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建设绿色珠江,保障供水安全

——试论珠江三角洲的“缺水”危机与水资源配置研究

崔树彬  王琳  王现方

(珠江水利科学研究院  广州  510611)

一、问题的提出

    2002年以来,珠江流域持续干旱,加之上游用水增加,江河水位显著偏低,流量偏少;2004年秋末以后,珠江流域旱情更为严重,三角洲咸潮提早出现,受灾人口达到1500多万。海水倒灌,咸潮上溯,对三角洲的供水安全形成了严重威胁,造成了巨大的经济损失和社会影响。为此,珠江水利委员会遵照水利部和国家防总的批示,于2005年1月17日启动了应急调水压咸补淡方案,并取得了良好的效果,得到了社会各界尤其是港澳媒体的广泛好评。然而,收获之余,也有一些反思:千里调水只能解一时之渴,是救命水,是不得已而为之的应急之举。

    按照水资源径流量排序,珠江是我国的第二大河,流域人均和亩均水资源量均居全国前列。一般认为,珠江三角洲的城市供水应该不成为问题。然而,实际上,不但珠江三角洲的咸潮危害十分严重,而且水资源的短缺程度也相当严重。根据广东省水利厅提供的资料,2004年11月到2005年4月,以东江为水源的深圳、香港、东莞、惠州等地水资源需求总量为31亿m3,而水资源实际供应量仅有25.3亿m3,缺水量为5.7亿m3,约占需求量的20%。根据东莞市有关部门提供的资料,东莞市每天缺水量为60万m3,目前正在实施从2005年到2015年新增供水能力440~460万m3/d的计划,届时,东莞市的总供水能力将达到868万m3/d,比目前的供水能力提高1倍还多。

    除了上述资源型和咸潮型的缺水危害之外,珠江三角洲还面临着十分严峻的水质型缺水和由于水质污染造成的严重生态危机。据有关报道分析,2003年至2004年冬季,广东省有1600万人水质性缺水,全省57个省控监测江段中,跨市河流边界断面水质达标率不足50%;珠江三角洲原有70多种珊瑚、30多种名贵鱼类,以及中华白暨豚、中华鲟、鼋、儒艮、鲎等国家一级保护的水生野生动物。目前这些品种已经从普通变成濒危,有些品种已多年绝迹,并且可能已经消失;河流水生动物栖息地正以惊人的速度消失,几乎所有的鱼、虾、蟹、贝产卵场、索饵场、越冬场和洄游通道(即“三场一通道”)被不同程度地污染和破坏,其中近80%大面积萎缩,一些甚至已经消失。污水横流、死水一潭,毫无生机的水域随处可见。珠江口附近已无原生性生态海域,已经出现了海域“荒漠化”的严峻局面。所有这些问题都与珠江三角洲的水量减少和水质污染紧密相关。

二、      河道外用水需求分析

    1、社会经济现状及其在全国的比重和重要性

    2004年,珠江三角洲国内生产总值29894亿元(其中,香港和澳门分别约为16000亿元和827亿元,均按照1比1换算,下同),占全国国内生产总值153327亿元(含港、澳,下同)的19.5%;总人口9754万(其中,香港和澳门分别约为688万和47万),占全国总人口130723万(含港、澳,下同)的7.46%。2004年,珠江三角洲的人口密度为1872人/km2,比全国平均值136人/km2高12.75倍;单位土地面积国内生产总值为5736万元/km2,比全国平均值160万元/km2高34.92倍。

    1980年珠江三角洲的人口总数为1263万(不含港、澳,下同),2004年约为9000万(包含居住时间超过半年的暂住人口)。24年间人口总数增加了约7倍,年平均递增率为8.5%。1980年珠江三角洲的国内生产总值为164.8亿元(不含港、澳,下同),2004年为13067亿元;24年间珠江三角洲的国内生产总值增加了79.3倍,年平均递增率为20%。

    2004年,在不包含香港和澳门的情况下,珠江三角洲地区的人口和国内生产总值分别占全国的6.94%和9.57%。预计到2025年,这个比例将会分别达到15%和20%左右,加上香港和澳门的国际影响和经济因素,届时,珠江三角洲地区的水资源问题(包含资源型缺水、污染型缺水、工程型缺水和咸潮型缺水,以及由于缺水、工程调度和污染所导致的生态环境问题等)如果不能得到很好解决,其对全国社会经济的危害和影响将会十分严重。

2、水资源供需分析

    2003年,珠江流域总用水量约为620亿m3(含港澳,不含海水和河道内用水,下同),相当于该流域多年平均径流量3338亿m3的18.5%,95%枯水年份水资源总径流量2340亿m3的26.5%。粗看起来,珠江三角洲的水资源供需矛盾并不尖锐。然而,由于珠江流域的水资源径流80%在丰水季节的4~9月份,枯水季节的10月至次年3月水资源径流量仅有20%。按此估算,珠江流域枯水年份10月至次年3月的水资源开发利用率,在不考虑水利工程调度作用影响下,已经达到了66.1%;平水年份枯水季节的水资源开发利用率也已经达到了46.4%。如果再加上生态用水、水质污染和咸潮入侵,以及河道航运和水力发电等用水的需求,珠江三角洲供水形势之严峻,即刻可见一斑。

    1980年,珠江三角洲的社会经济用水总量为84.29亿m3,2003年该地区的用水总量为258亿m3。23年用水总量增加了2.06倍,年平均递增量为4.98%。依据上述趋势预测,到2020年珠江三角洲的总用水量将会达到590亿m3,到2030年将会达到960亿m3。如果考虑三角洲上游地区的用水量以2%的速度递增,2020年全流域的用水总量将会达到1095亿m3,2030年将会达到1574亿m3。届时,珠江流域的水资源开发利用率,按照多年平均径流量计算,将分别达到32.8%和47.2%;按照95%的枯水年份计算,将分别达到46.8%和67.3%。如果我们考虑保留40%的水量作为河道生态或其它用水,预计2020年,流域内多年平均缺水量将会达到147亿m3,缺水率为26.8%(按照枯水季节径流量和用水量计算,下同),95%枯水年份的缺水量267亿m3,缺水率为48.7%;2030年,流域内多年平均缺水量将会达到386亿m3,缺水率为49.1%,95%枯水年份的缺水量506亿m3,缺水率为64.3%。

三、      河道内用水需求分析

1、 河流生态需求分析

    珠江位于我国南部,按照水量排序,仅次于长江,位居全国7大江河第二位;按照河流生物多样性排序,高于长江,位居全国首位。根据资料报道,中国内陆水域共有鱼类795种(包括亚种),珠江水系有381种(最新的统计有450多种),长江水系有370种,黄河水系仅有191种;与珠江水系形成洄游和迁徙关系的南海水域,生物种类和资源数量也极为丰富。据统计,我国海洋鱼类有1694种。其中,南海北部大陆架海区的鱼类有1064种,东海大陆架海区的鱼类有727种,黄、渤海区的鱼类有291种;珠江水系属于国家一级保护的水生野生动物有中华白暨豚、中华鲟、鼋等3种,属于二级保护的有花鳗鲡、大鲵、佛耳丽蚌、三线闭壳龟、黄唇鱼、水獭、山瑞鳖等7种。属于地方重点保护和本水系特有的珍贵水生野生动物有40余种,主要经济鱼53种,名贵食用鱼8种。

目前,珠江流域多种珍贵物种,特别是河、海洄游鱼类都已处在濒危状态。20世纪60年代至80年代,是珠江水系鱼类资源衰退最为严重的时期。广东省天然鱼类产量从1966~1973年下降了52%,广西省从1962~1979年下降了66.5%,在该时段,渔获量的“小型化”趋势在全流域普遍存在,目前仍在持续发展。河流水生野生动物的生存、繁衍和进化与珠江水系水量、水质、水位、流速等密切相关,如果水资源配置不当,将会破坏河流生态和生命系统的完整性,给河流生命健康带来危害。一般认为,维持河道基流为多年平均流量的40%~60%,可以保障河流生态和生命系统的基本健康。按此估算,珠江水系生态需水量至少应在1500亿m3左右。生态、生命系统用水与社会经济用水会有一定程度的矛盾和对立,为此,如何科学计算和协调分配河流、河口生态需水量,也是需要研究的重点和难点问题。

2、污染防治需求分析

    2003年,珠江流域污水排放量138亿m3(包括港、澳地区,下同),其中珠江三角洲的排放量80亿m3。珠江三角洲污水如果不经过城市污水处理厂处理,单纯依靠河流稀释使其达到地表水Ⅲ类水质标准,需要的水量大约为2000亿m3(以氨氮指标计算,下同)。到2020年,珠江三角洲的污水排放量预计将会达到180亿m3,2030年达到250亿m3。届时,如果这些污水达不到有效处理和治理,加之上游地区来水减少等因素,预计珠江三角洲的水环境质量将会劣于现行的地表水环境质量第Ⅴ类标准,成为不但不能做任何用途,而且对生态环境和景观环境都会带来十分严重的危害;即使全部污水都经过城市污水处理厂二级处理,预计珠三角地区的水环境质量,也将成为不适宜于做城市供水水源地的水质标准。这些污水随河流排入海洋,预计南海近岸区域赤潮危害将会十分严重,海洋生态将会难以承受。为此,如何合理安排污水排放,确定节水、减污和污水治理的程度、效果,也是一个十分重要的问题。

3、水电、水运和压咸需求分析

   在全国7大江河水系中,珠江水系的水能资源蕴藏量位居全国第三位,水运位居全国第二,其开发潜力很大。水电和水运都是我国产业政策、法律法规所提倡和优先发展的领域。然而,水电和航运也都需要河川的水量作为支撑和基础。如何配置水电、航运用水,及与其它用水之间的关系如何协调,也是一个重要问题。

    珠江三角洲河网地区的咸潮入侵是一种自然现象,问题是近年来的咸潮上溯河长和持续时间年年增长,特别是对城市居民饮水构成了严重危害。随着珠三角地区城市人口的增长,咸潮对城市供水的危害还可能增长。控制咸潮入侵,需要河流淡水资源下泄。然而,需要下泄多少和什么时间下泄,以及如何调度,也是一个重要的科学问题。

    另外,三角洲地区各个城市或城区、社区的供水水源地如何布置和选址,与整个河网地区的污染防治、咸潮控制和生态、景观用水等诸多因素相关联。所有这些问题和限制,构成了珠江三角洲水资源配置问题的复杂性和紧迫性,是一个十分复杂和横跨多个学科的系统工程。

四、建议尽快开展水资源配置研究

1、研究工作的必要性和主要目标

(1)    必要性

   通过以上分析可见,珠江三角洲的社会经济发展面临着严峻的水资源短缺制约、河流生态制约、环境污染制约、咸潮入侵制约和河道内水电、水运用水协调等。解决这些制约的核心关键,是水资源的合理配置与科学利用,它是一项十分复杂的和横跨多个学科的系统工程。国内外在水资源配置和利用方面的研究成果很多,但这些成果都是针对特定地区的,不同区域、流域和时间区段的情景和问题往往很多且相差很远,研究的基本思想、思路和方法、手段也往往相差较远,其成果无法套用或直接引用。鉴于珠江三角洲地区的社会经济重要性,水资源、水环境和水生态问题的复合性、典型性和复杂性,以及水功能作用的多面性、交错性和多样性,预计及时开展此项研究工作对于本地区乃至全国的社会经济可持续发展具有重要意义,其社会、经济和生态、环境效益都是巨大的和具有重要意义的。该项研究的方式、方法和所采取的手段、思路对于统筹解决具有资源、环境、生态、景观等复合型问题具有重要的科学价值。反之,如果不能够开展或者是及时开展此项研究工作,或者是类似的研究工作,预计与之相关的各项工作的盲目性所带来经济社会损失和生态危害,至少应在成千上万亿元。

(2)、主要目标

    社会经济目标:为社会经济发展提供有价值的水资源可利用量信息和配置方案,明确水资源、水环境和水生态对社会经济制约的临界点。

    生态环境目标:以保护生态健康为前提,提出明确的生态环境需水量和减免不良生态影响的水资源配置的对策和措施。

    科学技术目标:建立社会经济—水资源—水环境—水生态复合系统的水资源配置系统动力学模型,以及不同水资源配置方案的情景模拟和情景评估的可视化虚拟系统。

2、   研究工作的主要内容

(1) 水文循环与人类活动对水循环和水资源的影响

①水文循环:重点研究天然条件情况下的三角洲来水和自产水量变化规律及趋势,确定现状和未来一个时期内(2020、2030年)天然因素变化对珠三角来水和径流的影响程度。并给出不同情景和代表性条件下的定量结果。

②人类活动对水循环和水资源的影响:分区域重点研究土地利用、植被变化和水利工程运行,对珠三角来水和入海水量、水质的影响,预测不同情景和代表性条件下,受人类活动影响的珠三角来水水量和水质情况。

(2)社会经济系统发展变化及其需水、排污预测研究

社会经济发展既影响水资源系统的管理与配置,同时又受制于水资源系统变化。重点分析研究1980年代以来的社会经济布局变化,人口规模、产值布局变化和土地开发利用类型变化等;预测研究2020年和2030年城市人口、产值的布局变化,并给出定量的数字。预测不同循环经济、节水措施和重复利用情景下对应的需水量、排污量和污水治理程度等参数。

(3)  河流生态系统变化及其生境需水研究

重点研究1930年代以来珠江鱼类种群多样性、珍贵鱼种和水产捕捞量变化,分析研究生境变化和人类活动(包括过度捕捞、梯级开发、取水引水等)对珍贵物种和水产资源的影响。筛选代表性的珍稀物种,分析研究维持其生命繁衍的生境要求和生态需水量,及其在河道内的分布和配置要求。

(4)   河流水环境质量变化及水环境承载能力研究

分析研究1980年代以来主要河流、河段水环境质量变化趋势,研究污染危害发生的原因和主要治理措施,提出不同水环境质量目标和三角洲来水情况下的水环境承载能力。

(5) 上游水利发展和下游咸潮上溯对三角洲配水的影响及协调研究

    包括上游水电、水运、防洪、灌溉、供水等工程的建设和运用,都会对三角洲的用水和配水产生影响,下游咸潮上溯对水资源配置布局也有一定影响。如何协调和相互支撑使用,研究工作必须提出相应的对策和方案。

(6)  水资源可供水量与工程布局研究

    依据社会经济用水分布、生态需水分布和水资源的自然分布等因素,结合生态制约、环保制约、咸潮制约等条件,研究不同区域、不同水系的水资源可供水量方案及其组合,通过现场考察和专家参与,拟定珠江三角洲水资源配置工程系统布局方案,分析研究不同布局方案的经济技术可行性和社会、经济、生态、环境效益,通过比选,提出2~3套推荐方案。

(7) 水资源配置系统动力学模型研究

    ①水量—水质—生态耦合系统模型:包括以反映水量循环为主的水量模型,以反映水质变化为主的水质模型,以反映生态系统状况和演变的生态系统模型,以及三模型的耦合模型。

    ②社会经济系统模型

包括人口分布变化模型,工业、农业、畜牧业和水产、水面分布变化模型,以及社会水循环模型和由此组成的社会系统动力学模型等。

    ③社会经济系统模型与水量—水质—生态系统模型的耦合模型

    通过水量—水质—生态耦合系统模型和社会经济系统模型的中间关系变量,建立直接反映 “社会经济—水资源—水环境—水生态复合系统”的水资源配置系统动力学模型。

(8)模型调整和情景模拟与可视化系统研究

    以现状情景、历史情景和未来预估情景的水资源配置方案作为源数据,代入系统动力学模型,模拟不同水资源配置方案的社会经济和水量、水质、生态效果,通过敏感性分析和与实测资料、调查资料、RS资料、GIS资料、科研数据的对比分析,对模型参数进行调整和优化,开发研制珠江三角洲水资源配置效果系统动力学模拟软件。对不同社会经济规模与布局情况下的水资源、水环境和水生态的安全程度及其保证率做出评价,并对不同配置方案的河流健康水平(状态)和工作水平(状态)做出评估。

    建立仿真模拟与效果评估可视化信息系统,并将其嵌入流域GIS和管理决策支持系统。

 

 主要参考文献

1 珠江水利委员会,珠江压咸补淡应急调水工作总结报告,2005年2月;

2水利部珠江水利委员会,珠江志,第四、第五卷,广东科技出版社,1994年5月;

3 水利电力部水利水电规划设计院,中国水资源利用,水利电力出版社,1989年2月;

4 水利电力部水文局,中国水资源评价,水利电力出版社,1987年12月;

5 国家统计局,2004年中国统计年鉴,2005年3月;

6 罗建仁、李新辉、陈永乐,珠江水系渔业资源环境状况,南海与珠江渔业,2003(1):

7 冯启新,珠江水系鱼类及其特点的初步研究,人民珠江,1986(2);

8 水利科技发展战略研究课题组,当代水利科技前沿(征求意见稿),2004年11月;

9 珠江水利委员会,珠江流域水资源公报,2000年~2002年;

10 广东省水利厅,广东省水资源公报,2000年~2003年;

11 广西壮族自治区水利厅,广西水资源公报,2000年~2003年;

12 云南省水利厅,云南省水资源公报,2002年~2003年;

13 贵州省水利厅,贵州省水资源公报,2000年~2003年;

14王冠军,香港城市给排水现状,给水排水,2001(11);

15 香港特别行政区政府统计处,香港统计数字一览,2005年3月。

2005-07-12
 
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