河北省河流演变过程分析及治理对策研究

2009-10-23张彦增蒋勇杰乔光建

南水北调与水利科技 2009年5期

张彦增　蒋勇杰　乔光建

摘要:河北省河流众多,随着水资源开发利用程度的提高,导致该区内多数河流失去河流的自然功能。通过对河北省流域内河流自然功能现状调查和评价,由于河流水资源不足和水环境污染引起一系列生态环境问题,人类活动对河流自然功能的影响显著,大部分河流自然功能减弱甚至丧失。最后提出保护河流自然功能的措施和建议,为今后恢复和保护河流自然功能提供科学依据。

关键词:河流系统;河道自然功能评价;演变过程;河北省

中图分类号:P333;TV211.11文献标识码:A 文章编号:1672-1683(2009)05-0087-05

Analysis of the River Evolution and Countermeasures of Hebei Province

ZHANG Yan-zeng1,JIANG Yong-jie2,QIAO Guang-jian3

(1.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hengshui City,Hengshui 053000,China;2.The South-to-North Water DiversionProject Office of Henan Province,Zhengzhou 450003,China;3.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Xingtai City,Xingtai 054000,China)

Abstract: Hebei Province is a region with a number of rivers. The increase of water resources utilization led most rivers to lose the natural functions of rivers. According to the survey and evaluation to the status quo of the river natural functions in the basin of Hebei, there are a series of eco-environmental problems because of the shortage of water resources and water pollution. It is obvious that human activities influenced the natural functions of rivers, the natural function of most rivers weakened and even lost. The paper puts forward some measures to protect the natural functions of rivers for the restoration and protection of the functions to provide scientific basis in the future.

Key words: river system;evaluation of the natural functioning of the river;the process of the evolution;Hebei Province

河流的自然资源及功能是流域人类文明发展和社会经济发展的基本条件,河流系统在维系地球的水循环,能量平衡,气候变化和生态发展中具有极其重要的作用。同时,人类社会的发展、人类社会文明的形成,都与河流流域有密切关系。人类在发展过程中充分利用河流自然资源的同时,也对河流自然资源和功能带来了各种影响,造成严重的生态问题。因此,必须充分研究河流的自然功能和作用,在保护河流水资源的同时,要保护河流的自然功能,以保证河流生命的健康及沿岸带的自然环境和社会经济的可持续发展。

1 河北省河流基本概况及特点

按照河川径流循环形式,河北省河流可分为直接入海的外河流及内陆河两大系统。海河、滦河、辽河属于外河流,安固里河属于内陆河。

滦河及冀东沿海诸河地处河北省东北部,在河北省内的流域面积4 587 km²,占全省总面积的24.4%。滦河发源于承德市丰宁县,上游称闪电河,流经坝上及内蒙古高原、燕山山地、冀东平原,于乐亭县流入渤海。滦河水系支流繁多,较大的支流有小滦河、兴州河、伊逊河、老牛河、青龙河等。冀东沿海诸河,源短流急,集水面积较小,且独立入海,主要河流有石河、洋河、陡河等。

海河流域由潮白蓟运河、北运河、永定河、大清河、子牙河、漳卫南运河6大水系构成,在河北省境内流域面积125 754 km²,由南到北呈扇形分布。各水系汇集于天津市附近注入渤海。

潮白蓟运河由潮白河和蓟运河组成,潮白河上游分为潮河和白河两大支流,经永定河入海。蓟运河上游分泃河和州河两支,于九王庄汇合后由天津市下行至北塘入海。

永定河发源于山西、内蒙古,流经河北、北京和天津,流域面积较大。上游有桑干河、洋河两大支流。下游于1970年开挖永定新河,遇有特大洪水,可承担80%左右的洪量汇入渤海,其他由北运河分流。

大清河位于河北省中部,由南北两支组成。北支有小清河、琉璃河、拒马河、易水河等,南支有磁河、沙河、唐河、瀑河、漕河等。南北两支汇入东淀后至第六堡附近与子牙河相汇,经独流减河或海河入海。

子牙河水系分为滹沱河、滏阳河两大支流,在献县汇合后称子牙河。滹沱河发源于山西省繁峙县境内,经代县、平原、沂县、五台等进入河北省平山县,出山口附近的干流上有岗南、黄壁庄两大水库控制。滏阳河支流繁多,绝大部分发源于河北省境内,各支流汇集于大陆泽、宁晋泊两滞洪区,经艾辛庄枢纽工程流入滏阳河、滏阳新河,再经献县枢纽工程入子牙河、子牙新河入海。

南运河位于河北省东南部,由漳河与卫河两支流组成。漳河、卫河在馆陶县徐万仓村附近汇合后至四女寺段称卫运河。四女寺以下又分为两条干流。东为漳卫新河支流入海;北为南运河经沧州入天津海河入海,期间还有捷地减河、马厂减河分洪入海。

徒骇马颊河位于卫运河东侧,在河北省的面积365 km²,而且该河以排泄汛期沥水为主。

辽河流域的支流英金河、老哈河及辽东沿海的大凌河分别发源于河北省围场、平泉和青龙县,在河北省境内4 413 km²,占全省面积的2.4%,为最小的外流河水系。

内陆河位于张家口坝上高原,流域面积11 656 km²。主要河流有安固里河、三台河、葫芦河、大清沟河等,其特点是河流短小,皆汇入当地星罗棋布的淖泊。其中,以安固里淖和察汗淖为最大,两者面积均为50 km²左右。

由于河流的发育及流经地区地质、地貌条件不同,河流在平面上排列的形状也不一样。流域上游支流众多,它们汇集成为中游的五大支流,下游归并成为一条宽度不大的海河干流入海,全水系形成一典型的扇状排列。河北省的大河一部分流经山区,一部分在平原。山区河道坡度陡峻,河谷深切,而河流出山后,河道坡度骤缓,水流缓慢,泥沙淤垫,于是不得不筑堤束水,汛期影响洪峰安全下泄。特别是河流由山区入平原时,多是由千米左右的高度,骤然下跌到海拔只有几米或几十米的平原上,山地和平原之间缺乏过渡地带,河床坡陡峻,冲刷力很大,增强了下游河床淤积,抬高河床,形成“地上河”,对防洪安全留有隐患。

2 天然状态下河北省河流的自然功能和作用

河流流域的水资源,地形地貌、土壤植被、水文地理,以及生物的多样性,均于河流的自然功能有密切的关系,形成了河流本身的生态系统,为两岸和其他生物提供了食物及生存环境和发展环境[1]。根据河北省地理地貌情况及河流的特点,在天然状态下河道主要自然功能有以下几个方面。

2.1 生态功能

河流是一个完整的连续体,上下游、左右岸构成一个完整的体系。河流的连通性和宽度构成了河流生态系统的重要结构特征。河流的生态功能包括:栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用和源汇功能等。

栖息地功能。栖息地是植物和动物(包括人类)能够正常的生活、生长、觅食、繁殖以及进行生命循环周期中其他重要组成部分的区域。栖息地为生物和生物群落提供生命所必需的一些要素。在河道范围内连通性的提高和宽度的增加通常会提高该河道作为栖息地的价值。

通道作用。是指河道系统可以作为能量、物质和生物流动的通路。河道由水体流动形成,又为收集和转运河水和沉积物服务。还有很多其他物质和生物群系通过该系统进行移动。

过滤和屏障作用。河道屏障作用是阻止能量、物质和生物运动的发生,即起到过滤器的作用,允许能量、物质和生物有选择地通过。河道作为过滤器和屏障作用,可以减少水体污染,最大程度地减少沉积物转移,常提供一个与土地利用、植物群落以及一些运动很少的野生动物之间的自然边界。

源汇作用。源作用是为其周围环境提供生物、能量和物质。汇的作用是不断地从周围环境吸收生物、能量和物质。

2.2 水资源功能

河流具有巨大的水量资源,为流域及其影响区域的生态、工农业生产及人类生活提供用水,是保证生态发展、社会经济发展和人类生活的最主要的物质基础。水资源丰富的河流不仅担负着向区域供水的任务,其水资源功能和作用还将通过径流拦蓄和跨区域调水,影响到其他的区域。

在天然状态下,地表水为下游和两岸提供生活用水和灌溉用水。在20世纪60年代,农业灌溉主要以地表水为主,地下水作为补充水源。根据河北省水资源评价结果,河北省多年平均地表水资源量120亿m³,而1956年-1959年平均地表水资源量为204.4亿m³;1960年-1969年平均地表水资源量为136.3 亿m³。天然状态下地表水资源量比平均值偏多70%和13%。

2.3 水流能量功能

河流的水流具有巨大的能量,河流水流的能量具有三种主要作用:一是水体与固体边界之间的作用提供能量;二是为河流的物质输送提供能量;三是可以利用水流的能量来发电,以满足经济建设和人类生活的需要。在自然的条件下,水流能量主要是用来改造地貌和进行物质输送的,如河北冲积平原,都是在水流能量的作用下形成的,这是一个漫长的历史过程。

水能发电就是用水的落差产生的能量,把水的势能和动能转变成电能一种既科学又环保的方法。河北省水利发电1980年的装机容量7.36万kW,年发电量8 226万 kW•h,到2000年的装机容量34.93万kW,年发电量4亿kW•h水能资源[2]。水能利用提高近5倍。

2.4 河流行洪及滞蓄洪水功能

河流是大陆水循环的主要通道,在径流输送的同时,河流的洪水灾害是最常见的自然现象。河流作为一个水体具有宣泄洪水、滞蓄洪水的功能。河道主要起行洪作用,而沿河的湖泊和洪泛区主要起滞蓄洪水作用,河流的河道和湖泊构成了洪水的调节系统。调节系统的作用是与河流洪水特性相适应的,对行洪、滞洪和蓄洪能力的任何改变,均会引起河流洪水特性的变化。蜿蜒曲折的自然河道,可减小洪峰对下游的威胁,降低洪峰的流速。

河道行洪和消减洪峰的作用,为洪水期间洪峰安全下泄,保证两岸安全发挥重要作用。以子牙河水系为例,该水系3条主要行洪河道总长578.8 km。滹沱河原设计防洪标准为1963年洪水,相当于50年一遇,设计流量黄壁庄水库至北中山为3 300 m³/s,北中山以下为3 000 m³/s;滏阳新河设计流量3 340 m³/s,校核流量6 700 m³/s,深槽过水流量250 m³/s;子牙新河是根治海河时新辟的子牙河系洪水主要入海通道,自献县枢纽起,至海口枢纽流入渤海,全长143.4 km。子牙新河河道为复式河床,为解决滹沱河、滏阳河同时发生50年一遇洪水,并经水库、洼淀滞蓄后下泄入海的要求,两堤间设计行洪能力为6 000 m³/s,校核行洪能力为9 000 m³/s。

蓄滞洪区是河北省防洪工程体系的重要组成部分,列入海河流域蓄滞洪区安全建设规划的有12处,设计总蓄滞面积6 800 km²,滞洪水量120亿m³。以子牙河水系为例,在“96•8”洪水中,永年洼、宁晋泊、大陆泽、献县滞洪区在消减洪峰、调节洪水发挥了重要作用。永年洼位于永年县旧城周围,面积16.0 km²,控制流域面积2 265 km²,主要承担滏阳河干流及团结渠的滞洪缓沥任务;宁晋泊大陆泽蓄滞洪区一般称滏阳河中游洼地蓄滞洪区,是整个海河流域防洪体系中遏制滏阳河水系洪水大面积泛滥的重要工程,对保护下游天津市、华北油田等重要设施至关重要。献县泛区位于滹沱河下游献县枢纽闸上,承纳滹沱河、滏阳河、滏阳新河洪沥水,主要作用是缓洪沉沙,设计滞洪水位16.0 m,相应蓄水量5.0亿m³。

2.5 纳污、排污功能和自净功能

由于河流有水量作为载体,可以溶解携带和输送化学物质和固体物质,在不危害河流生态的情况下,河流具有一定的纳污能力,同时由于水流的物理作用、化学作用及生物作用,河流本身具有很大的自净能力。由于工农业的发展和沿河城镇化进程的加快,河流的纳污和排污功能越来越重要。天然状态下,上游几乎没有污染源,河流水可直接饮用。

河流的自净作用,是水中污染物的浓度在流动的过程中自然减少的现象,这种现象的机制可分为三点。物理净化:通过污染物的稀释、扩散、沉淀等作用使浓度降低。化学净化:通过污染物的氧化、还原、吸附、凝聚等作用使浓度降低。生物净化:通过生物的作用使污染物浓度降低,特别是水中的异养微生物对有机物质的氧化分解在其中起主要的作用。受到污染的河流或其他水体,经过物理、化学和生物的作用,使排入水体的污染物的浓度随水体向下游流动而自然降低,重新使水体中的各项水质指标(如细菌、溶解氧、生化需氧量等)及河流生物群恢复正常的自然过程。 2.6 交通运输功能

由于河流中水流的水力学作用、地貌及水文要素的连续性、水文地理的网络特征,河流水系具有便利交通运输的功能。在公路铁路运输发展以前的时间内,内河航运一直是物质流通和人员交流的主要运输方式。

20世纪50年代,华北平原各河道水量充沛,川流不息,是河北省内河航运极盛时期。据河北省航运局统计[3],1949年-1960年河北省内河航运里程由2 043 km增加到3 523 km;货运量相应由163万t增至581万t;货运周转量由8 758万t•km增至25 047万t•km;航船由1949年木船74艘4 176 t发展到1960年的拖船35艘2 653 t和木船473艘35 725 t。主要航道有河南合沙镇经卫河、卫运河、古运河至天津;邯郸经滏阳河、子牙河至天津;保定经府河、白洋淀、大清河至天津;北运河从通县至天津。以上各河均可经海河干流由塘沽出海。

进入20世纪60年代,部分河段还能断续通航。70年代以来,由于地表水被大量开发利用,来水量减少,大部分河流相继断流。进入80年代以后全部停航。

2.7 对地下水的调节功能

在天然状态下,在枯水季节,河流水位低于地下水位,河道成为地下水排泄通道,地下水转化成地表水;在洪水期间,河流水位高于地下水位,河道中的地表水渗入地下补给地下水。在大的区域内,河流上游是地下水补给河水,而下游是河水补给地下水。1956年-1980年河北平原的地表水补给地下水多年平均值为16.98亿m³。而在非汛期,在降水量少、甚至没有降水的情况下,河道枯季径流大部分是地下水补给形成的。

3 人类活动对河流自然功能的影响

3.1 水资源开发利用对河流生态功能的影响

河流有巨大的水量资源,为工农业生产、城市生活用水和生态系统需水提供了保障。但从河流径流量本身来说,其自然功能是维系流域水循环和能量平衡,也是维持河流生态功能的必要条件。

河流生态系统服务功能,为人类提供的不仅仅是淡水、食品等各类产品,还有多方面重要服务功能,比如调节气候、减缓洪涝旱灾、维持生物多样性和保存基因库、有害生物控制及净化水质和大气等全方位的服务。生态系统服务功能依赖于河流生态系统的维持。一个健康的河流生态系统需要占据一定的空间的生境和生物群落多样性水平。一旦系统遭到外界因素的破坏,大自然无偿提供给我们的服务功能将下降,破坏程度达到某临界值时,服务功能甚至会丧失。

20世纪50年代,华北平原各河道水量比较充沛,是河北省内河航运极盛时期。进入60年代,各河还可断续通航;70年代由于水量少,则几乎全部停航;进入80年代,人们几乎忘却河北省曾经有过内河航运的历史。近年来,由于自产水量和入境水量明显减少,以及水资源的过度开发利用,河北省多数河流除个别丰水年汛期外,几乎常年无水,尤其京津以南平原河道几乎全部干涸。人们常用“有河皆干”形象描述河北平原河道已呈现的断流情况。

为了满足控制洪水和灌溉兴利的需要,河流的上中游地区是水利工程布置和修建的首选地区。随着这一地区水利工程的不断修建,河流的天然水文环境发生了极大变化,同时,上中游地区的引水条件变得十分有利,再加之水资源管理体制上的无约束,上中游地区的引水量急剧增加。因此,造成进入下游地区的水量越来越少,致使不少河流发生了断流甚至较长时期的断流现象,并由此而产生了一系列严重的生态问题。

1956年-1980年河北平原的地表水补给地下水多年平均值为16.98亿m³, 1980年-2000年河道渗漏补给地下水的资源量为8.69亿m³,补给量减少将近50%。随着地下水补给量减少,而且地下水地下水开采量大幅度增加,造成平原地区地面沉降、含水层疏干、咸淡水界面下移等一系列环境地质问题。

由于河北省主要河上游均建有大中型水库,造成下游平原河道长期断流。据京津以南17条主要河道情况统计,1980年-1997年各河河干天数为335 d[4],不但影响下游河道的径流条件,同时,常年断流,有河皆干,不仅使平原地区失去地表水源与地下水的补给源,而且干涸的河床成了风沙的源头,积留在河道内的垃圾与污染物也成了地下水的污染源。由于河道长期断流,河道内充斥的是排放的废污水,造成平原区“有河皆干,有水皆污”的局面。

河道干涸使水生生物失去了赖以生存的条件,物种几乎灭绝;大片土地受到干化和荒漠化威胁,沿海滩涂生态环境恶化;由于水的自然循环系统受到破坏,失去了补给地下水、输沙、排咸等作用,对沿线的生态环境造成恶劣影响。

3.2 污水排放对河流水质的影响

河流的水污染对河流生态系统和生态功能是灭绝性的破坏。污染严重的河流,河流的鱼类和其他水产品完全消失,而大量受到污染影响的河流鱼类和其他水产品的产量和质量急剧下降。同时,河流污染极大地破坏了河流的景观和旅游资源。

城镇的工业废水和生活污水,绝大部分未经处理直接排入河道,被污染的河水除直接蒸发渗漏外,大部分用于灌溉。使部分有害物质积累在土壤中,再通过降雨入渗,将积留在土壤中的有害污染物带入地下污染地下水质。污染的地表水要通过在含水层中一段距离的渗透,才能到达地下水面。在渗透过程中,地表水中所含的某些污染物通过岩层自净作用使其浓度逐渐降低。采用综合污染指数法对河北省各水系河道水质进行评价,河北省主要河流劣Ⅴ类水水质评价结果见表1。

通过对河北省各水系的水质水量综合评价,受到污染的河长(水质劣Ⅴ类)大于50%的有内陆河、子牙河和漳卫南运河,生活污水和工业废水排入河道,不仅污染地表水,使污染了的地表水又成为地下水的污染源。河流水质功能丧失,几乎成了排污河道。平原区河流中鱼虾绝迹,连青蛙也很少见到,水生动植物荡然无存,水生态环境破坏严重。在平原区,小学生只能在鱼缸里和养鱼池里看到鱼了,野生鱼类几乎不存在了,而其他水生动物和植物更看不到了。

3.3 人类活动对平原河道水量的影响

3.3.1 工农业用水量增大

由于生产生活用水量急剧增加,远远超过水资源的负担能力。20世纪50年代,河北省只有3 000万人口,全年用水量为40亿m³。当时河北自产地表水有235亿m³,外省流入100亿m³,有200多亿 m³的水常年在河道中流动,为河流、湿地提供了充足的水源。

现在,全省人口增长了一倍多,每年需要用水220亿m³,地表径流和地下水每年提供的仅有167亿m³,不足部分只有依靠超采地下水来补足。地下水严重超采导致地下水位迅速下降。按照规定,河川径流利用率不能超过30%,否则,会造成河流生态系统的严重破坏。而河北省的利用率是90%,致使全省400多条河流绝大部分干涸。

3.3.2 西部山区建设大量水利工程

由于人为的开发利用水资源的需要,西部山区利用有利地形修建了水库,而东部平原由于水资源严重不足,造成河道断流、河道生态环境逐渐退化。

在1950年-1964年期间,在河北省相继建成了官厅、岳城、黄壁庄等20多座大型水库和一大批中型水库。截止到2000年底,河北省境内有大型水库21座,总库容133.75亿m³,中型水库39座,总库容13.27亿m³,小型水库1050座,总库容8.46亿m³。除此之外,在河北省的上游省份也建设了大量的水库、闸坝导流蓄水工程。这些水利工程,一方面使区域间流域洪水从平原区转移到山区,拦截了平原河道的水源,造成平原地表水减少,是平原河流长期干涸的一个重要原因。

4 河流自然功能保护的必要性和修复措施

4.1 河流自然功能保护的必要性

河流的自然功能,造就流域的气候、地理地貌和生态系统,为区域生存繁殖及社会经济和文化发展提供最有利的条件和生存空间,河流自然功能的破坏,必将严重影响河流流域的气候和生态条件,恶化人类的生存环境,造成严重的灾害。要改变传统的水资源保护的概念,保护河流的自然功能,河流自然功能的开发利用必须是有限度的、科学的、合理的。在开发利用河流的同时,必须保护河流的自然功能,使河流在为人类服务的同时,能保持河流生命健康及生态系统的稳定和安全。

4.2 河流自然资源保护的非工程措施

影响河流自然功能的主要因素均为人类活动造成的。要保护河流自然功能,首先是建立自然功能保护的观念,在经济高度发展的今天,人们决不能为了眼前的利益开发利用河流的自然资源和自然功能,对河流的智力开发首先要考虑河流的自然功能保护和生态保护。

在河流的水资源和水能资源的开发中,必须提出河流的自然功能的保护问题。随着社会经济的发展,河流的用水量还会继续增加,必须在保证河流的自然功能不受破坏的条件下开发利用。

采取强有力的措施限制对河流的污水排放,防止河流水质恶化,以保证河流的生命安全。

建立河流自然功能保护的法律和法规,在河流流域水利规划和水利工程建设中体现人与自然和谐的理念。

河流上的任何工程的规划必须进行河流系统的自然功能影响评估,避免工程对河流系统的自然功能造成重大影响,以确保河流的生命健康。

4.3 河流自然功能保护工程措施

在北方地区,降水量年内分配集中,加之近年来降水量偏少,要保证河流生态用水,必须利用汛期洪水水量作为水源,因此,要有计划地建设一些生态水库,在汛期把雨洪水量拦蓄起来,平时调节放水,以保证下游生态环境用水要求。该水库主要以防洪和保证生态环境用水为主。

从工程上涉及山区水土保持、水库工程和沿河提水工程,在用水、调水、供水分配方面,要遵循生态效益最大化原则。山区蓄水工程,水库调水、供水应考虑下游河道生态环境用水。洪水资源化作为生态恢复的一项重要措施,把生态用水纳入水库供、需水量规划方案中,统一安排,优先考虑。

参考文献:

[1] 夏自强,常晓辉,张原峰,等.河流自然功能的利用和保护[A].河流生态修复技术探讨会论文集[C].北京:中国水利水电出版社,2005.

[2] 李喜增.关于河北省水能资源管理工作的总结汇报[J].中国水能及电气化,2008,(1).