黄河上游典型干旱区水资源利用策略研究
2022-07-14王小娥吴锦奎
魏 智 王小娥 吴锦奎
(1.白银市河道管理站,甘肃 白银 730900;2.中国科学院西北资源环境研究院 流域水文与应用生态重点实验室,甘肃 兰州 730000;3.白银市水土保持总站,甘肃 白银 730900)
黄河上游是黄河流域主要的水系集中区和产水区,是我国重要的“二屏三带”生态功能区和全流域发展重要的经济带,是国家重要工业能源聚集区域。白银市位于黄河上游的甘肃省中部,是黄河上游重要的水源涵养区和水土保持区,以传统工矿区和著名农业高扬程引黄灌区而闻名,是全国首批资源枯竭转型城市,曾是国家建设的重点有色金属基地,因此遗留了较大的历史环境问题,白银市在黄河上游地区有着典型代表性。研究这一区域如何立足自身水资源禀赋,谋划好适应水资源条件的转型发展之路,对推进区域生态保护和高质量发展,实现黄河流域生态保护和高质量发展这一国家战略和历史使命具有重要意义。
1 水资源供需现状
1.1 水资源条件与利用现状
黄河流域水资源总量相对较少,人均占有量仅为全国平均水平的27.0%[1],而白银市又处于黄河流域上游干旱半干旱区,大陆性气候明显,干旱少雨,多年平均降水量仅为270mm。市域总土地面积约2万km2,占甘肃省总面积的4.6%,而自产地表水资源量仅1.23亿m3,占全省黄河流域地表水资源量的0.3%;水资源总量为2.32亿m3,占全省黄河流域水资源总量的1.7%。人均水资源量为136m3,为全省和全国人均占有量的1/8和1/16;亩均占有量为51m3,为全省和全国亩均占有量的1/16和1/35,是典型的资源型缺水区域。
黄河干流流经白银市境内的总长度达258.0km,占黄河甘肃段的1/3,占第二次入境的58.0%,多年平均入境水量为303.00亿m3[2-3],是全市生产、生活的主要水源,也是未来赖以生存和发展的主要水资源,孕育了作为甘肃省农产品主产区的景泰县和靖远县,使白银市以全省0.7%的水资源量承载了全省10.0%的灌溉面积和6.6%的经济总量[4-5],成为甘肃省黄河流域经济社会发展的核心区域之一和资源环境承载负荷较大的区域。随着土地流转、种植结构调整,高原夏菜、枸杞产业、特色养殖业、戈壁农业、脱贫攻坚“两园”建设(脱贫产业园、特色产业园)以及生态林等产业快速发展,用水供需矛盾更加突出。2016年甘肃省水利厅确定的地下水超采区为425.67km2,2020年被水利部确定为黄河流域水资源超载区。
1.2 区域水资源涵养能力
白银市位于青藏高原、内蒙古高原和黄土高原三大高原的生态契合区,处在黄河流域和西北内陆河流域的接合部。在全国生态安全格局中,处于北御风沙、南保水土的关键环节,是黄河上游重要的水源涵养区和国家西部重要的生态屏障。黄河入河一级支流有38条,总长度达1638.4km,总集水面积达83.63万km2[7],但90%以上为季节性河流,独特的地理位置和气候条件,决定了白银市植被覆盖度低、生态环境脆弱的现状,尤其是北依腾格里沙漠,东靠陇中黄土高原,森林覆盖率仅为7.57%,与全国18.21%和全省13.40%的水平相比,差距较大。全市尚有荒山荒地26.20万hm2,沙化土地4.38万hm2,潜在沙化地1.95万hm2,全市水土流失面积占总面积的68.50%,每年约0.510亿t泥沙进入黄河[8]。境内的祖厉河是黄河上游流域面积超过1.00万km2的6条主要支流之一,植被覆盖少,地面坡度大,水力侵蚀严重,多年平均年输沙量为0.417亿t,最大含沙量为1110kg/m3,是黄河水系有名的泥河。水土保持综合治理和生态环境建设明显滞后,生态环境用水量仅占全市总用水量的2.6%,远不能满足生态环境修复的需求,进而影响水源涵养功能,形成恶性循环,生态本底条件薄弱,与经济社会发展的矛盾突出。
1.3 外部可利用水资源分析
根据1987年的《黄河可供水量分配方案》(简称“87分水方案”),在正常来水年份,分配给甘肃省的地表耗水量指标为30.40亿m3,其中分配给白银市的地表耗水指标为6.16亿m3,其中引洮二期工程耗水指标(0.81亿m3)单列,其余区域可利用黄河地表耗水指标仅为5.35亿m3。甘肃省政府2013年下达白银市2015年、2020年、2030年用水总量控制指标分别为10.90亿m3、10.79亿m3、12.43亿m3。“用水量”和“耗水量”两项指标是白银市水资源管理的红线。
2019年全市耗水量为5.90亿m3,已超过“87分水方案”规定的正常年份耗水指标(5.35亿m3),即使考虑丰水年“丰增枯减”的调水增加因素,6.16亿m3耗水指标也基本用完,已无富余耗水量指标;全市2019年用水量为9.05亿m3,虽未超过省级下达指标,但耗水率高达65.40%,如果考虑正在建设的甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程等几项在建工程,建成后全市总用水量约10.20亿m3,已逼近用水总量指标,可调剂的生态环境用水量额度很小[9-11]。全市水资源呈现总量匮乏、效率偏低、消耗量大的现状,同时受黄河水量分配方案的限制,水资源开发潜力有限。水资源短缺、支撑能力不足,成为推进生态保护和经济社会高质量发展的主要制约因素。
2 区域可利用水资源量分析
生态环境脆弱和水资源短缺是白银市发展面对的本底条件,要解决白银市水资源与社会经济发展之间的矛盾,必须将节水放在首位,坚持量水而行、节水为重,抑制不合理用水需求,全面落实最严格水资源管理制度和节水行动方案,开展水资源消耗总量与强度双控行动,推动用水方式由粗放低效向节约集约转变。
2.1 节水潜力分析
白银市作为黄河上游典型的资源型城市,形成了以工业、农业占比为重的较单一产业结构,第一、第二产业用水占比较高。按照国家最严格水资源管理制度规定的“三条红线”,当前用水总量须控制在许可的10.79亿m3以内,故可用水量指标只剩0.59亿m3,未来10年用水增加强度每年不得超过0.16亿m3。市情决定未来发展必须走“以水而定、量水而行”之路,通过节水和合理使用用水指标,协调生活、生产和生态用水。
“白银节水,首在农业”,当地现有大中型电灌工程8处,万亩以上灌区31处,小微电灌、井灌工程1700多处,在西北地级市中最多,农田灌溉面积达12.27万hm2[6]。根据节水预测,至2030年,当灌溉水有效利用系数从0.55增加至0.60以上时,可节水0.50亿m3;工业万元增加值下降至40m3以下时,可节水0.15亿m3;居民生活80%以上采用节水器具时,可节水0.45亿m3,如此可节水1.10亿m3。加上剩余的黄河用水指标,可自由支配用水量约1.70亿m3,约占近5年平均用水量的18.0%。这是白银市未来社会经济发展有限的水资源空间,必须提高水资源的产出率,实现水权在各行业间自由流转。
作为甘肃省黄河流域最集中的灌溉农业区,白银市现状有效灌溉面积约占全省黄河流域灌溉面积的1/3,农村人口人均灌溉面积2.15亩,是黄河流域平均水平的3倍,因此无论从农业灌溉总面积还是人均灌溉面积来看,白银市都是全省黄河流域8个市州中最大的,以引洮、引大为代表的自流引水灌溉工程,以景电、兴电、靖会为代表的黄河干流提灌工程群均在此分布(见图1),农业用水占比较大,灌溉体系比较完善,具备较大的节水潜力。根据测算,白银市各灌区全部实施极限节水灌溉,农业节水潜力可达1.60亿m3,占农业用水量的20.6%,比常规节水增加1.10亿m3。按照“西控、南保、东调、中优”的水安全保障布局[12-13],白银市处于“中优”范围,因此应深度挖潜和续建配套改造,实现水资源高效利用。
图1 白银市农业灌区分布
2.2 提升水资源利用监管能力
加强国家水资源监控能力建设项目,推动各行业积极节水,尽快实施“互联网+水务”模式,将白银市地表水年取水量在10.0万m3以上、地下水年取水量在2.0万m3以上的79个取水口全部列入监控能力建设范围[14],全面监控规模以上许可取用水设施,从源头上跟踪全市用水总量变化动态,实现黄河、祖厉河生态流量管控。通过利用矿坑水、调整种植结构、提高用水效率等综合措施,至2030年实现平川区旱平川盆地、景泰县平原区压减603.0万m3地下水超采区治理目标,白银市地下水漏斗区见图2。逐步完善全市水资源监测体系,加强水环境监测能力建设,建立水环境承载能力监测预警机制,利用“互联网+大数据+人工智能”等技术与水资源监测相融合,构建信息化水治理体系。
图2 白银市地下水漏斗区示意图
2.3 争取调整黄河水量分配方案
“87分水方案”是南水北调工程生效前的黄河可供水量分配方案(方案分配河北、天津20.00亿m3)。2014年南水北调东、中线一期工程已经全面建成通水,截至2021年底,南水北调东、中线累计调水500.00亿m3。原有分水条件已发生了改变[15-17],对黄河流域影响最大的中线一期工程,规划年均调水95.00亿m3(分配河南省37.70亿m3,相当于人均420m3,河北省、天津市44.90亿m3,分别相当于人均307m3、120m3),在很大程度上减轻了黄河中下游流域水资源分配的压力,缓解了省际间用水矛盾。因此应在省级层面推动新形势下黄河水量重新分配,利用南水北调的水源置换原来黄河下游淮、海平原的引黄水量,调整黄河水量分配方案。
2.4 南水北调(西线)水资源分析
2020年开始,南水北调西线工程进行了新的综合查勘,从雅砻江两河口、大渡河双江口调水进入黄河支流洮河的调水线路,坝址控制流域面积大、可调水量大。水源水库利用在建大型水电站,淹没区移民和宗教设施处理等问题相对较易解决,调水对生态影响较小,是西线工程规划方案比选论证的重点研究方案。当地政府应积极跟踪南水北调西线进程,论证和争取所需水资源指标,缓解指标性缺水问题。
对白银市经济社会发展供需水情况进行预测,在考虑南水北调西线指标的情况下,至2035年,全市可供水量为11.00亿m3,同时,通过农业种植结构调整、退减灌溉面积、发展高效节水灌溉、外流域调水替代水源置换等措施,实现经济社会有效退还河道生态水量1.50亿m3,河道内外水资源供需基本达到平衡[13]。
3 适应水资源条件的发展策略
黄河流域58%的水量来自白银市以上区域[2],全市处于沙漠绿洲交错带,是我国北方防沙带的主要组成部分,阻止着腾格里沙漠南侵以及与毛乌素沙漠合拢。因此,应建立适应水资源条件的总体发展布局,首先保障黄河涵养稳定和河流健康的水源补给区、黄河上游高质量发展的绿色经济区[18-19]。
3.1 设立黄河上游特色创新试验区
白银市因矿得名、因企设市,既是流域水资源贫乏、水土流失严重、生态环境脆弱区,又是典型的资源型城市和老工业基地、独特的高扬程提灌区,兼具黄河上游和内陆河特征,在黄河上游具有典型代表性。作为共和国工业摇篮,在为国家建设作出重大贡献的同时,也留下了较大的历史环境问题[20],一度使白银市成为全国污染最严重和实行流域限批的城市之一。国务院在批复西部大开发“十三五”规划中明确提出,要启动实施黄河白银段生态环境综合治理工程。基于白银市独特的自然资源特征和资源综合承载力超载的现实情况[21],应利用兰白都市圈和“一带一路”节点城市等区域优势,争取在白银市设立黄河上游生态环境综合治理特色创新试验区,国家在政策集成、生态补偿、机制创新、资金整合、生态移民方面给予支持。
3.2 营造甘肃中部沿黄特色生态走廊
白银市所在黄河流域生态环境脆弱,对过境黄河水的依存度高,地下水开发潜力小[22],可实施北御风沙、中建绿洲、南保水土的分区治理措施。北部以景泰县为重点,培育腾格里沙漠边缘的人工绿洲和生态林带,构筑甘肃北部生态安全屏障;中部依托沿黄两岸31处万亩以上自流灌区和提灌区形成的1100km2农业绿洲带,实施黄河重要支流祖厉河水环境生态治理,保护好黄河及其重要支流的水生态、水环境和自然态势,改善黄河干流、祖厉河等河川及其两岸生态环境;南部地区(会宁县、靖远县南部和平川区南部)着重推进黄土高原沟壑区梯田建设、小流域治理等固沟保塬综合治理,增加黄河径流补给,增强水源涵养功能,实现黄河流域生态修复,加快黄土高原水土保持生态文明示范区建设。中部和南部尤其要抓住祖厉河水土流失综合治理被纳入国家《“十四五”黄河流域生态保护和高质量发展实施方案》83项重大项目(工程)清单,全流域被列为全国第二批流域水环境综合治理和可持续发展试点流域的有利契机,实现在甘肃中部黄河生态文明建设中的创新和突破。
3.3 建设黄河高扬程灌区节水高地
白银市是全国著名的高扬程灌区,农业灌溉用水量占全市总用水量的87.0%。农业节水要重点实施黄河干流景电、兴电、靖会提灌群系统提升工程和挖潜改造,争取实施8处大中型灌区提升改造和现代化建设工程,加快引洮二期、甘肃中部生态移民供水等重点项目灌区配套工程;推进11处中小型灌区整合,大力发展节水农业;在大中型灌区设立灌溉试验站,探索适宜的膜上灌、坐水种等深度节水技术,发挥好大中型高扬程灌区水土资源优势[23]。通过水源提升、渠系改造、农业结构调整、信息化建设等措施,提升灌区基础设施条件和现代化管理水平,建设中部沿黄灌区水资源高效利用示范带,建成黄河流域高扬程灌区节水高地。
4 结 语
白银市位于黄河上游干旱半干旱区,水资源短缺,水土流失面积大,是典型的资源型缺水区、西北荒漠绿洲交接生态脆弱区,现状用水量和耗水量已接近黄河水量分配指标,水资源调剂空间有限。其特殊的区位和本底条件,决定了其在实施黄河流域生态保护和高质量发展中,水资源是最大的刚性约束,节水是首要任务,通过对白银市区域可利用水资源量的分析可知,至2030年主要产业节水潜力约1.70亿m3,占现状用水量的18.0%,通过高扬程灌区农业极限节水,还可增加节约水量1.10亿m3。在南水北调东、中线已有效调整了水资源配置的新格局下,应调整黄河水量分配指标,使供水量逐渐提升至11.00亿m3,实现河道内外水资源供需基本达到平衡。未来要力争设立特色创新试验区,营造甘肃中部黄河生态走廊,提升水资源利用监管能力,探索适应水资源条件的黄河上游典型干旱区高质量发展之路。