南水北调中线一期工程对生态环境的影响分析

楼晨笛，方 晓，王 东

（四川大学水利水电学院，四川 成都 610065）

南水北调工程旨在解决我国水资源空间分配不均衡问题。自中线一期工程通水以来，为沿线京津冀豫受水区提供了大量优质的南水，对解决受水区生活生产和工农业用水短缺问题起到巨大作用。工程所带来的生态效益也随着通水水量的增多而不断显现，如受水区地表径流得到了南水的生态补水，地下水水位由于南水的水源置换也得到了一定的恢复，沿线生态环境得到了改善以及局部气候得到了调节等。无论对受水区还是水源地，南水北调工程都产生了一定程度的生态效益，受水区的水环境也得到了明显的改善。但局部生态问题依然明显，水源地的水土流失问题一直严峻，而由于工农业的快速发展，水质也有恶化的趋势。本文从地表径流补给、地下水变化、水质变化、生物多样性变化和局部气候效应等方面对沿线生态环境进行分析。

1 南水北调中线工程沿线的生态效益

1.1 地表径流补给

南水北调中线的京津冀受水区流域原存在严重的水环境问题。本区域全年河流断流比例高，主要河渠均存在全年断流情况。白洋淀等12个主要平原湿地严重萎缩[1]，本世纪初比上世纪中旬湿地水面面积已缩减了80%，年均入海水量减少了99%，各河口常年淤积，水源涵养与生态功能下降，水生生物大量消亡。由于京津冀受水区的工农业发达、人口众多，用水需求巨大，超过自然水循环可供给量，同时污水处理能力差，地表径流仅靠降雨无法有效积蓄。

南水北调中线工程供水范围覆盖大部分京津冀地区，沿线大小河流635条。按照南水北调工程的总体规划，工程首要任务是满足沿线工农业及居民生活、生产用水，富余水量将进行生态补水，对水量不足或枯竭的沿线流域进行水资源补充，一定程度缓和区域水环境恶化的现象。

在2018年4月～6月，南水北调工程向河北省、河南省和天津市的30条河流进行生态补水累计8.7亿m3，受水区的河湖、湿地区域水环境有明显改善；白洋淀也通过易县的瀑河、北易水退水闸累计分水1.12亿m3。从2018年9月起，河北省利用南水、黄河水和沿线可利用水量对滹沱河、滏阳河、南拒马河3条河流进行生态补水，计划水量7.5亿m3～10亿m3。

京津冀地区六河五湖（即滦河、潮白河、北运河、永定河、大清河、南运河以及白洋淀、衡水湖、七里海、北大港、南大港）均可由南水北调直接或间接补给，生态需水量约为18.54亿m3，而中线工程年平均可提供生态补水量达21亿m3，具有巨大的补水潜力[2～3]。

1.2 用水结构与地下水变化

我国的华北平原地下水超采面积高达18万km2，占华北平原总面积的60%[4]。地下水位的持续下降造成了大面积的地下水漏斗，漏斗的区域面积接近华北平原总面积的11.3%[5]。地下水的严重超采还造成了本一系区域大面积的地面沉降，同时产生列生态危机。如白洋淀因为保定漏斗的连年扩大而加速萎缩，加剧了一系列的生态问题。

自2014年通水后，京津冀受水地区的供水结构有一定程度的改变。中线工程河北受水区对地下水依赖程度最高，2010年地下水供水占总供水的83%，至2017年已降至68%，南水在河北受水区供水[6]中已有一定的比例（见图1）；北京市2010年61%的供水来自地下水，2017年已降至42%，而南水供水占比已超过20%（见图2）[7]；天津市2010年26%的供水来自地下水，2017年已降至16%，而南水供水占比已超过35%（见图3）[8]。南水在京津冀地区供水占比逐年增长，而地下水的供水占比均有缓慢减少趋势。

图1 河北省受水区供水情况

图2 北京市供水情况

图3 天津市供水情况

南水北调中线工程全线采用衬砌，但依然有小部分渗漏会对沿线地下水产生影响。据估算，正常输水沿程的每年渗漏量[9]约为13亿m3～15亿m3。沿线的侧向渗漏会导致工程一定范围内地下水位的回升。

伴随着引水工程的输水，华北地区也在大力推行高效节水工程和新型农业种植结构，并严格控制地下水的开采。在未来一段时间，通过水源置换和节水措施，地下水超采将得到大幅削减，地下水环境也将有很大程度的改善。

1.3 水质变化

南水北调成功与否的关键在于水质是否可以达到要求，输水水质直接影响了受水区的农业灌溉、生活、生产用水和水生生物数量等方面。

中线工程供水水质优良，干线管理部门对干渠沿线29个断面进行检测，从2015年～2016年的监测数据[10]（见表1）来看，所有断面主要水质指标均达到Ⅱ类标准及以上。

表1 南水北调中线总干渠水质类别评价结果

干渠主要污染物呈现明显南低北高的特点。引水口陶岔渠首主要污染物在近几年内基本趋于稳定，丹江口水库主要水质指标除总氮和汞外，均可达到Ⅱ类标准。与工程受水区相比，水源区常规离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+等浓度均低于华北平原地下水，水质污染水平较低，而pH值偏高，常年维持在7.8～8.2 左右[10]。

以受水区北京市为例，南水引入前，密云水库除总氮和汞超标外，其他指标也均能达到Ⅱ类水质标准。在引入南水后，库区水体水质基本维持不变，并随着蓄水量的增加，库区的富营养化问题有改善趋势。引进南水后，北京市自来水硬度也由380 mg/L 降至 120 mg/L[8]。

随着南水对于湿地、流域的生态补水，不仅平均蓄水位提高、水面面积扩大，部分恶劣水质也有明显改善。

1.4 植被覆盖和生物多样性

南水北调中线工程大多为露天明渠，为避免水体污染，国务院在工程干线设置管理区和多处一、二级水源保护区，并加强沿线生态建设。2014年至2017年，工程沿线建设了634 km防护林带[11]，绿化林的建设不仅可以防止水体污染，还有利于增加植物多样性。同时由于沿线土壤含水量的增加、水环境改善，更利于植被的生长，可种植种类将明显增多。以焦作市为例，南水北调工程横穿全市带来了优质的南水同时植被覆盖率也有所增加，山阳区绿地面积增加24.6万m3，植物种类达216 种[12]。

此前京津冀地区由于河流断流、湿地萎缩等现象造成水源涵养和径流调节能力大幅下降，生物多样性受到严重威胁。随着南水北调对受水区的生态补水和当地治污力度的加强，物种减少状况得到明显改善。以白洋淀为例，通过持续的生态补水和强力的保护措施，许多曾绝迹的动植物重现，鸟类种类增加到200种，野生鱼类增加到54种。

1.5 局部气候效应

南水北调工程横跨南北，对沿线的气候条件和生态环境有一定影响。

丹江口水库为满足南水北调中线工程的通水条件坝高加高14.2 m，正常蓄水位也提高了13 m，上游淹没面积[12]增加约144 km2，这就使下垫面原有的土地变为水域。上游水面面积加大，水深加深，直接导致地区水热循环发生变化，对水库及周边地区的局地气候产生影响。

一期工程全长1432 km，流经湖北省、河南省、河北省、北京市和天津市，大部分为地表径流输水，每年的蒸发量巨大，正常运行状况下年蒸发量[9]在1.304亿m3。南水北调工程实施后会增加受水区土壤含水量，加速大气环流，引起降水量的增加和气温的变化。长远来看，可能缓解当前干旱化趋势[13]。在南水北调引水入城市后，可以改变当地的水热平衡引起区域气候的小幅改变，对温室效应有一定的抵消作用。

具体表现在：①在所有季节中，工程沿线附近的空气湿度都会增加，离工程越近，湿度增加越多；②在夏、秋两季，工程附近土壤水分增加会引起温度的下降，潜热和蒸发也会增加；③在冬、春两季，工程附近土壤水分增加会引起温度上升，潜热和蒸发会减少；④河流输水将使附近风速增大，但影响范围较小[14]。

2 南水北调中线工程沿线存在的生态问题

2.1 水源区水土流失

南水北调中线工程水源地包括丹江口水库及其上的汉江流域，覆盖湖北、河南和陕西三省的部分地区。本区域一直存在着严重的水土流失问题，随着工业发展和人口增长，乱砍乱伐、盲目开垦现象越来越严重，致使水土流失现象不断加剧。20世纪中旬，仅丹江口库周伐木面积就达2.23万km2，森林覆盖率减少了35%。

通过分析丹江口水源治理监测区域水土流失状况（见表2、图4）可知，水源区侵蚀强度以轻度和中度为主，且在总体上，侵蚀面积占检测区面积的比例呈现逐年下降趋势。但截至2017年，丹江口水源治理监测区域水土流失总面积占比仍然高达37.62%，水土流失现象依然不容乐观。

表2 丹江口水源治理监测区域水土流失状况[15]

图4 丹江口水源区治理监测区域水土流失状况

2.2 区域水环境问题突出

目前，水源区存在水质恶化加重的趋势。随着经济的发展，水源区附近的污染企业随之增多，工业废水处理不达标排入水体，致使水体污染程度加剧，水质恶化。水源地也是农业生产区，化肥农药施用量大而频繁，农药施用后，一部分进入到土壤中或是蒸发、散逸到空气中，之后会随雨水或灌溉水向水体转移，进入库区，污染水体，同时，禽畜类粪便处理利用率低和生活污水的直接排放都加剧了本区域水体的污染。大量含氮、磷肥料的使用和未经处理排放的生活污水会使水体富营养化，引起藻类等水生植物疯长，水体溶解氧量减少，水体净化能力降低，水质恶化。

工程沿线也存在着水污染隐患。工程全段采用明渠输水，无法避免阳光直射、温度变化、地表污染等对水体造成的影响。由于阳光照射充足、温度升高，水中含氧量升高，而总含氮量又较高，在局部水流缓慢区域会产生藻类大量繁殖，这种现象沿程向北加剧。在冬季，输水水量的减少导致渠中水流流速下降，浊度有所升高[16]。

3 结语

南水北调中线一期工程生态效益显著。工程在满足受水区生活生产和工农业用水后，对受水区河流、湿地进行生态补水，通过置换水源减少对地下水的开采，受水区水质也得到改善，不仅促进了地区经济发展，还改善了受水区水环境，增加受水区植被覆盖率和生物多样性，在一定程度上缓解工程沿线的气候条件。

但南水北调中线工程水源区和沿线存在的生态问题仍不能忽视。为改善水源区水土流失严重的问题，必须在保护现有植被的基础上，进一步恢复和扩大植被覆盖范围，建设水源涵养区，提高水源涵养能力。具体措施包括：①严令禁止乱砍滥伐、过度放牧的行为，这是遏制水土流失面积进一步扩大的根本举措；②通过人工造林以达到防风固沙的目的。但在植树造林的过程中应注意甄别树种，选用沙棘等节水型树种；③修复湿地、种植水源涵养林。湿地被誉为“地球之肾”，有着涵养水源、调节气候、维持生态平衡等重要作用，应建立健全湿地生态保护和修复机制，对于破坏湿地的行为，要加大惩罚力度。此外，还可以在河川上游人工营造水源涵养林改善水文状况。

为避免输水水体污染的进一步加重，必须加大监管力度，改善水资源利用现状。具体措施包括：①加强排污监管措施，对沿线的重工业厂家加强监管，必须执行污水处理达标后再排放；②提高废水重复利用率，城市污水适当处理用作农业灌溉、绿化喷洒和洗涤清洁等；③推行生态高值农业，减少化肥农药的使用，提高牲畜粪便等生物肥的使用率。