過(guò)度放牧的行為，這是遏制水土流失面積進(jìn)一步擴(kuò)大的根本舉措；②通過(guò)人工造林以達(dá)到防風(fēng)固沙的目的。但在植樹造林的過(guò)程中應(yīng)注意甄別樹種，選用沙棘等節(jié)水型樹種；③修復(fù)濕地、種植水源涵養(yǎng)林。濕地被譽(yù)為“地球之腎”，有著涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、維持生態(tài)平衡等重要作用，應(yīng)建立健全濕地生態(tài)保護(hù)和修復(fù)機(jī)制，對(duì)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(yíng)造水源涵養(yǎng)林改善水文狀況。

為避免輸水水體污染的進(jìn)一步加重，必須加大監(jiān)管力度，改善水資源利用現(xiàn)狀。具體措施包括：①加強(qiáng)排污監(jiān)管措施，對(duì)沿線的重工業(yè)廠家加強(qiáng)監(jiān)管，必須執(zhí)行污水處理達(dá)標(biāo)后再排放；②提高廢水重復(fù)利用率，城市污水適當(dāng)處理用作農(nóng)業(yè)灌溉、綠化噴灑和洗滌清潔等；③推行生態(tài)高值農(nóng)業(yè)，減少化肥農(nóng)藥的使用，提高牲畜糞便等生物肥的使用率。