汾河流域生态环境现状及原因分析

2016-04-07陈刚

山西水利 2016年10期

关键词：断流汾河径流量

陈刚

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

汾河流域生态环境现状及原因分析

陈刚

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

分析了汾河流域生态环境现状存在的主要问题及原因，对指导和合理规划汾河流域生态修复提供了基本的出发点和任务依据，具有现实指导意义。

生态环境；水土流失；污染；汾河流域

1 汾河流域生态环境存在问题及原因

1.1 水资源过度开发利用，大量挤占生态用水

汾河流域水资源总量31.9亿m3（1956—2013年），占全省的26%，而河川天然径流量仅19.0亿m3，占全省年径流量的20%，人均年径流量136m3，仅占全国人均径流量的6.6%。但全省最好的土地资源5大盆地汾河流域就有2个，因此，占全省26%的水资源却承担全省38%的灌溉面积和39%人口的供水任务。据统计资料显示，1992年流域地表水供水量已达14.8亿m3，地表水开发利用率高达78.9%。随着国民经济的快速发展，到2003年万家寨引黄工程南干线通水前，流域水资源开发利用率高达147%。根据流域1992—2013年统计分析，多年平均供水量25.6亿m3，而水资源总量仅24.8亿m3，扣除外调水，流域水资源开发利用率高达100%，按水资源合理的开发利用率40%考虑，国民经济发展用水挤占生态环境水量12.4亿m3。

万家寨引黄工程南干线通水后，太原盆地的供水矛盾逐步缓解，到2010年后随着引沁入汾工程和禹门口东扩工程的实施，临汾盆地供水矛盾逐渐缓解，2012年随着外调水的增加和地下水压采，流域水资源开发利用率逐渐低于80%。

1.2 地下水严重超采，水位大幅下降

由于地表径流不能满足经济社会发展的要求，20世纪80年代以后，在2012年之前的40余年中，太原盆地地下水位埋深由20世纪80年代初的7.6m下降至2012年的89m，下降幅度达81.4m；临汾盆地地下水位埋深由13.8m下降至81.9m，下降幅度达68.1m。其主要因素体现在以下方面。

1.2.1 地下水开采量增加

20世纪80年代前，流域地下水年开采量约4.8亿m3。 80年代以后，随着国民经济的发展，用水需求不断增大，地下水开采量加大，1995年年开采量达到17亿m3，当年超采约6亿m3，累计超采地下水量76亿m3。汾河流域集中了山西省的主要城市，由于城市大量抽取地下水，在城市建成区及周边形成了地下水超采漏斗，据调查，流域内超采区面积6763km2，占流域盆地平川区的66%，严重超采区开采系数高达2.06。

1.2.2 大规模煤炭开采对地下水造成破坏

根据《山西省第二次水资源评价》成果，每开采1t煤破坏的水资源量为2.48m3。2012年流域内煤炭开采量为2亿t，对水资源的影响在4亿～6亿m3之间。同时由于采煤带来一系列的地质灾害，如地面沉降导致房屋倾倒或裂缝等。

1.2.3 河道防洪堤防工程大面积压缩河道宽度

汾河宽度由历史上的2～3km压缩至250～300m，将历史上的水域、湿地变为良田，大幅度减少了河流对地下水的补给面积和补给量。由于河道缩窄，河道两岸的滩涂地被大量开发、利用，导致两侧的水域湿地面积不足，水生态严重破坏，具体表现为河滨植被、河流植物的大面积减少，微生态环境的生物多样性降低，鱼类的产卵条件发生变化，鸟类、两栖动物和昆虫的栖息地改变或避难所消失，造成物种的数量减少和某些物种的消亡。

1.2.4 岩溶泉破坏严重，泉水流量衰减甚至干枯

一是泉水流量衰减严重，区域岩溶水位持续下降。由于经济社会用水增长迅速，岩溶泉逐渐成为区域城市生活和工农业的重要水源，大部分岩溶大泉的开发方式由泉口提引水转为水井开采为主。这一不合理的开发方式导致1988年兰村泉断流，1994年晋祠泉断流，1999年古堆泉断流，洪山泉濒临断流，近10年泉水流量衰减比较严重的为郭庄泉。岩溶地下水位区域性持续下降，年下降速度一般为1～2m，个别泉域甚至达到2.5m以上。目前，兰村泉泉口水位埋深达35m，古堆泉泉口水位埋深达50m。

二是泉域水环境进一步恶化。由于采矿排水严重污染地下水，导致泉域地质灾害和水环境进一步恶化。受采煤破坏比较严重的岩溶大泉有晋祠泉、洪山泉、郭庄泉。随着工业化和城镇化进程加快，生产、生活废污水排放量增大，且不达标排放普遍存在，一些工业企业利用渗坑渗井和缝隙排放废水甚至打井排污；农业灌溉使用城市污水、过量使用化肥农药等污染因素逐渐增多。污染源的不断增加，使岩溶地下水污染日趋严重。目前，全流域8个岩溶大泉中仅雷鸣寺泉、兰村泉、霍泉为Ⅱ类水质，其他泉域为Ⅲ～Ⅳ类水，岩溶地下水质保护刻不容缓。

三是泉源区环境破坏严重。全流域岩溶大泉中有很多泉群泉组曾是历代游览胜地，著名的有晋祠泉、兰村泉、霍泉，泉水断流和干涸使得许多泉源区景观不复存在；泉源区分布的厂矿企业、宾馆、娱乐设施等不仅破坏了泉源区的自然景观，由此产生的生产生活废弃物更是极大地破坏了泉源区环境卫生；对泉水不合理的开发利用，如掩盖泉口取水、泉源区打井取水等行为不仅人为扼杀了泉水的生态、景观、旅游功能，更使污染水体向开采漏斗内倒灌污染地下水；泉口周围及泉域灰岩裸露带的点面污染源及补给渗漏段地表水污染造成岩溶泉水的污染，致使岩溶泉水水质恶化，郭庄泉、龙子祠泉等均有水质污染恶化的现象。

1.3 地表径流量不断减少，汾河中下游河道断流

根据汾河干流水文站实测资料，1985—2011年间，该段枯水段汾河干流出现断流现象，断流主要发生在兰村以下的中下游河段，以中游河段断流发生最为频繁。从兰村水文站到义棠水文站160km的河道在非灌溉引水期基本处于断流状态，河道内仅有少量污水。兰村水文站2001年断流天数一直在250d以上，最多一年断流天数达278d。汾河二坝和义棠水文站的断流天数也超过了140d。直到2008年实施万家寨引黄南干线工程调水1.0亿～1.5亿m3补充河道基流才实现了汾河干流不断流。

汾河断流不但有人类活动因素也有自然枯水因素。人为因素主要是大规模开发地表水和岩溶泉域的岩溶水，尤其是中游段太原市对兰泉村和晋祠泉的大量开发。地表水过度开发利用是河道断流的一个主要原因，流域1998—2002年地表径流基本上被开发，地表水开发利用率达90%以上。

流域内有雷鸣寺泉、兰村泉、晋祠泉、洪山泉、郭庄泉、霍泉、龙子祠泉和古堆泉等8处岩溶大泉，这8处大泉的泉域面积达到15122km2，占全流域面积的38.3%，泉水流量在20世纪60年代之前为28.7m3/s，合年径流量9亿m3。从20世纪70年代开始，随着经济的发展，大量开采地下水，尤其是岩溶水，导致地下水位大幅下降，8处岩溶大泉自然出流量严重衰减，目前流量仅8.7m3/s，减少了70%，其中中游段的晋祠泉、兰村泉、下游的古堆泉三处泉水断流，中游的洪山泉接近断流，这些泉水的断流，是河道断流的直接原因。

根据汾河流域1956—2013年降水的差积曲线和天然径流10年滑动平均线来看，流域1985年以来处于枯水段，尤其是1994—2008年这15年为特枯年份，平均降水量仅473.1mm，1997年仅309.4mm。2009年后流域降水量逐渐增加，2011年降水量高达627.3mm，径流随着降水的增加而逐渐恢复。

综上所述，汾河流域1956—2013年平均降雨量为507mm，平均地表径流量为19.0亿m3。

地表径流量的减少有降雨因素，也有地表产流条件（下垫面）变化的因素。与1956—1979年系列相比，1980—2000年系列降水量减少9.8%，地表径流量每年减少9.1亿m3，其中受降水因素减少影响4.1亿m3，占45%，受地表产流条件影响5亿m3，占55%。2001—2013年地表径流量和1956—1979年相比，降水量减少2.6%，径流量减少13.2亿m3，其中受降水因素减少影响1.4亿m3，占11%，受地表产流条件影响11.8亿m3，占89%。

1.4 盆地平川区水域面积不断萎缩

汾河流域水库、湖泊形成的水域面积现有104km2，其中142座大中小型水库面积近100km2，天然湖泊面积约5km2；除水库、湖泊外，汾河干流河道占地面积180km2，但60%的河道面积每年只在汛期短期过流，过流时间一般不超过20d。即使如此，以上水库与干流河道的面积最大不超过300km2，仅占流域总面积的0.75%，加上各支流占地面积约600km2，占比不到2%，远低于历史时期的湖泊面积。

水域减少除历史原因外，另一重要因素是从20世纪70年代开始的汾河治理，受当时治河理念的影响，在治理中一直把防洪保安和河滩地开发放在首要位置，汾河干流河道渠化严重，使原本属于河道的大量滩涂、水域被开发成农田，包含支流在内，流域内占用的水域面积超过400km2；仅太原、临汾两大盆地在汾河干流上开发利用滩涂地就达340km2，其中：晋中66.7km2，临汾143km2，运城133.4km2；汾河干流河宽由原来的2～3km缩窄到现在的250～300m。盆地内水域面积大幅减少，严重减弱了河流的蓄滞洪水能力，降低了河流对地下水的补给功能。

1.5 水土流失严重，河流污染突出

汾河流域现有森林面积仅6180km2，森林覆盖率仅15.7%，高郁闭度森林覆盖率更低，而森林的林冠和凋落物的双层截留将延迟和改变径流的产汇流过程，凋落物和林区土壤的持水和蓄水增加基流量。汾河流域内除几大林区和自然保护区植被覆盖率达70%外，大部分“四荒地”植被覆盖率低于40%，以黄土为主的覆盖层又具有崩解性强、抗蚀力差的特点，水土流失面积仍然较大，目前还有1.64万km2的水土流失面积没有得到有效治理。流域内除山区和丘陵区有森林分布外，大部分为农业耕作区，坡耕地比例大，局部地区存在山洪灾害。

2012年汾河流域城乡生活和工业用水量10.4亿m3，由此产生的城市废污水量3.9亿m3。废污水中，COD入河量11.7万t，为汾河纳污能力3.4万t的3.4倍；氨氮入河量1.44万t，为纳污能力0.15万t的9.6倍。入河废污水量中，太原市占62%，晋中市占13.9%，临汾市占12.2%，其他行政区所占比例都小于10%。进入汾河的污水量，又被引入汾河两岸进行灌溉，污染土壤及地下水。此外，支流河道内倾倒的垃圾，也加重了河流污染。河道断流、水质污染，使汾河流域水生态遭到极大破坏，主要污染河段分布在太原以下的中下游段。