嘉陵江(南充段)开发利用现状与保护对策

王西琴，张馨月，常 明

(中国人民大学 农业与农村发展学院， 北京 100872)

长江流域是我国横贯东西的“黄金水道”,是珍稀水生生物的天然宝库,长江为全国超过40%的人口提供水源,是我国重要的战略水源地。当前“共抓大保护,不搞大开发”已经成为长江流域的发展战略,对于长江流域及其支流提出了严峻的挑战。嘉陵江是长江上游重要支流,是长江重要的生态保护屏障之一,也是南充市和重庆市重要的供水水源,承担着南充市700多万人口、2 200多万头牲畜的供水，同时是重庆市一半以上人口的供水水源。近年来,随着经济社会系统对水资源需求量的增加,嘉陵江开发与保护之间的矛盾日益显现,逐渐引起学者和各级政府部门的关注。已有学者开展了相关研究。一是对水质问题的研究,对2000—2004年嘉陵江水质变化趋势的研究认为,氨氮、化学需氧量、高锰酸盐、大肠杆菌、石油等出现超标现象[1],2008年除了上述指标外,嘉陵江南充段、重庆段超标污染物增加了总氮指标,认为其主要原因是嘉陵江流域农村地域广、村镇密集、人口密度高等造成[2];二是从宏观角度研究嘉陵江水资源保护问题[3],如有学者研究嘉陵江(甘肃段)由于水资源过度利用而引发的水生态问题[4]；三是对嘉陵江水生生物的研究,特别是对嘉陵江干流鱼类的研究,认为鱼类的数量和种类有减少的趋势,鱼类物种多样性分布规律与水生态环境密切相关[5]。综上,嘉陵江水资源和水质的问题已经引起高度重视,作为一级支流中流域面积最大的支流,其水资源的开发利用对于长江的保护具有举足轻重的意义。本文结合已有研究成果,以嘉陵江(南充段)(以下简称嘉陵江)为例,从水资源开发利用角度,分析水量、水质、河流纵向连通性、剩余水环境容量和鱼类等存在的主要问题,并提出相应的对策。以期为嘉陵江的保护与开发提供依据。

1 概 况

嘉陵江发源于秦岭南麓,流经陕西、甘肃、四川、重庆三省一市,在重庆朝天门汇入长江,全长3 166km,落差2 300m,依据流域内不同河段的地形、地势等因素,嘉陵江干流在昭化以上为上游,昭化至合川段为中游,合川至重庆为下游。流域面积约16万km2,在长江支流中流域面积位居第一,河流长度仅次于雅砻江位居第二。流域大部分地区属于亚热带季风气候,年平均降水量774.8mm,水量较为充沛。南充段共有25条一级支流汇入干流,构成网状水系,平均每3.35km2有1km长的河流,且河流弯曲,南充段河流直线距离仅200km,河道总长度620km。青居镇从北到南400m的河段,河流弯曲程度359°,自古有“九曲回肠”之称,其中青居曲流的封闭率为0.98,是世界上封闭率最高的河段之一,弯曲系数达42.75,仅次于世界著名的巴西茹鲁阿河帕特罗波利斯的47.67。网状水系以及蜿蜒曲直的河流形态,为水生生物繁殖、栖息提供了良好的条件,孕育着丰富的珍稀、保护鱼类。1976年嘉陵江全水系的鱼类资源及渔业调查结果显示,嘉陵江干流鱼类种群总数约147种,分属于7目18科,主要保护鱼类有白鲟、鳗鲡、胭脂鱼、多鳞白甲鱼和大鲵等,分别为国家一级和二级保护鱼类。

2 嘉陵江水资源开发利用现状

2.1 水资源开发利用率接近阈值

嘉陵江水资源开发利用率呈现上升趋势,由2012年的17.5%增加至2016年的54.41%。根据水质与水量相结合方法[6]估算嘉陵江水资源开发利用率,在现有的水资源利用效率条件下,其水资源开发利用率阈值为35.63%,以此衡量,2012—2016年,水资源开发利用率逐步接近其阈值,并在2016年超出水资源开发利用阈值约18.78%(图1)。

图1 嘉陵江现状水资源开发利用率与阈值Fig.1 Current utilization rate and threshold of water resources development in Jialing River

2.2 水环境容量剩余量较低

嘉陵江干流自产水量低,但过境水量大,过境水量是自产水量的5.7倍,南充嘉陵江流域控制单元的三种污染物的水环境容量剩余量分别是:化学需氧量、氨氮、总磷为15.37%，5.67%，5.75%(表1),其中氨氮、总磷的环境容量接近水环境容量。上游金溪控制单元、下游烈面控制单元环境容量剩余比例分别为:化学需氧量依次为18.79%，12.62%,氨氮依次为9.61%，3.03%,总磷依次为12.21%，0.32%,呈现下游环境容量利用率高于上游的特征。说明嘉陵江干流在经过南充段后,对于环境容量的利用率分别提高了16.2%，53.2%，96.8%,特别是总磷的提高尤为明显。因此,南充市未来主要控制的污染物指标依次为总磷、氨氮、化学需氧量。

表1 嘉陵江剩余水环境容量比例

Tab.1 Proportion of remaining water environment capacity in Jialing River

控制单元剩余水环境容量所占比例/%化学需氧量氨氮总磷 金溪控制单元18.799.6112.21 烈面控制单元12.623.030.32 南充市嘉陵江流域15.375.675.75

流域内9个行政单元剩余水环境容量呈现区域差异特征,化学需氧量的剩余容量比例介于12.43%～18.96%,氨氮的剩余比例介于3.01%～9.73%,总磷的剩余比例为0%～13.33%。其中顺庆区、高坪区、营山县等总磷环境容量利用率达到100%,嘉陵区、西充县、蓬安县等也接近100%,氨氮环境容量利用率96%以上的有顺庆区、高坪区、仪陇县、营山县等。基本呈现越往下游环境容量利用率越高的特征。

2.3 干流水质下降,支流水质超标

由于水环境容量利用率开始出现接近100%,部分地区总磷环境容量剩余为0,因此,嘉陵江干流近年水质状况不容乐观。“九五”和“十五”期间对于干流水质的监测表明其水质已经出现“轻污染”,近年的监测数据显示,主要的超标污染物为总氮等。

出境断面未被列入水质参考评价的污染物指标,如粪大肠菌群浓度较高,单个粪大肠菌群指标超标由2011年的超出Ⅱ类水0.58倍增长至2016年的20倍以上,该指标的水质标准由2011年的Ⅳ类水退化为2016年的劣Ⅴ类水质。以总氮为评价指标的支流水质为Ⅳ类的占50%以上,以粪大肠菌群为指标的支流水质为Ⅴ类的占60%以上。

嘉陵江干流水质下降趋势明显,水功能区达标率出现不稳定现象,特别是支流水质问题十分严重,嘉陵江干流与支流的水质问题应引起高度重视。

2.4 渔业产值呈现波动变化趋势

嘉陵江河道内水量在发挥重要生态功能的同时,具有重要的渔业经济价值。20世纪80年代,嘉陵江鱼类的产量和种类都居于全川主要江河的首位,年产量275万kg(1976年资料)[7],其中,嘉陵江鱼类产量120万kg,渔业产值在农业产值的占比变化趋势看出,嘉陵江渔业产值从1993年到2016年呈现先上升后缓慢下降到趋于平稳变化状态(图2)。2006年渔业产值占比最高达到4%,2016年渔业产值17.6亿元,占南充市农业产值的3%,同期全国渔业产值总产值的1.6%。渔业产值比例的变化趋势说明,一方面由于水质退化影响到鱼类的生存环境,进而影响渔业经济价值;另一方面由于经济鱼类的人工养殖对水资源造成一定程度的污染,在政策上限制了经济渔业的进一步扩大。

图2 南充市渔业产值占农林牧渔业总产值比例变化趋势Fig.2 The trend of fishery output value as a percentage of total agricultural output valuein Nanchong City

已有研究表明,合理的鱼类放养量有改善水质的作用,合理控制鱼类养殖密度,“以渔养水,依渔发展”。以期实现改善河道水质,维护水资源生态平衡的最初目标。根据国务院办公厅2018年10月发布的《关于加强长江水生生物保护的意见》指出,要求推进水产健康养殖,实现以鱼控草、以鱼抑藻、以鱼净水,修复水生生态环境,嘉陵江渔业的发展应该以其环境承载力为上限,适度发展鱼类养殖。

2.5 水工建筑物对河流纵向连通性干扰程度高

对于自然、未受干扰的河流生态系统,由源头集水区的第一级河流起,以下流经第二、三、四等级河流流域,形成一个连续的、流动的、独特而完整的生态系统,尽管自身的初级生产力所占比例仅为1%～2%[8],但它在整个流域生态系统中起着举足轻重的作用[9],即河流连续性概念(简称RCC),RCC的提出,警示人类活动在纵向连通上的干扰不仅影响河流本身,而且影响到整个流域生态系统。

河流纵向连通是其能量及营养物质的传递、鱼类等生物物种迁徙的基本条件。嘉陵江落差2 300m,水能蕴藏丰富,属于梯级水电枢纽开发潜力较大的河流。截至2017年年底,嘉陵江(南充段)有10座水电站,分别是苍溪电站、沙溪电站、金银台电站、红岩子电站、新政电站、金溪电站、马回电站、凤仪电站、小龙门电站和青居电站等。大中型水库共有8座,其中大型水库升钟水库,2016年末蓄水量达8.23×108m3,在四川省乃至整个西南地区的灌溉和水利发电等方面发挥着重要作用,其他7座中型水库,分别为红旗水库、幸福水库、思德水库、八尔滩水库、大深沟水库、石滩水库和磨尔滩水库等。这些水电站和水库在发挥重要的经济社会价值的同时,对河流的纵向联通性带来了严重影响。平均每隔16km就分布有一座水电站或水库,按照河流纵向连续性指数进行评价[8],嘉陵江南充段纵向连通性指数为0.32,在5个评价等级中属于差等级。密集的水建筑工程影响河流水生生物的正常繁殖和生存。随着人类对水资源开发利用程度加重,特别是河道人工建筑物的增加,破坏了水生生物正常的栖息地环境、洄游通道等,使得嘉陵江流域水生生物多样性下降,以鱼类为例,2016年嘉陵江干流鱼类减少为126种,相比80年代减少了21种,意味着每隔1～2年减少1种鱼类。

2.6 重要的水运航道

嘉陵江入境水量多年平均约249×108m3,河道内水量较为丰富,成为重要的通航航道,通航河道有23条,营运里程约3 600km,占四川省通航里程的30%,年货运量占四川省内河航运年货运量的1/4。2016年南充段的内河运输总里程达1 277km,超过铁路运输的118km,航运成为南充市仅次于公路运输的重要交通运输方式。南充段下游重庆段的通航总长为376km,2016年重庆市水运运输量为1.7亿t,水运货物运输绝对值仅次于公路运输,占货物运输总量的15%。河道内航运能力增强,船舶的密度也在不断增加,从而使得河道中水生生物的自由活动空间(即水生态空间)不断缩减,加剧了鱼类和体型较大的水生生物被船舶螺旋桨伤害和致死的风险,同时船舶的泄漏造成了水污染。因此,航运在创造经济价值的同时,也存在着对河流水质、水生生物的威胁。

3 保护对策

3.1 严格控制水资源开发利用率

根据现状水资源开发利用率与水资源利用效率评价嘉陵江河道内生态水量[10],结果显示,2012—2016年嘉陵江河道内生态水量占地表水资源量的比例在逐渐下降,由82.5%下降到45.6%。已有研究表明[11],河道内生态水量达到多年平均径流量的60%,就能够为大多数水生生物在主要生长期提供优良至极好的栖息条件,并能够保证河流的多种功能。以60%为标准对嘉陵江(南充段)河道内的生态水量衡量,2016年河道内生态用水低于60%标准的14.4%。

河道内生态用水量减少一方面是河道外引水量的增加,另一方面是天然径流的减少。嘉陵江(南充段)年径流量呈现下降趋势,自产水量由2010年的57.93×108m3下降为2017年的42.21×108m3,入境水量由259.8×108m3下降为169.3×108m3。

图3 2010—2017年嘉陵江年径流量变化趋势Fig.3 Annual runoff trend of Jialing River from 2010 to 2017

采用线性分析法[12],对嘉陵江流域径流量变化的降水与非降水因素进行分析。结果表明,降水因素与非降水因素影响的程度在各时间段表现出一定差异,2013年径流量减少了16.27×108m3,其中降水因素与非降水因素的贡献率分别为41.5%和58.6%,2016年径流量的减少幅度较大,在减少的28.71×108m3的径流中,降水因素与非降水因素的贡献率分别为54.1%和45.9%。

以上分析看出,天然径流量的减少是由自然降水因素与经济社会系统用水量的增加共同导致,同时也是造成河道内生态水量减少的原因。

表2 嘉陵江流域径流变化的降水与非降水因素影响量Tab.2 Impacts of precipitation and non-precipitation factors on runoff changes in the Jialing River Basin

由于降水为不可控因素,因此,减少经济社会系统用水以保障河道内生态水量,是维持河流正常生态功能的关键。制定水资源开发利用红线,保证生态用水是今后水资源管理的重点。

3.2 降低农业用水比例,调整用水结构

南充市总用水量呈现上升趋势,由2010年的9.26×108m3增加到2016年的13.89×108m3,农业用水量由5.73×108m3增加到7.91×108m3,虽然南充市农业用水在总用水量的比例有下降趋势,由2012年62%下降到2016年59%(图4),但是农业用水量在增加,仍然是南充市的用水大户。从农业灌溉水有效利用系数看,2015年全国平均为0.536,南充市灌溉水利用系数为0.47,低于全国平均水平。因此,南充市农业有节水潜力,通过灌溉用水的效率的提高,逐渐降低农业用水量的比例,优化用水结构,是未来将挤占河道内生态用水量的水量退还生态系统的重要途径。

图4 2010—2016年南充市用水量与农业用水比例Fig.4 Proportion of water used in Nanchong City from 2010 to 2016

2016年南充市有效灌溉面积占耕地面积的68%,按照我国农业用水的分区[13]战略对策,四川省属于我国第二类地区,提高灌溉水利用系数是其改进的重点。2016年南充市粮食产量为315.23万t,农田灌溉用水总量为6.83×108m3,其中水田6.46×108m3,水浇地0.22×108m3,菜田0.15×108m3。我国《节水型社会建设“十二五”规划》提出,未来保证农业灌溉用水总量基本不增长,通过采用节水灌溉技术,提高水资源利用效率和灌溉水利用系数，以降低农业用水比例。但是，足够的农业用水对于维护粮食安全至关重要,即“减水不减产”,因此划定农业用水红线具有战略性意义。

3.3 控制农业与农村面源污染

对南充市2016年污染源的分析表明,以农业与农村污染为主的特征十分明显,3种污染物农业与农村占比均在77%以上。其中农业与农村、城市、工业的化学需氧量排放量分别占比80.78%，18.34%，0.88%,氨氮占比77.15%，21.85%，1%,总磷占比89.53%，8.71%，1.77%。在农业与农村污染源中以农村生活污染源为主,其中农村生活源的化学需氧量、氨氮、总磷分别占农业与农村总量的74.11%,73.49%,71.67%,畜禽养殖排放分别占21.13%，16.36%，7.56%,农田污染源的比例分别为4.76%，10.15%，20.77%。在畜禽养殖中,又以分散式养殖为主,化学需氧量、氨氮、总磷分别占总畜禽养殖污染物排放量的61.63%,57.95%,68.63%。

因此,控制农村与农业面源污染是提高水质的关键,特别是农村生活污染源,南充市人口密度为513人/km2,城镇化率为45.07%,低于四川省的49.21%,低于我国的57.35%,由于较低的城镇化率,形成农村人口总量大、密度高,农村生活污水处理率不到15%,再生水利用率仅为1.12%。《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中的相关指标要求,2020年,城市污水处理率要达到95%,一般地区的再生水利用率不低于15%,缺水地区不低于20%。2017年城镇污水处理率为68.7%。因此,加强污水处理基础设施建设,特别是农村地区的污水处理设施,以保障污水处理率的提高。

图5 嘉陵江南充段各类污染物比例Fig.5 Proportion of various pollutants in Jialing River (Nanchong Section)

农田面源污染从控制化肥施用量入手,南充市化肥施用量2010—2016年为48.92kg/亩,高出全国平均水平18.85 kg/亩。农业与农村部2015年印发的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》指出,我国标准的化肥使用量为21.9kg/亩。因此,降低单位面积化肥施用量,是控制农田面源污染的关键。

积极引导和鼓励测土配方施肥、病虫草害综合防治、生物防治和精准施药施肥等技术,采取灌排分离等措施控制农田氮磷流失,降低单位面积化肥施用量,逐步达到全国水平,增加有机肥比例。我国目前有机肥使用比例约为10%,2022年达到40%的使用比例。加强养殖业污染综合治理,执行规模化养殖行业禁养区、限养区和适养区的规定,大力发展养殖小区,推广清洁养殖技术,全面禁止投肥养殖。未来南充市生猪养殖规模的发展应以该区域的水资源承载力为上限,变分散式养殖为规模化养殖,并采用高架网床等新型环保的养殖方式。实施养殖小区清洁工程,南充市2020年前依法关闭或搬迁禁养区内的畜禽养殖场(小区)和养殖专业户、养殖小区100%实现雨污分流。

3.4 优化经济结构

2016年南充市人均GDP为25 871元(折合美元为3 894元),三产比例为21%∶48%∶31%，根据三次产业结构和人均GDP判断经济发展阶段[14],南充市2016年处于从工业化初期向工业化中期迈进的阶段,未来一段时间对于环境存在着潜在的压力。根据我国西部地区EKC曲线出现拐点对应的人均GDP判断,即当人均GDP在37 000～59 000元/人时[15],西部地区EKC曲线出现下降趋势,南充市2016年的人均GDP与上述范围相比相差11 129～33 129元/人,处于EKC倒“U”型的上升阶段。

图6 1952—2016南充市三产结构与人均GDP变化趋势Fig.6 Industrial structure and per capita GDP trend from 1952—2016 in Nanchong City

因此,通过优化经济结构,调整工业结构,实现跨越式发展,在该流域显得十分重要。从该区域产业结构的现状来看,依然是高耗能、高污染的第二产业占有最大比重,因此,建议该区域可以建立绿色生态走廊,发展沿江旅游产业带,转变经济增长方式,提高经济产品附加值,延长产业链,充分发掘好、利用好嘉陵江的历史景观、人文景观、美丽乡村等,发展特色旅游业。降低和提前实现EKC曲线拐点。

3.5 制定河流保护目标

嘉陵江干流河道内生态用水、水质、鱼类等均存在不同程度的问题,为此,应该根据水量、水质、鱼类等,划分河段,按照分河段分期制定河流保护目标,作为河长制的抓手,按照水文监测断面划分苍溪—沙溪河段、沙溪—金溪电站河段、金溪电站—小渡口河段、小渡口—李渡镇河段等4个河段,分别确定4个河段的保护目标,如在2025年以前以水量、水质为目标,河道内生态水量保证60%以上,干流各项污染物指标达到Ⅱ类标准,2030年以前以水量、水质、鱼类为目标,增加鱼类目标,如9种国家一级、二级、地方特有种保护鱼类。鱼类是衡量河流健康的重要指标之一,也是水资源合理开发利用和河流生态系统保护的重要目标之一。因此，嘉陵江(南充段)应该重视对鱼类的保护,满足环境流量的需求修复水生生物重要栖息地和关键生境的生态功能。