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全域视角下黄河断流再审视与现状缺水识别

赵勇 何凡
责任编辑:范江涛 来源:

  编者按

  2020年8月12日,通过实施水量统一管理与调度,黄河将实现连续21年不断流,万里长河从断流频仍到河畅其流,为大江大河治理保护提供了生动的“中国范例”。

  黄河断流的原因是一个复杂的自然和社会课题,引黄用水增长过快是产生水资源危机的关键因素之一。其实直到今天,黄河20余年不断流也并不代表流域供需水矛盾得到了真正缓解,只是通过科学调控将以往的缺水矛盾由显性转为隐形。

  2019年9月18日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的重要讲话指出“黄河水资源量就这么多,搞生态建设要用水,发展经济、吃饭过日子也离不开水,不能把水当作无限供给的资源。”科学利用珍贵的黄河水资源,仍旧是需要全社会共同关注的重要课题。

  因此,在黄河实现连续21年不断流之际,编者选登这篇理论文章,由专家带领读者从全流域的视角,对断流后水资源供需情势、水生态状况进行对比分析,以此正视黄河水资源的合理利用保护与开发问题。

  黄河流域在我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。受自然禀赋条件和人类活动影响,流域水资源供需矛盾十分尖锐,成为长期制约黄河流域经济社会发展和生态建设的突出瓶颈,其最突出的表现就是20世纪70年代至90年代的黄河频繁断流,并由此引发了社会、经济、生态等一系列危机,引起社会各界高度关注。

  为应对黄河流域水资源短缺问题,《南水北调工程总体规划》将黄河流域作为南水北调西线工程主要受水区。 从1999年开始实行黄河水量统一调度和管理,加之小浪底水库2000年建成运行所创造的有利条件,黄河干流从1999年8月迄今实现了连续21年不断流,入海水量从2000年~2003年的年均40亿立方米增加到 2003年以来的年均174亿立方米,河流生态得到了很大恢复。 通过水量统一调度和管理,不仅实现了黄河干流全线畅流,而且有效保障了流域经济社会平稳发展。

  尽管人民治黄取得了辉煌成就,但受流域自然条件及承载能力限制,黄河流域仍是我国水资源供需矛盾相当突出的流域之一。目前国内外尚未建立起完善的缺水状态判别指标体系,人们对于区域现状缺水状态的识别仍存在一定困难。学术界对现状条件下黄河流域哪儿缺水、缺多少水等重大问题的认识存在争议。在此情况下,客观识别黄河流域的缺水表象,合理度量其缺水程度,对于科学解决流域水资源紧缺问题、保障黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的顺利实施具有重要意义。

  重新认识黄河断流现象

  1、黄河断流现象回顾

  随着流域及相关地区经济社会发展用水量大幅度增加,20世纪90年代黄河流域年均耗水量接近300亿立方米,供需矛盾日益突出。黄河断流自1972年首次出现,之后愈演愈烈,90年代几乎年年断流。1972年~1999年的28年中,有22年出现断流,平均“四年三断流”,最严重的1997年下游利津水文站断流时间长达226天,下游沿黄地区130万人发生饮水困难。为解决黄河连年断流问题,应对黄河水资源供需矛盾尖锐的态势,维护河流健康生命,20世纪90年代末,国务院授权黄委统一调度黄河水量。通过科学配置、精细调度、严格管理,迅速扭转了20世纪90年代黄河几乎年年断流的局面,实现了自1999年8月12日以来黄河连续21年不断流。在如此严峻的形势下,迅速高效地解决黄河断流问题,体现了中国政府治理大江大河的能力,也是近年来中国治水成就的缩影。

  2、断流前后黄河流域水资源供需情势对比

  以黄河开始不断流的2000年为时间分界点,对前后一段时期黄河流域水资源供需总体情势进行分析。在供给侧,黄河流域水资源量在进入21世纪后持续衰减,根据黄河流域水资源评价相关成果,1919年~1975年黄河流域多年平均天然径流量为580亿立方米 ,1956年~2000 年系列下降到535亿立方米 ;根据《黄河流域水文设计成果修订》,进入21世纪后天然径流量仍持续衰减,2000年~2017年系列天然年径流量下降到459亿立方米;基于可预判的水土资源条件变化和水土保持措施实施,未来黄河流域天然年径流量仍有可能出现小幅下降。在需求侧,目前流域经济规模和人口规模不断扩大,用水总量持续增加,2000年~2017年黄河流域年均耗水量为300.5亿立方米,比1990年~1999年流域年均耗水量多18.9亿立方米。由此可以判断,在需求未发生改变而径流量大幅减少的情况下,黄河流域水资源供需矛盾正朝着更为严峻的形势发展。

  3、断流前后黄河流域水生态状况对比

  在黄河干流实现不断流的同时,主要支流水量开始大幅衰减,河道缺水问题大范围向支流扩散。与1956年~1990年相比,2000年以来渭河、窟野河、秃尾河、 无定河、三川河的径流量减幅为27.2%~56.5%;一些稍小的支流水量减幅更大,2000年以来清涧河、皇甫川、大理河、延河、马莲河的径流量减幅为37%~98%。根据1980年~2016年的卫星遥感数据,过去数十年黄河流域湿地面积总体呈萎缩趋势,1980年黄河流域湿地面积为2702平方千米,2016年则下降到2364平方千米,降幅为13%。湖泊湿地的不断萎缩对水生生物带来明显影响。根据中国水产科学研究院的研究成果,黄河水系曾有鱼类190多种,但随着流域水生态环境日益恶化,近数十年已经有1/3水生生物物种濒危绝迹。20世纪80年代初,黄河流域地下水年开采量为90亿立方米左右,随着流域内用水量不断增加,地下水开采量呈递增趋势。2016年黄河流域地下水开采量为121.9亿立方米,较1980年增加了近30亿立方米。根据《黄河流域水资源综合保护规划》,2016年黄河流域地下水超采区有78个,超采区面积为2.26万平方千米,超采量为14亿立方米。地下水开采会导致补给河流的水量减少。1980年以来黄河流域地下水与地表水之间不重复计算量从82亿立方米增加到115亿立方米,表明目前受地下水开采量增多影响的河川径流量为33亿立方米。

  4、关于黄河断流的认识

  综上所述,与断流集中爆发的20世纪90年代相比,黄河流域水资源供需矛盾并未真正缓解,反而更为严峻,只是通过严格科学的调控,将矛盾的表象由显性转为隐性、由干流转移到支流、由河道转移到陆地、由地表转移到地下、由集中性破坏转移到流域均匀破坏。2016年,黄河流域向外流域供水91.08亿立方米,占黄河流域总用水量的19%,调水量比我国水量最丰沛的长江还多10亿立方米,水资源开发利用率为78%,远超一般流域40%的生态警戒线,甚至超过了得到南水北调东、中线补充水量的海河流域,黄河流域实际上已经成为全国水资源开发利用程度最高、水资源供需矛盾最突出的流域。

  基于系统可承受程度的缺水类型划分

  基于上述分析,一方面长期缺水给黄河流域带来了深刻的经济社会和生态影响,另一方面在科学严格的水资源调配下,供需矛盾的表象由显性转为隐性。因此,为科学描述和评估黄河流域的现状缺水程度,通过对已有的缺水属性研究成果的分析和延伸,我们建立了刚性缺水和弹性缺水的概念。

  理论上,缺水是指一定经济技术条件下,区域可供水资源量和质的时空分布不能满足现实标准下的区域内人口、经济社会、生态环境等系统对水资源需求时的状态。限于可供水资源量、各行业用水需求、未来发展潜力等要素难以精确度量,学术界对于缺水的类型、程度和影响的认知不尽相同。

  从人类社会和生态环境可承受的程度看,缺水可以分为刚性缺水和弹性缺水,其中:刚性缺水是指会对经济社会发展和生态保护修复构成较大制约和破坏的水量缺口,弹性缺水是指有条件的情况下应该予以保障、对经济社会发展和生态保护修复的影响较为轻微的水量缺口。刚性缺水和弹性缺水并不局限于特定的行业,两者的划分标准在一定程度上取决于特定地区的社会发展水平和发展目标。以农业缺水为例,当农业用水不能完全得到满足时,粮食产量将受到影响,但如果粮食减产程度较小,可以通过区域间粮食贸易等手段保证当地粮食安全,且不对农民收入造成较大影响,这部分缺水即为弹性缺水;相反,如果缺水导致的粮食减产程度较大,影响到当地粮食安全,并对经济社会造成较大影响,这部分缺水则是刚性缺水。

  分行业来看,生活、工业、农业和生态对缺水耐受度和敏感性是不同的,基于缺水对经济社会的影响,我们对不同行业刚性缺水、弹性缺水划分标准进行定性描述。城乡居民生活用水是地区水资源保障的重点,任何规模的缺水都是难以承受的,因此认为生活缺水全部为刚性缺水。 对于工业来讲,现状工业用水无法得到充分满足可认为是刚性缺水,而未来工业发展受到水资源限制可认为是弹性缺水。对于农业来讲,保障区域粮食安全短缺的水量为刚性缺水,作物无法得到足额灌溉、粮食生产潜力无法充分发挥的为弹性缺水。对于生态来讲,重要河湖生态最小生态需水无法得到满足的为刚性缺水,流域全部生态功能无法得到满足的为弹性缺水。

  黄河流域缺水问题依旧突出

  按照生活、工业、农业和生态的刚性缺水和弹性缺水划分标准,我们对现状年黄河流域缺水表象进行识别(现状年为 2016 年),并计算了相应的缺水量。

  1、现状生活缺水识别

  生活用水包括农村生活用水和城镇生活用水两部分,目前黄河流域城镇和农村居民的生活用水定额分别为102立方分米和每人每天58立方分米,分别为全国平均水平的75%和67%。在全国十大流域中,黄河流域的城镇居民用水定额仅高于海河流域,而农村居民生活用水定额最低。按照《城市给水工程规划规范》和《村镇供水工程设计规范》,现阶段我国城镇居民和农村居民的适宜生活用水定额为每人每天106立方分米和每人每天67立方分米。按此标准计算,现阶段黄河流域城镇生活缺水1.4 亿立方米、农村生活缺水2.3亿立方米,这部分缺水为刚性缺水。

  2、现状工业缺水识别

  能源、化工、冶炼等是黄河流域支柱性工业产业,鉴于黄河流域水资源现状供需矛盾十分突出,现状工业发展用水增量需通过存量节约和水权转换获得。根据《黄河流域水资源保护规划》和《黄河上中游地区及下游引黄灌区节水潜力深化研究报告》,黄河流域现状年主要工业行业缺水量为8.21亿立方米,其中内蒙古、陕西、宁夏等上中游省(区)缺口较大。

  3、现状农业缺水识别

  黄河流域农业用水处于用水竞争的最低端,其用水需求经常被工业用水挤占。目前,黄河流域农业缺水表现在以下3个方面:大量农田无法得到充分灌溉,灌溉定额难以充分满足作物生长需求,农业干旱频发重发。根据《黄河流域水资源保护规划》,2016年黄河流域农田有效 灌溉面积和实际灌溉面积分别为558万公顷和479万公顷,即流域内有79万公顷高产农田缺乏灌溉水源。而根据《中国水旱灾害公报》,过去10年我国年平均因旱受灾面积为1467万公顷,其中黄河流域所在的9省(区)年平均因旱受灾面积为200万公顷,占全国总量的14%。尽管黄河流域农业用水较为短缺,但根据相关研究成果,现状年黄河流域粮食可以基本自给。因此,黄河流域现状农业缺水主要是弹性缺水。

  4、现状生态缺水识别

  目前黄河流域生态缺水问题十分突出。流域生态缺水可以分为河道外和河道内两部分:河道外生态缺水主要体现在平原区地下水严重超采、河湖湿地补水量不足、生态防护林灌溉水短缺、城镇绿化供水不足等方面。河道内生态缺水主要体现在支流生态水量不足,现状年黄河流域缺水全部是刚性缺水。参考《黄河流域水资源保护规划》和《黄河上中游地区及下游引黄灌区节水潜力深化研究》对于地下水超采、河流生态需水短缺等问题的分析结果,现状年黄河流域生态缺水量为51.2亿立方米,其中:河道外缺水量为17.09亿立方米,河道内缺水量为34.1亿立方米。

  5、黄河流域现状缺水量分析

  综上所述,黄河流域现状年缺水总量为114.1亿立方米,其中:生态缺水量最大,占流域缺水总量的44.9%;农业缺水量次之,占流域缺水总量的44.7%。从刚性缺水和弹性缺水角度来看,现状年黄河流域刚性缺水量为63.1亿立方米,占流域缺水总量的55.4%;弹性缺水量为51.0亿立方米,全部为农业缺水。总体来看,黄河流域现状年缺水问题突出,缺水量占流域用水量的比例高达28.8%。大规模刚性缺水给黄河流域带来了深刻的经济和生态影响,主要表现在生活用水短缺、工业发展用水遇到天花板、河流生态功能仅能低水平维持。

  作者观点

  ·与断流集中爆发的20世纪90年代相比,黄河流域水资源供需矛盾并未真正缓解,反而更为严峻,只是通过严格科学的调控,将矛盾的表象由显性转为隐性、由干流转移到支流、由河道转移到陆地、由地表转移到地下、由集中性破坏转移到流域均匀破坏。

  ·从人类社会和生态环境可承受的程度看,缺水可以分为刚性缺水和弹性缺水。刚性缺水和弹性缺水并不局限于特定的行业,两者的划分标准在一定程度上取决于特定地区的社会发展水平和发展目标。

  ·从横向对比结果看,黄河流域已经成为全国水资源开发利用程度较高、水资源供需矛盾较突出、生态问题较尖锐的流域之一,迫切需要从可持续发展视角统筹考虑流域社会经济发展和生态环境安全。

  ·现状年黄河流域刚性缺水量为63.1亿立方米,占 流域缺水总量的55.4%;弹性缺水量为51.0亿立方米,全部为农业缺水。总的来看,黄河流域现状年缺水问题突出,缺水量占流域用水量的比例高达28.8%。 长期缺水给黄河流域带来了深刻的经济社会和生态影响。

  (作者来自中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室。赵勇,教授级高级工程师,研究方向为水循环模型构建及水资源管理;何凡,教授级高级工程师,研究方向为水资源节约与保护。)

编辑:范江涛 李晓莹


发布时间:2020年08月11日
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