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上游水资源危机特点及水环境恢复对策

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摘要:结合汾河上游水资源数据资料的收集整理,应用数理统计法对汾河上游水资源危机的现状及其成因进行了分析,分析结果表明:汾河上游水资源存在水质型缺水和水量型缺水并存的特点。提出了水资源和水环境恢复对策:控制水资源使用量、转变开发方式、加强污染控制和检测,调整产业结构是解决其水资源及水环境危机的重要途径。

关键词:水资源危机;恢复策略;汾河上游

1资源地概述

汾河是山西天然径流量最大的河流,流域面积约占山西省面积的1/4,其中上游部分7705km2,占整个流域面积的1/5,汾河流域的生态屏障,太原市的主要水源涵养区。区域内的古交市是山西省重要的主焦煤生产基地,岚县的袁家村铁矿是目前亚洲范围内规模较大的铁矿生产区。因此,汾河上游的水资源及水环境状况对当地社会经济建设具有重要意义。建国以来,特别是20世纪80年代以来,随着全国能源重化工基地的建设和矿产资源的高强度开发,汾河上游已经成为全省可持续发展能力极低和贫困人口分布最集中的区域之一。旱涝灾害、水土流失、水环境污染、生态环境破坏等危机的出现,不仅对上游区域造成威胁,更是危害到整个汾河流域的生态安全。

2汾河上游水资源危机概况

2.1汾河上游水量减少趋势显著

汾河流域属半干旱、半湿润气候的过渡地区,干旱指数在2.0~2.5之间,引文干旱发生频繁,干旱年份河川流量一般也剧烈衰减。汾河水库位于汾河干流,是其最大控制性大型水库,距离太原市83km,太原和晋中的主要供水水源。据该水库水文站实测,1960~2004年的45年中有5年降水量少于300mm,最少的1972年为213.5mm(表1),只有多年平均年降水量522.67mm的40.8%。该年来水量1.37亿m3,只达多年平均年来水量3.316亿m3的41.3%(山西省汾河水库管理局,2005年6月)。通过对该水库水文站1954~2004年51年系列的径流量分析得出,其多年平均径流量为3.496×108m3。应用肯德尔秩次相关法分析这51年系列的水文数据显示,径流总量总体呈下降趋势。随着全球极端气候的频繁出现,预计汾河上游水资源短缺状况将加剧[1]。汾河上游内生产区主要为农区、牧区和林区,并无规模以上工矿企业,且没有灌区和中型水库的有效灌溉面积达到万亩以上。宁武、静乐、娄烦、岚县4县20世纪90年代有效灌溉面积约6367hm2,估计每年实灌溉面积仅5000~5500hm2,年用水约2000~3000×104m3,只及年径流的7%左右,因此其增减变化对年径流的影响更小。1996年农业人口比1983年减少了1.79%,由此估计城镇居民生活用水对年径流变化影响也很小。排除工矿、灌溉及生活用水的因素之后,值得注意的是煤炭开采对地下水出流—即泉水的影响,据统计,目前水库上游4县年产煤炭764×104t、焦炭73.6×104t,合计837.6×104t。而在1970年以前,由于当时的政策所限,小煤矿的产量几乎为零。还需进一步研究加以证实。

2.2水量减少加剧了水质恶化结合

历年监测结果看,尽管汾河水库水质较好,大部分为Ⅱ类、Ⅲ类水,但汾河上游干流和支流污染形势严峻,水环境持续恶化,特别是寨上断面以下。2015年太原市呼延水厂检测结果表明,引黄水氨氮增高。水利部门组织对汾河上游的检测结果也显示,不达标水质占到60%。城镇生活和工业污水未经相关处理排放和生活垃圾、农药化肥是造成水污染的主要原因。主要污染来源是城镇生活,其次为煤炭、电力、冶金和化工等。造成汾河上游水环境迅速变坏的重要因素有:污水排放量的增长、河川径流量减少甚至断流。例如位于上、中游分界处的兰村水文站,自1961年6月上游汾河水库竣工蓄水后,最小月平均流量的平均值减少了41.43%,多年来大多数时段处于河干状态,其下游河水已缺乏最起码的自净能力。河流水资源的开发利用存在一个合理的阈值,国际上公认的地表水合理开发率为30%,根据估算山西省各主要河流水资源的允许开发利用率是39%左右。其余部分用来维持河流系统生态、环境功能发挥的需要。长期超限用水,不仅直接导致河流水资源数量减少,地下水补给不足,河流生态系统退化,物种多样性降低;还间接影响到河流的自净能力,加重了原有的水环境污染[2]。据估测,当汾河水库以下河水流量为河水流量达到15m3/s时,古交钢铁厂以上属尚清洁级。影响河流水质的主要污染物是酚,它在整个河段起作用;其次是氰,它在古钢以下河段起作用。如将酚、氰全部得到治理,在Q=0.5m3/s的情况下,全部河段均可达到清洁级或尚清洁级。由于酚、氰具有降解作用,即使污水处理厂按二级处理,即酚、氰不加治理,只要保证河水流量Q>0.5m3/s,则上兰村断面河水的水质不会劣于尚清洁级。引文由此可见,流量大小对水质好坏起着十分关键的作用。由于气候变化等自然因素以及长期以来人类对水资源的无节制开发,汾河上游的水资源危机呈现出水质型缺水与水量型缺水共存的特点,且相互影响、促进。水资源数量缺口增大,水文情势不容乐观。

3汾河上游水资源和水环境恢复对策

通过数据分析得出,汾河上游水危机的特点为:水质型缺水、水环境恶化和水量型缺水。河流水资源是国际公认的地区水资源的表征,在水循环过程中与地下水、大气水和土壤水密切联系、相互转换。汾河上游地处黄土高原,地貌特征千沟万壑,地表河流虽众多,但多为季节性河流,水资源开发利用程度悬殊。其水平衡的突出特点是,一旦地表水在短时期内被大量开发,势必会影响地下水的资源量。因此在水资源和水环境恢复策略的采取上不同于其他地区,应首先从地表水资源的恢复入手,控制河流水资源利用率,预留足够的生态环境用水。具体做法可从以下几个方面进行。

3.1控制河流水资源使用量,转变水资源开发方式

作为太原都市圈的主要水源地,汾河上游水资源与水环境质量是制约与胁迫当地经济社会持续发展的重大瓶颈之一,由于水资源开发方式长期落后,导致水环境情况与经济社会发展对水环境的需求之间存在显著矛盾。水资源的开发利用方式和程度,对所在区域的生态环境具有重要影响。目前汾河上游水资源的开发利用率已经超过了其合理的阈值,通过节水和治污等措施来缓解水资源开发利用程度。长期以来对汾河上游水资源的过度开发利用,造成河流自净能力降低,影响地下水补给,同时由于水资源的过度利用造成的河水污染对沿河两岸的地下水形成了间接污染。水资源的永续利用和其开发利用与生态环境的协调发展是汾河上游水资源可持续开发利用的重要方式。这就要求在开发过程中:首先,传统的水资源开发模式必须改变,河川径流的开发利用率不能超过允许的最大限度,以维持良好的生态环境。汾河上游,应至少预留60%~65%的生态环境需水量用来满足河流系统冲沙、排盐、稀释降解污染物、维持河流生态系统的平衡。第二,在今后相当长时期内做到水资源消耗量的负增长,朝着恢复径流良性循环的方向前进,逐步把总用水量压低到允许限度以下,然后再保持零增长状态[5]。以日本和美国两个发达国家为例,两国的总提水量,都已经做到了零增长,而且美国自1980年以来每年增加人口150~200万人,工农业生产也以3%左右的速度增长,这就表明:水资源的合理利用与经济增长之间并无根本矛盾,问题的关键在于开发利用率必须不能超过了最大限度。

3.2加强污染控制和监测,研究污水资源化的科学途径

在汾河上游干流和各主要支流进一步完善监测体系,加强对污染物排放敏感区域重点排放口的动态监测,优化监测站网结构,实施多次动态自动化监控,反映水质在时间和空间的动态演变规律,为科学有效的治污提供依据。尤其是对一些新的污染源头必须加大其监督与管理力度(如在2006年汾河上游干支流26个排污口的监测过程中发现的岚县金龙化工厂,其氨氮、氟化物、化学需氧量、阴离子表面活性剂、石油类、铜严重超标。最大超标物为氨氮的166.3倍,由于离汾河水库较近,河流单依赖自净作用很难消除对汾河水库的影响)。同时,提升执法力度,进行流域合理规划,控制河流污染物排放量。落实环保法律法规,对于违法企业进行处理。保护汾河流域上游水源,确保中下游城镇居民饮用水安全。污水作为一种可利用的资源,对其进行资源化是水环境修复的重要措施。污水利用也是应对水环境危机的方式之一。目前,太原每天向汾河排放54万t污水,占全太原市污水排放量的85.7%,如能尽量加以处理回用,一方面可以大大降低河流以及土壤的污染,保护河流两岸生态环境,另一方面能够增加中水(再生水),用于农业灌溉和城市生活用水(以色列有些废污水经处理后,甚至可以饮用)。目前汾河上游宁武、岚县、静乐、娄烦均有污水处理厂规划建设,政府应加强资金和技术支持,确保其正常运营。

3.3发展环境友好型流域经济社会发展模式

调整产业结构,研究以水环境承载力为基础的环境友好型流域经济社会发展模式。针对水环境恢复为目的进行产业结构调整,在汾河上游这一水资源缺乏的地区停止兴建高耗水、高水污染企业(如火电站、洗煤厂和炼焦厂等)。同时,以水环境承载力研究为基础,应用循环经济、资源节约型和环境友好型理念,研究有利于汾河上游水环境质量改善的产业结构改造与优化布局方案,提出适度的人口规模和经济社会发展速度;研究倡导建设环境友好型的水环境质量改善为目的的社会经济发展调控方案;研究建立一套适合汾河上游实际情况的行之有效的产业准入、技术选择与升级的评价指标体系和评价技术方法,使其符合“低投入、低消耗、低排放和高效益”要求;研究建立健全以水环境保护为核心的政绩考核制度和公众参与制度,促进科学用水意识普及,改变生活方式,升级、转型区域内产业结构,发展低耗水企业(如煤层气开采、液化、煤炼技术油等),这种结构性的转变需要较长时间的过渡期,应尽快抓紧决策,否则将面临更加被动的局面。

参考文献:

[1]任世芳,赵淑贞.汾河水库上游年径流量演变趋势[J].人民黄河,2012(3):17~19.

[2]任世芳,王尚义.汾河流域生态环境需水与水资源安全问题研究[J].太原师范学院学报,2010.

[3]任世芳.山西河流水资源安全研究[M].北京:气象出版社,2008.

[4]李英明,潘军峰.山西河流[M].北京:科学出版社,2004.

[5]赵淑贞,任伯平.关于淡水资源的可持续开发模式[J].技术经济与管理研究,1996(6):23~25.

作者:刘小兵;王云飞 单位:太原师范学院

上游水资源危机特点及水环境恢复对策责任编辑:张雨    阅读:人次
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