黃河上游典型干旱區(qū)水資源利用策略研究

魏 智 王小娥 吳錦奎

(1.白銀市河道管理站，甘肅 白銀 730900；2.中國(guó)科學(xué)院西北資源環(huán)境研究院 流域水文與應(yīng)用生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3.白銀市水土保持總站，甘肅 白銀 730900)

黃河上游是黃河流域主要的水系集中區(qū)和產(chǎn)水區(qū)，是我國(guó)重要的“二屏三帶”生態(tài)功能區(qū)和全流域發(fā)展重要的經(jīng)濟(jì)帶，是國(guó)家重要工業(yè)能源聚集區(qū)域。白銀市位于黃河上游的甘肅省中部，是黃河上游重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和水土保持區(qū)，以傳統(tǒng)工礦區(qū)和著名農(nóng)業(yè)高揚(yáng)程引黃灌區(qū)而聞名，是全國(guó)首批資源枯竭轉(zhuǎn)型城市，曾是國(guó)家建設(shè)的重點(diǎn)有色金屬基地，因此遺留了較大的歷史環(huán)境問(wèn)題，白銀市在黃河上游地區(qū)有著典型代表性。研究這一區(qū)域如何立足自身水資源稟賦，謀劃好適應(yīng)水資源條件的轉(zhuǎn)型發(fā)展之路，對(duì)推進(jìn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展這一國(guó)家戰(zhàn)略和歷史使命具有重要意義。

1 水資源供需現(xiàn)狀

1.1 水資源條件與利用現(xiàn)狀

黃河流域水資源總量相對(duì)較少，人均占有量?jī)H為全國(guó)平均水平的27.0%[1]，而白銀市又處于黃河流域上游干旱半干旱區(qū)，大陸性氣候明顯，干旱少雨，多年平均降水量?jī)H為270mm。市域總土地面積約2萬(wàn)km2，占甘肅省總面積的4.6%，而自產(chǎn)地表水資源量?jī)H1.23億m3，占全省黃河流域地表水資源量的0.3%；水資源總量為2.32億m3，占全省黃河流域水資源總量的1.7%。人均水資源量為136m3，為全省和全國(guó)人均占有量的1/8和1/16；畝均占有量為51m3，為全省和全國(guó)畝均占有量的1/16和1/35，是典型的資源型缺水區(qū)域。

黃河干流流經(jīng)白銀市境內(nèi)的總長(zhǎng)度達(dá)258.0km，占黃河甘肅段的1/3，占第二次入境的58.0%，多年平均入境水量為303.00億m3[2-3]，是全市生產(chǎn)、生活的主要水源，也是未來(lái)賴以生存和發(fā)展的主要水資源，孕育了作為甘肅省農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的景泰縣和靖遠(yuǎn)縣，使白銀市以全省0.7%的水資源量承載了全省10.0%的灌溉面積和6.6%的經(jīng)濟(jì)總量[4-5]，成為甘肅省黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的核心區(qū)域之一和資源環(huán)境承載負(fù)荷較大的區(qū)域。隨著土地流轉(zhuǎn)、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，高原夏菜、枸杞產(chǎn)業(yè)、特色養(yǎng)殖業(yè)、戈壁農(nóng)業(yè)、脫貧攻堅(jiān)“兩園”建設(shè)(脫貧產(chǎn)業(yè)園、特色產(chǎn)業(yè)園)以及生態(tài)林等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，用水供需矛盾更加突出。2016年甘肅省水利廳確定的地下水超采區(qū)為425.67km2，2020年被水利部確定為黃河流域水資源超載區(qū)。

1.2 區(qū)域水資源涵養(yǎng)能力

白銀市位于青藏高原、內(nèi)蒙古高原和黃土高原三大高原的生態(tài)契合區(qū)，處在黃河流域和西北內(nèi)陸河流域的接合部。在全國(guó)生態(tài)安全格局中，處于北御風(fēng)沙、南保水土的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是黃河上游重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和國(guó)家西部重要的生態(tài)屏障。黃河入河一級(jí)支流有38條，總長(zhǎng)度達(dá)1638.4km，總集水面積達(dá)83.63萬(wàn)km2[7]，但90%以上為季節(jié)性河流，獨(dú)特的地理位置和氣候條件，決定了白銀市植被覆蓋度低、生態(tài)環(huán)境脆弱的現(xiàn)狀，尤其是北依騰格里沙漠，東靠隴中黃土高原，森林覆蓋率僅為7.57%，與全國(guó)18.21%和全省13.40%的水平相比，差距較大。全市尚有荒山荒地26.20萬(wàn)hm2，沙化土地4.38萬(wàn)hm2，潛在沙化地1.95萬(wàn)hm2，全市水土流失面積占總面積的68.50%，每年約0.510億t泥沙進(jìn)入黃河[8]。境內(nèi)的祖厲河是黃河上游流域面積超過(guò)1.00萬(wàn)km2的6條主要支流之一，植被覆蓋少，地面坡度大，水力侵蝕嚴(yán)重，多年平均年輸沙量為0.417億t，最大含沙量為1110kg/m3，是黃河水系有名的泥河。水土保持綜合治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)明顯滯后，生態(tài)環(huán)境用水量?jī)H占全市總用水量的2.6%，遠(yuǎn)不能滿足生態(tài)環(huán)境修復(fù)的需求，進(jìn)而影響水源涵養(yǎng)功能，形成惡性循環(huán)，生態(tài)本底條件薄弱，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾突出。

1.3 外部可利用水資源分析

根據(jù)1987年的《黃河可供水量分配方案》(簡(jiǎn)稱“87分水方案”)，在正常來(lái)水年份，分配給甘肅省的地表耗水量指標(biāo)為30.40億m3，其中分配給白銀市的地表耗水指標(biāo)為6.16億m3，其中引洮二期工程耗水指標(biāo)(0.81億m3)單列，其余區(qū)域可利用黃河地表耗水指標(biāo)僅為5.35億m3。甘肅省政府2013年下達(dá)白銀市2015年、2020年、2030年用水總量控制指標(biāo)分別為10.90億m3、10.79億m3、12.43億m3?！坝盟俊焙汀昂乃俊眱身?xiàng)指標(biāo)是白銀市水資源管理的紅線。

2019年全市耗水量為5.90億m3，已超過(guò)“87分水方案”規(guī)定的正常年份耗水指標(biāo)(5.35億m3)，即使考慮豐水年“豐增枯減”的調(diào)水增加因素，6.16億m3耗水指標(biāo)也基本用完，已無(wú)富余耗水量指標(biāo)；全市2019年用水量為9.05億m3，雖未超過(guò)省級(jí)下達(dá)指標(biāo)，但耗水率高達(dá)65.40%，如果考慮正在建設(shè)的甘肅中部生態(tài)移民扶貧開(kāi)發(fā)供水工程等幾項(xiàng)在建工程，建成后全市總用水量約10.20億m3，已逼近用水總量指標(biāo)，可調(diào)劑的生態(tài)環(huán)境用水量額度很小[9-11]。全市水資源呈現(xiàn)總量匱乏、效率偏低、消耗量大的現(xiàn)狀，同時(shí)受黃河水量分配方案的限制，水資源開(kāi)發(fā)潛力有限。水資源短缺、支撐能力不足，成為推進(jìn)生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的主要制約因素。

2 區(qū)域可利用水資源量分析

生態(tài)環(huán)境脆弱和水資源短缺是白銀市發(fā)展面對(duì)的本底條件，要解決白銀市水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾，必須將節(jié)水放在首位，堅(jiān)持量水而行、節(jié)水為重，抑制不合理用水需求，全面落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度和節(jié)水行動(dòng)方案，開(kāi)展水資源消耗總量與強(qiáng)度雙控行動(dòng)，推動(dòng)用水方式由粗放低效向節(jié)約集約轉(zhuǎn)變。

2.1 節(jié)水潛力分析

白銀市作為黃河上游典型的資源型城市，形成了以工業(yè)、農(nóng)業(yè)占比為重的較單一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，第一、第二產(chǎn)業(yè)用水占比較高。按照國(guó)家最嚴(yán)格水資源管理制度規(guī)定的“三條紅線”，當(dāng)前用水總量須控制在許可的10.79億m3以內(nèi)，故可用水量指標(biāo)只剩0.59億m3，未來(lái)10年用水增加強(qiáng)度每年不得超過(guò)0.16億m3。市情決定未來(lái)發(fā)展必須走“以水而定、量水而行”之路，通過(guò)節(jié)水和合理使用用水指標(biāo)，協(xié)調(diào)生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水。

“白銀節(jié)水，首在農(nóng)業(yè)”，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有大中型電灌工程8處，萬(wàn)畝以上灌區(qū)31處，小微電灌、井灌工程1700多處，在西北地級(jí)市中最多，農(nóng)田灌溉面積達(dá)12.27萬(wàn)hm2[6]。根據(jù)節(jié)水預(yù)測(cè)，至2030年，當(dāng)灌溉水有效利用系數(shù)從0.55增加至0.60以上時(shí)，可節(jié)水0.50億m3；工業(yè)萬(wàn)元增加值下降至40m3以下時(shí)，可節(jié)水0.15億m3；居民生活80%以上采用節(jié)水器具時(shí)，可節(jié)水0.45億m3，如此可節(jié)水1.10億m3。加上剩余的黃河用水指標(biāo)，可自由支配用水量約1.70億m3，約占近5年平均用水量的18.0%。這是白銀市未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限的水資源空間，必須提高水資源的產(chǎn)出率，實(shí)現(xiàn)水權(quán)在各行業(yè)間自由流轉(zhuǎn)。

作為甘肅省黃河流域最集中的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，白銀市現(xiàn)狀有效灌溉面積約占全省黃河流域灌溉面積的1/3，農(nóng)村人口人均灌溉面積2.15畝，是黃河流域平均水平的3倍，因此無(wú)論從農(nóng)業(yè)灌溉總面積還是人均灌溉面積來(lái)看，白銀市都是全省黃河流域8個(gè)市州中最大的，以引洮、引大為代表的自流引水灌溉工程，以景電、興電、靖會(huì)為代表的黃河干流提灌工程群均在此分布(見(jiàn)圖1)，農(nóng)業(yè)用水占比較大，灌溉體系比較完善，具備較大的節(jié)水潛力。根據(jù)測(cè)算，白銀市各灌區(qū)全部實(shí)施極限節(jié)水灌溉，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力可達(dá)1.60億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的20.6%，比常規(guī)節(jié)水增加1.10億m3。按照“西控、南保、東調(diào)、中優(yōu)”的水安全保障布局[12-13]，白銀市處于“中優(yōu)”范圍，因此應(yīng)深度挖潛和續(xù)建配套改造，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。

圖1 白銀市農(nóng)業(yè)灌區(qū)分布

2.2 提升水資源利用監(jiān)管能力

加強(qiáng)國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目，推動(dòng)各行業(yè)積極節(jié)水，盡快實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+水務(wù)”模式，將白銀市地表水年取水量在10.0萬(wàn)m3以上、地下水年取水量在2.0萬(wàn)m3以上的79個(gè)取水口全部列入監(jiān)控能力建設(shè)范圍[14]，全面監(jiān)控規(guī)模以上許可取用水設(shè)施，從源頭上跟蹤全市用水總量變化動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)黃河、祖厲河生態(tài)流量管控。通過(guò)利用礦坑水、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、提高用水效率等綜合措施，至2030年實(shí)現(xiàn)平川區(qū)旱平川盆地、景泰縣平原區(qū)壓減603.0萬(wàn)m3地下水超采區(qū)治理目標(biāo)，白銀市地下水漏斗區(qū)見(jiàn)圖2。逐步完善全市水資源監(jiān)測(cè)體系，加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，建立水環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，利用“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+人工智能”等技術(shù)與水資源監(jiān)測(cè)相融合，構(gòu)建信息化水治理體系。

圖2 白銀市地下水漏斗區(qū)示意圖

2.3 爭(zhēng)取調(diào)整黃河水量分配方案

“87分水方案”是南水北調(diào)工程生效前的黃河可供水量分配方案(方案分配河北、天津20.00億m3)。2014年南水北調(diào)東、中線一期工程已經(jīng)全面建成通水，截至2021年底，南水北調(diào)東、中線累計(jì)調(diào)水500.00億m3。原有分水條件已發(fā)生了改變[15-17]，對(duì)黃河流域影響最大的中線一期工程，規(guī)劃年均調(diào)水95.00億m3(分配河南省37.70億m3，相當(dāng)于人均420m3，河北省、天津市44.90億m3，分別相當(dāng)于人均307m3、120m3)，在很大程度上減輕了黃河中下游流域水資源分配的壓力，緩解了省際間用水矛盾。因此應(yīng)在省級(jí)層面推動(dòng)新形勢(shì)下黃河水量重新分配，利用南水北調(diào)的水源置換原來(lái)黃河下游淮、海平原的引黃水量，調(diào)整黃河水量分配方案。

2.4 南水北調(diào)(西線)水資源分析

2020年開(kāi)始，南水北調(diào)西線工程進(jìn)行了新的綜合查勘，從雅礱江兩河口、大渡河雙江口調(diào)水進(jìn)入黃河支流洮河的調(diào)水線路，壩址控制流域面積大、可調(diào)水量大。水源水庫(kù)利用在建大型水電站，淹沒(méi)區(qū)移民和宗教設(shè)施處理等問(wèn)題相對(duì)較易解決，調(diào)水對(duì)生態(tài)影響較小，是西線工程規(guī)劃方案比選論證的重點(diǎn)研究方案。當(dāng)?shù)卣畱?yīng)積極跟蹤南水北調(diào)西線進(jìn)程，論證和爭(zhēng)取所需水資源指標(biāo)，緩解指標(biāo)性缺水問(wèn)題。

對(duì)白銀市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展供需水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，在考慮南水北調(diào)西線指標(biāo)的情況下，至2035年，全市可供水量為11.00億m3，同時(shí)，通過(guò)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、退減灌溉面積、發(fā)展高效節(jié)水灌溉、外流域調(diào)水替代水源置換等措施，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)有效退還河道生態(tài)水量1.50億m3，河道內(nèi)外水資源供需基本達(dá)到平衡[13]。

3 適應(yīng)水資源條件的發(fā)展策略

黃河流域58%的水量來(lái)自白銀市以上區(qū)域[2]，全市處于沙漠綠洲交錯(cuò)帶，是我國(guó)北方防沙帶的主要組成部分，阻止著騰格里沙漠南侵以及與毛烏素沙漠合攏。因此，應(yīng)建立適應(yīng)水資源條件的總體發(fā)展布局，首先保障黃河涵養(yǎng)穩(wěn)定和河流健康的水源補(bǔ)給區(qū)、黃河上游高質(zhì)量發(fā)展的綠色經(jīng)濟(jì)區(qū)[18-19]。

3.1 設(shè)立黃河上游特色創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)

白銀市因礦得名、因企設(shè)市，既是流域水資源貧乏、水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，又是典型的資源型城市和老工業(yè)基地、獨(dú)特的高揚(yáng)程提灌區(qū)，兼具黃河上游和內(nèi)陸河特征，在黃河上游具有典型代表性。作為共和國(guó)工業(yè)搖籃，在為國(guó)家建設(shè)作出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也留下了較大的歷史環(huán)境問(wèn)題[20]，一度使白銀市成為全國(guó)污染最嚴(yán)重和實(shí)行流域限批的城市之一。國(guó)務(wù)院在批復(fù)西部大開(kāi)發(fā)“十三五”規(guī)劃中明確提出，要啟動(dòng)實(shí)施黃河白銀段生態(tài)環(huán)境綜合治理工程?；诎足y市獨(dú)特的自然資源特征和資源綜合承載力超載的現(xiàn)實(shí)情況[21]，應(yīng)利用蘭白都市圈和“一帶一路”節(jié)點(diǎn)城市等區(qū)域優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在白銀市設(shè)立黃河上游生態(tài)環(huán)境綜合治理特色創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)，國(guó)家在政策集成、生態(tài)補(bǔ)償、機(jī)制創(chuàng)新、資金整合、生態(tài)移民方面給予支持。

3.2 營(yíng)造甘肅中部沿黃特色生態(tài)走廊

白銀市所在黃河流域生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)過(guò)境黃河水的依存度高，地下水開(kāi)發(fā)潛力小[22]，可實(shí)施北御風(fēng)沙、中建綠洲、南保水土的分區(qū)治理措施。北部以景泰縣為重點(diǎn)，培育騰格里沙漠邊緣的人工綠洲和生態(tài)林帶，構(gòu)筑甘肅北部生態(tài)安全屏障；中部依托沿黃兩岸31處萬(wàn)畝以上自流灌區(qū)和提灌區(qū)形成的1100km2農(nóng)業(yè)綠洲帶，實(shí)施黃河重要支流祖厲河水環(huán)境生態(tài)治理，保護(hù)好黃河及其重要支流的水生態(tài)、水環(huán)境和自然態(tài)勢(shì)，改善黃河干流、祖厲河等河川及其兩岸生態(tài)環(huán)境；南部地區(qū)(會(huì)寧縣、靖遠(yuǎn)縣南部和平川區(qū)南部)著重推進(jìn)黃土高原溝壑區(qū)梯田建設(shè)、小流域治理等固溝保塬綜合治理，增加黃河徑流補(bǔ)給，增強(qiáng)水源涵養(yǎng)功能，實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)修復(fù)，加快黃土高原水土保持生態(tài)文明示范區(qū)建設(shè)。中部和南部尤其要抓住祖厲河水土流失綜合治理被納入國(guó)家《“十四五”黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》83項(xiàng)重大項(xiàng)目(工程)清單，全流域被列為全國(guó)第二批流域水環(huán)境綜合治理和可持續(xù)發(fā)展試點(diǎn)流域的有利契機(jī)，實(shí)現(xiàn)在甘肅中部黃河生態(tài)文明建設(shè)中的創(chuàng)新和突破。

3.3 建設(shè)黃河高揚(yáng)程灌區(qū)節(jié)水高地

白銀市是全國(guó)著名的高揚(yáng)程灌區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水量占全市總用水量的87.0%。農(nóng)業(yè)節(jié)水要重點(diǎn)實(shí)施黃河干流景電、興電、靖會(huì)提灌群系統(tǒng)提升工程和挖潛改造，爭(zhēng)取實(shí)施8處大中型灌區(qū)提升改造和現(xiàn)代化建設(shè)工程，加快引洮二期、甘肅中部生態(tài)移民供水等重點(diǎn)項(xiàng)目灌區(qū)配套工程；推進(jìn)11處中小型灌區(qū)整合，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；在大中型灌區(qū)設(shè)立灌溉試驗(yàn)站，探索適宜的膜上灌、坐水種等深度節(jié)水技術(shù)，發(fā)揮好大中型高揚(yáng)程灌區(qū)水土資源優(yōu)勢(shì)[23]。通過(guò)水源提升、渠系改造、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、信息化建設(shè)等措施，提升灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施條件和現(xiàn)代化管理水平，建設(shè)中部沿黃灌區(qū)水資源高效利用示范帶，建成黃河流域高揚(yáng)程灌區(qū)節(jié)水高地。

4 結(jié) 語(yǔ)

白銀市位于黃河上游干旱半干旱區(qū)，水資源短缺，水土流失面積大，是典型的資源型缺水區(qū)、西北荒漠綠洲交接生態(tài)脆弱區(qū)，現(xiàn)狀用水量和耗水量已接近黃河水量分配指標(biāo)，水資源調(diào)劑空間有限。其特殊的區(qū)位和本底條件，決定了其在實(shí)施黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中，水資源是最大的剛性約束，節(jié)水是首要任務(wù)，通過(guò)對(duì)白銀市區(qū)域可利用水資源量的分析可知，至2030年主要產(chǎn)業(yè)節(jié)水潛力約1.70億m3，占現(xiàn)狀用水量的18.0%，通過(guò)高揚(yáng)程灌區(qū)農(nóng)業(yè)極限節(jié)水，還可增加節(jié)約水量1.10億m3。在南水北調(diào)東、中線已有效調(diào)整了水資源配置的新格局下，應(yīng)調(diào)整黃河水量分配指標(biāo)，使供水量逐漸提升至11.00億m3，實(shí)現(xiàn)河道內(nèi)外水資源供需基本達(dá)到平衡。未來(lái)要力爭(zhēng)設(shè)立特色創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)，營(yíng)造甘肅中部黃河生態(tài)走廊，提升水資源利用監(jiān)管能力，探索適應(yīng)水資源條件的黃河上游典型干旱區(qū)高質(zhì)量發(fā)展之路。