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。
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
(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。
(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。
(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。