張永復
(中翔(天津)水業(yè)發(fā)展公司,天津 300457)
黃河水西調(diào) 確保雄安新區(qū)水資源供給
張永復
(中翔(天津)水業(yè)發(fā)展公司,天津 300457)
中央明確指出雄安新區(qū)應該是“優(yōu)美生態(tài)環(huán)境,構(gòu)建藍綠交織、清新明亮、水城共融的生態(tài)城市”。但是,該地區(qū)水資源短缺,成為實現(xiàn)這一目標的阻礙。為確保雄安新區(qū)水資源供給,用黃河入海沖沙水西調(diào)補充該地區(qū)水源。它是重復用水性質(zhì),不占用黃河水量分配指標,不與任何地區(qū)爭水。
黃河口;調(diào)水;雄安新區(qū)
河北雄安新區(qū),是繼深圳經(jīng)濟特區(qū)和上海浦東新區(qū)之后又一具有全國意義的新區(qū),是千年大計、國家大事。雄安新區(qū)規(guī)劃范圍涉及河北省雄縣、容城、安新三縣及周邊部分區(qū)域,起步區(qū)面積約100km2,中期發(fā)展區(qū)面積約200km2,遠期控制區(qū)面積約2000km2。
河北省是水資源匱乏地區(qū),全省人均水資源量307m3,僅為全國平均水平的1/7,保定市水資源更加匱乏,地區(qū)人均水資源量在240m3左右。在河北省太行山及燕山的山前地帶,降水量較多,而雄安新區(qū)所在的冀中平原多年平均降水量僅有500mm,多年平均蒸發(fā)量卻超過1000mm,缺水更加嚴重。
雄安新區(qū)近旁的白洋淀是天然的大濕地,有超過300km2的水域,現(xiàn)在雖然因為氣候變化逐年干涸,還有220km2。是華北地區(qū)最大的淡水湖,素有“華北明珠”美稱。白洋淀起著改善溫濕狀況、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候的重要作用。只有保護和修復白洋淀生態(tài)功能才可能達到建設“水城共融的生態(tài)城市”的要求。
白洋淀的來水共有三個途徑:天然降水、上游城市(保定、房山)的污廢水以及季節(jié)性河流。白洋淀屬于海河流域大清河水系。承接了從萍河、瀑河、槽河、府河、清水河、唐河、孝義河、潴龍河來水,20世紀70年代又開挖白溝引河進入白洋淀,共計有九條河注入。這九條河流,要么已經(jīng)斷流,要么僅雨季有少量來水。
據(jù)測算白洋淀的年均蒸發(fā)量高達1億m3。最大生態(tài)環(huán)境年需水5.909億m3,適宜生態(tài)環(huán)境年需水3.389億 m3,最小生態(tài)環(huán)境年需水 1.887億 m3[1]。
由于氣候變化、經(jīng)濟發(fā)展用水量增長以及上游修建水庫影響,白洋淀入淀水量大幅度下降,而且極不均衡。上世紀的五十年代,平均入淀水量18.24億m3,八十年代平均僅有1.47億 m3。為了防止白洋淀連年干淀,從1981年起,開始給白洋淀補水,時至今日“引水濟淀”已經(jīng)成為常態(tài)。
上世紀是本流域的王快水庫、西大洋水庫、安各莊水庫給白洋淀補水。因本地水資源不足,2004年2月發(fā)展到跨河系“引岳濟淀”,2006年11月更發(fā)展到跨流域從黃河引水。截至2011年,黃河從山東省聊城市東阿縣的位山閘己經(jīng)5次出水入淀。本世紀給白洋淀補水量年平均0.90億m3[2]。
由于雄安新區(qū)水資源嚴重短缺,必需依靠外調(diào)水源。
南水北調(diào)中線引江水是外調(diào)的優(yōu)質(zhì)長江水,按照規(guī)劃,河北省每年可分配34.7億m3引江水,其中保定市分配5.51億m3引江水。雄安新區(qū)的生活用水由南水北調(diào)中線引江水的水量中調(diào)配。
河北省水資源嚴重短缺,長期超采地下水,形成七大地下水漏斗區(qū),引發(fā)地面沉降、海水倒灌等生態(tài)、社會問題。所以,《河北省南水北調(diào)配套工程供用水管理規(guī)定》:南水北調(diào)引江水受水區(qū)應當按照地下水壓采目標,充分利用引江水,逐步替代地下水。在南水北調(diào)供水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的自備水源井限期關(guān)閉。南水北調(diào)引江水相當一部分將用于替代地下水。該供用水管理規(guī)定還要求:東武仕、朱莊、崗南、黃壁莊、王快和西大洋六座水庫作為南水北調(diào)中線配套工程備用水源,參與配套工程供水調(diào)度[3]。因此,本文不再將水庫蓄水單列為雄安新區(qū)的外調(diào)水資源。
在南水北調(diào)配套工程逐步完善,引江水受水區(qū)建設的地表水廠、改擴建供水管網(wǎng)完成后,受水區(qū)用水量將進一步增加。以深圳為例,深圳總?cè)丝诩s1077.89萬,年用水量達16.97億 m3,人均水量157m3/年。據(jù)測算雄安新區(qū)初始可能承載100萬人左右,發(fā)展比較好的話可能達到200~300萬人,若按深圳用水標準,僅雄安新區(qū)就需水1.5~4.5億m3??梢娔纤闭{(diào)引江水水量偏緊是肯定的。
南水北調(diào)中線引江水將會分配給雄安新區(qū)所需要的生活用水,但是引江水還需要滿足其他各方需求,不可能再分配水量給白洋淀用于生態(tài)用水。
天津市濱海新區(qū)的塘沽地區(qū)為了節(jié)約優(yōu)質(zhì)水資源,在城市除了建成以引江、引灤水為水源,按《城市供水水質(zhì)標準》(CJ/T206-2005)為制水標準的供水系統(tǒng)外,還建有以潮白河汛期泄水為水源,按《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)為制水標準的供水系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)同時向居民供水,后者供水量為前者的1/4,節(jié)約了大量優(yōu)質(zhì)外調(diào)水。雄安新區(qū)全部是新建的城區(qū),有條件參照這種模式,利用保定、房山下泄的污水建設再生水廠,分質(zhì)供水,以節(jié)約南水北調(diào)引江水。
白洋淀是天然的大濕地,保護白洋淀生態(tài)功能,既是保證雄安新區(qū),更是支撐京、津、冀地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展必要保證。
為了保護白洋淀,20世紀的80年代己經(jīng)開展了“引黃入淀工程”的研究。海河水利委員會于1988年提出《引黃入淀工程設計任務書》,引黃入淀工程年引水量12.5億m3,其中河北省10億m3,河南省 2.5 億 m3[4]。
在國務院確定的全國172項重大節(jié)水供水水利工程項目中,“引黃入冀補淀”也列入在內(nèi)。按照規(guī)劃,引黃入冀補淀工程設計流量61.4m3/s,入白洋淀30m3/s;這一工程建成后,河北省多年平均引黃河水量6.2億 m3,分配給保定市2.55億m3,其中凈入白洋淀水量約為1.1億 m3,填補白洋淀每年1億 m3的補水缺口[2]。目前,“引黃入冀補淀”工程正在進行。該工程從河南省濮陽市渠村閘引水,穿衛(wèi)河進入河北省。在河北省境內(nèi),自冀豫界至白洋淀全長397.6km,主線路則是充分利用引黃入邯工程與引岳濟淀工程線路輸水至白洋淀。
“引黃入淀工程”的工作歷經(jīng)數(shù)十年,從未停止。一致共識是:白洋淀缺水由黃河引水是最佳選擇。但是,無可諱言,黃河下游引水存在兩個主要的問題:水資源缺乏和含砂量高。
黃河是我國第二大河,天然年徑流量580億m3,占全國河川徑流量的2.1%。承擔著向全國12%的人口、15%的耕地和50多座大中城市供水的任務,同時還承擔著向流域外部分地區(qū)遠距離調(diào)水的任務。黃河流域內(nèi)人均年徑流量650m3,畝均年徑流量300m3,分別占全國人均、畝均年徑流量的25%和16%。由此可見黃河水資源也同樣缺乏[5]。
為彌補黃河水源不足,水利部黃河水利委員會曾提出《南水北調(diào)西線工程規(guī)劃報告》,需要從長江調(diào)水150~190億m3到黃河上游,供水范圍是黃河上中游缺水地區(qū)。只因工程艱巨,暫時尚未實施。
黃河上游寧、蒙河段,是西北地區(qū)人口稠密、農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)達的地區(qū),而這一河段,現(xiàn)在如火如荼地建設煤化工產(chǎn)業(yè)帶,急需水源保證。黃河干流并不經(jīng)過河北省和天津市,在南水北調(diào)工程通水后,西北諸省希望將分配給天津和河北的指標再分配,增加分配水量。
在南水北調(diào)西線工程建成之前,黃河水資源短缺供需矛盾突出的現(xiàn)狀不可能改變。上游用水與引黃入冀之間的缺水需要水行政主管部門統(tǒng)籌各地方的需求而進行分配。
再有,黃河是世界上含沙量最多的河流。三門峽站多年平均輸沙量約16億t,黃河的平均含沙量達到31.3kg/m3。
在黃河中、下游段取水,引黃河水必然帶出黃河泥沙,清淤負擔沉重,由于沙量大,需要占用的沉沙和堆沙土地面積巨大。由于泥沙淤積還造成大面積澇災和土地次生鹽堿化及土地沙化等社會經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境問題[6]。在長期取水而形成的沙襲農(nóng)田嚴重的地方,己經(jīng)形成新的環(huán)境災難。
無論是南水北調(diào)中線引江水還是引黃入淀工程都受到水源的制約,其調(diào)水量有限,而河北省的水資源又嚴重短缺,調(diào)水量與需水量之間不能達到供需平衡。
在海河流域水資源綜合規(guī)劃中,對此十分明確,在規(guī)劃中是如下表述的:
“2020年,海河流域多年平均缺水量36億m3,仍需在一定時期內(nèi)超采地下水36億m3,總配置水量達到495億m3,實現(xiàn)水資源供需平衡。多年平均入海水量64億m3,滿足河道內(nèi)基本生態(tài)水量。地下水總體上仍處于超采狀態(tài)”。
“2030年,海河流域多年平均缺水量20億m3,需要增加外流域調(diào)水量10億m3,總配置水量505億m3,缺水率降至2%以下,實現(xiàn)水資源供需基本平衡。多年平均入海水量68億m3,滿足河道內(nèi)基本生態(tài)水量。地下水總體上實現(xiàn)采補平衡”[7]。
當然,海河流域缺水并不等同雄安新區(qū)缺水,但是,雄安新區(qū)是在河北?。ê:恿饔蛑饕赜颍┲陆y(tǒng)一分配外調(diào)水,在海河流域整體缺水的狀態(tài)下,雄安新區(qū)也會受到影響。
黃河流域及海河流域都是水資源短缺地區(qū),現(xiàn)有可供外調(diào)水的水資源不足。為了確保雄安新區(qū)的水資源需求,建議在山東省利津水文站以下,在黃河入海河段建設取水樞紐,利用直接排海的用于輸沙的黃河水,建設“引黃河口水入冀補淀”工程,引黃河水西調(diào),確保雄安新區(qū)水資源供給。
雄安新區(qū)需要的外調(diào)水量很難準確估算。因為雄安新區(qū)正在規(guī)劃之中,需水量難確定。雄縣、容城、安新三個縣地下水超采需要替代水源,為避免三個縣外圍各地地下水超采形成地下水漏斗區(qū)擴大到雄安新區(qū),也需要替代水源。南水北調(diào)中線引江水及己開工的“引黃入冀補淀”工程最終分配給本區(qū)域水量亦是可以調(diào)整的。在諸多未定條件下,不可能計算出雄安新區(qū)需水量。
本文只有暫且按照引文[1]中計算白洋淀最大生態(tài)環(huán)境年需水5.909億 m3(以下均為每年的水量),減去“引黃入冀補淀”分配給白洋淀1.1億m3,缺口為生態(tài)環(huán)境需水4.8億 m3。以及海河水利委員會于1988年《引黃入淀工程設計任務書》中提出河北省需水10億 m3[4],而在近期“引黃入冀補淀”工程河北省僅只引黃河水量6.2億m3,其缺口水量3.8億m3。二者合計水量8.6億m3。
加上百分之十的誤差,本文初步暫按每年需外調(diào)水量10億m3計算。
建設“引黃河口水入冀補淀”工程,最重要的是需要確定黃河口是否有足夠的水量供給外調(diào)?
黃河下游歷史上災害特別嚴重,洪水量大,泥沙淤積河道,河床不斷升高,是名符其實的“地上懸河”。當洪水發(fā)生時有漫堤或沖決的危險。必須依靠河流保持一定的流量將河床的淤沙送入大海,以減少下游河道淤積,增大主槽的行洪能力,遏止河床抬高。
但是,由于用水量增加及氣候變化影響,1972年黃河即第一次斷流,此后26年,黃河有21年斷流。1997年全年斷流達到226天。斷流不僅使主河槽萎縮,對行洪構(gòu)成潛在威脅,而且破壞沿黃的生態(tài)環(huán)境,不利于生物多樣性和濕地保護。
從1999年3月始,黃河水利委員會實行全流域統(tǒng)一調(diào)度,壓縮了上、中游河段的取水,每天保證要有數(shù)以百萬m3計的黃河水用于輸沙,保護了下游河段不再斷流,隨之大量輸沙用水也東流入海。
將引黃取水口工程建在黃河入海河段,再次利用分配給黃河的輸沙用水,加以重復利用,西調(diào)黃河水作為“引黃河口水入冀補淀”也就存在可能性。
黃河口是否有足夠的水量?
根據(jù)《黃河水量調(diào)度條例》[8]規(guī)定,黃河水量分配首先應科學確定河道輸沙入海水量和可供水量。并明確指出“可供水量,是指在黃河流域干、支流多年平均天然年徑流量中,除必需的河道輸沙入海水量外,可供城鄉(xiāng)居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)及河道外生態(tài)環(huán)境用水的最大水量?!逼渲小氨匦璧暮拥垒斏橙牒K俊笔莾?yōu)先的,也是必需保證的,在滿足河道輸沙入海水量之后,才是可供城鄉(xiāng)居民等用水的水量。
根據(jù)《黃河水量調(diào)度條例實施細則》[9]規(guī)定,制定了黃河干流省際和重要控制斷面預警流量,如潼關(guān) 是 50m3/s, 花 園 口 是 150m3/s, 濼 口 是80m3/s,利津斷面預警流量是 30m3/s,因此,在利津水文站以下取水是有保證的。當黃河水量低于預警流量時,黃河水利委員會及時調(diào)整某些取水口的取水量,保證所有控制斷面均不低于預警流量。
由于黃河水利委員會及各省、區(qū)政府認真落實國務院的規(guī)定。從1999年3月開始,黃河再也未發(fā)生斷流。據(jù)《山東省水資源綜合利用中長期規(guī)劃》統(tǒng)計資料:“省內(nèi)入海河流主要包括黃河、小清河、濰河、徒駭河、馬頰河等,2000年以來年均入海水量236.2億 m3,其中,黃河入海水量169.4 億 m3, 占總量的 71.7%”[10]。
2015年利津水文站實測徑流量133.6億m3[11]。雖然與多年均值和1987~2015年均值比較均偏小。在扣除利津以下河段引黃水量4億m3后,2015年黃河全年入海水量仍有近130億m3。
黃河入海水西調(diào),外調(diào)水量10億m3,僅占入海水量的6%~8%。因此,選擇黃河入海棄水作為西調(diào)的水源,在水量上是有充足保證的。
本文所建議的“黃河水西調(diào)”的水是分配給“必需的河道輸沙入?!钡狞S河水,是重復利用性質(zhì),并不占用黃河水分配指標。引水地點選擇在山東省利津水文站以下的黃河入海河段,絲毫不影響沿黃河各省原分配的水量。
據(jù)利津水文站統(tǒng)計,黃河入海的平均含沙量為25kg/m3。引黃渠道輸沙能力極低,己經(jīng)運行的沿黃多數(shù)引黃河道均發(fā)生了淤積,尤其是顆粒較粗的(d>0.05mm)泥沙未經(jīng)沉沙處理掉時,會嚴重淤積渠道。必需采取除沙措施。
在河口附近取水,由于離海較近,采用排沙入海方法是十分有利的。
排沙入海是先將入海的黃河水,提升進入沖洗式沉沙池,泥沙自然沉淀后,將上部清液經(jīng)取水樞紐的泵站提升進入“引黃河口水入冀補淀”工程的輸水渠道或管涵,并沖刷沉沙池中沉積的泥沙進入黃河河槽,再經(jīng)黃河入海水道進入大海。幾座沉沙池采取沉沙及沖刷交替運作方式。
這種方式沉沙己有先例:河南省孟津縣王莊灌區(qū)的沖洗式沉沙池,設自流沉沙池兩廂,每廂池長850m,寬15m,底坡1/800,池深10m3,容積8萬m3,入池流量 25m3/s。24h淤滿一池,沖洗時間6 ~7h[6]。
在黃河下游引黃灌溉中還創(chuàng)造了很多有效除沙措施,可以比選后采用。在黃河下游河段除沙后,堆集的泥沙很難處理,在河口取水除沙就易于處理了。
對任何一項跨流域的調(diào)水工程都會給被調(diào)出水源的河流產(chǎn)生生態(tài)影響。必須盡量降低對生態(tài)的負面影響。
從利津水文站以下的黃河河道取水,對利津水文站以上黃河全線無任何生態(tài)影響,只對黃河入??诋a(chǎn)生負面的影響。對全黃河流域可能產(chǎn)生的負面的影響已經(jīng)控制在局部地區(qū)。
在“引黃河口水入冀補淀”工程中,對河口造成的影響原因是減少了入海水量和相對增加了輸沙量。
減少了入海水量后,對生態(tài)產(chǎn)生的影響肯定有,但不致很嚴重。其原因是調(diào)水量僅在入海水量6%~8%之間,對入海水量影響有限,應在可控范圍以內(nèi)。
20世紀黃河遭受多次斷流,1995年斷流范圍由河口向上延伸將近700km,1997年全年斷流226天。在分析斷流對黃河影響時,更多是指向?qū)S河中、下的影響,對于易產(chǎn)生的咸水上溯、入侵地下水等對河口地區(qū)的影響不明顯[12]。
由于外調(diào)黃河河口水留下了泥沙,必然相對增大河口泥沙量,但輸沙量的增加與其他因素影響黃河入海河段比較也是相對微弱。例如,調(diào)水10億m3,按平均含沙量25kg/m3計算,泥沙總量2500萬t,2002年7月黃河首次調(diào)水調(diào)沙實驗,入海泥沙有6640萬t,遠大于因調(diào)水而沉積的泥沙。
黃河河口在全世界各大河口中,是沖淤演變、擺動頻繁、影響因素最為復雜的河口。經(jīng)有關(guān)人員努力,采用工程整治及河口疏浚等許多卓有成效的措施,保證了黃河幾十年安瀾[13]。
即使黃河口因調(diào)水所致使下游主河槽受到影響,也有相應的對策。林秉南院士曾建議《引海水沖深黃河下游河槽》。他認為:以大流量海水沖深黃河下游河槽,主槽下切,形成水位落差,可發(fā)生溯源侵蝕,沖深黃河河床,給黃河下游的防洪帶來有利局面[14]。
所以,由黃河泥沙入海帶來的影響是有限的,也是可控的。
白洋淀是淺碟型湖泊,汛限水位8.3m,汛后最高水位8.8m,水位6.5m即可認為己經(jīng)達到干淀。引黃取水口與白洋淀受水點之間提升的總揚程不高。
可供輸水方案有很多,需進行技術(shù)經(jīng)濟比較,此處僅列出兩個方案。
明渠輸水方案:黃河己經(jīng)多次從山東省聊城市東阿縣的位山閘出水入淀,從位山閘至白洋淀的渠道是暢通的。
徒駭河是鄰近黃河的平原排澇河道,上游經(jīng)過南運河與東阿縣位山閘相通,下游到黃河三角洲入海。徒駭河下游河道與前述引水樞紐距離50km左右。將徒駭河整修(約240km)作為為輸水渠道,并修造若干提升泵站。
黃河河口水西調(diào)經(jīng)新開挖的明渠及整修后的徒駭河,經(jīng)若干級泵站提升,即可達到由位山閘出水入淀的輸水路線,自流進入白洋淀。
南水北調(diào)東線工程是由京杭運河作為輸水主干線,在黃河以南,從長江引水口到穿越黃河處全線距離650km,高差40m,共設13座梯級抽水泵站,總揚程65m,己成功運行多年,可作為明渠輸水借鑒。
管涵輸水方案:由山東省利津縣至河北省白洋淀直線距離是280km。其間全部是平原,從引黃入??谖髡{(diào)至白洋淀可以全線采用管涵輸水。
南水北調(diào)中線天津輸水干渠全線采用鋼筋混凝土箱涵輸水。起點是河北省徐水縣西黑山村(高程65m),終點是天津市外環(huán)河(高程2.5m),線路總長155km,年輸水量10億 m3,2014年12月正式通水以來,己安全運行近三年,可以作為本工程采用管涵輸水借鑒。
長距離輸水工程,我國己有很多成功案例,技術(shù)上無有任何難點。
在南水北調(diào)工程開工前,中央曾提出要求,應“先節(jié)水、后調(diào)水”。
節(jié)約用水有三種手段。第一種是科學方法節(jié)水,如重復用水、采用滴灌、……;第二種是用經(jīng)濟手段節(jié)水,如提高水價;第三種是按計劃經(jīng)濟辦法,由行政主管部門分配。
本文建議從黃河入海河段的西河口附近引水,是將原來分配用于黃河輸沙用水再用作“引黃河口水入冀補淀”的水,加以重復利用,這是科學方法節(jié)水。
雄安新區(qū)需要調(diào)水量、從黃河入海河段取水的許可取水量、取水對黃河河口影響等等,是十分復雜的問題。需要收集大量資料后再分析論證,甚至還需進行實驗。非本文重點,本文主要論證從黃河河口取水的可能性及其優(yōu)點,希望能夠為有關(guān)部門為確保雄安新區(qū)水資源安全提供一種選項。很多后續(xù)工作,特別是河口取水的生態(tài)影響論證等,只有待工程有了初步意向后再繼續(xù)開展。
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1672-2469(2017)10-0005-05
10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.002
2017-08-14
張永復(1936年-),男,高級工程師。