導(dǎo)語：海河流域水生態(tài)環(huán)境管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

海河流域多年平均水資源總量為372億m3，流域人均總水資源占有量?jī)H有305m3，是全國(guó)缺水最為嚴(yán)重的流域，水資源的嚴(yán)重短缺大大制約了區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。更為嚴(yán)重的是，長(zhǎng)期以來海河流域水資源的開發(fā)利用片面強(qiáng)調(diào)了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，忽略了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善，致使流域的生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)整體退化。在南水北調(diào)工程總體規(guī)劃中，工程供水目標(biāo)以城市生活和工業(yè)用水為主，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)。依據(jù)《黃淮海流域水資源合理配置與南水北調(diào)工程總體布局》的研究成果，推薦的基本調(diào)水量方案2010年和2030年向海河流域供水分別為60.6億和95.7億m3，高方案2010年和2030年向海河流域分別供水69.3億和103.3億m3。如此大量外調(diào)水的流入必將對(duì)海河流域的水循環(huán)和水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，本文就這個(gè)問題展開相關(guān)分析。

1海河流域水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

1.1水污染嚴(yán)重

1998年，全流域廢污水排放總量已達(dá)到55.6億t，這些廢物水中大部分末經(jīng)處理就直接排入河流和水庫(kù)，造成地面水的嚴(yán)重污染。流域現(xiàn)狀地表水的污染河長(zhǎng)比例高達(dá)75％，2／3站井的地下水達(dá)不到飲用水要求，水污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

1.2河道干涸、功能退化

由于用水大量增加，造成河道干涸斷流、河道功能退化等問題?，F(xiàn)狀流域各河大都成為季節(jié)性河流。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，在流域一、二、三級(jí)支流的近10000km河長(zhǎng)中，已有約4000km河道長(zhǎng)年干涸。一些河道雖然有水，但主要是由城市廢污水和灌溉退水組成，基本沒有天然徑流，“有河皆干，有水皆污”已成為海河流域的一個(gè)突出問題。河道干涸還引發(fā)河道內(nèi)雜草叢生、土地沙化、土壤鹽分累積。山前平原與河道兩岸附近的淺層地下水位持續(xù)下降地區(qū)，河流沖積沙地和砂質(zhì)褐土、砂質(zhì)潮土、砂質(zhì)草甸土等耕地沙化趨勢(shì)嚴(yán)重，沙土隨風(fēng)遷移造成覆蓋沙地。近30年來，流域內(nèi)“沙化”土壤面積不斷擴(kuò)大。由于缺少人海水量，山區(qū)進(jìn)入平原的徑流、引黃水量和降雨中帶來的鹽分不能排出，引起區(qū)域性的積鹽。

1.3入海水量銳減、河口生態(tài)環(huán)境退化

統(tǒng)計(jì)表明，90年代與50年代相比，流域年平均入海水量減少了72％。90年代年平均入海水量只有68.5億m3，只相當(dāng)于總水資源量的18％，而且40％集中在灤河及冀東沿海地區(qū)。由于入海徑流減少，各河河口相繼建閘拒咸蓄淡，引起閘下大量海相泥沙淤積。據(jù)統(tǒng)計(jì)，閘下總淤積量達(dá)9500萬m3，致使海河流域骨干行洪河道泄洪能力衰減40％。另外陸源污染也給河口近海地區(qū)造成很大影響。渤海灣受納天津、北京兩大城市的污水，無機(jī)氮、無機(jī)磷、化學(xué)耗氧量等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。由于入海徑流減少和嚴(yán)重的污染，河口地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類基本上絕跡，渤海灣著名的大黃魚等優(yōu)良魚種基本消失。近10年來，渤海赤潮頻頻發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1.4濕地大幅度減少、生物多樣性消失

50年代海河流域有萬畝以上的洼淀190多個(gè)，洼淀面積超過10000km2?，F(xiàn)今，除白洋淀和部分洼淀修建成水庫(kù)外，大部分的洼淀都已消失或退化，即使加上30多座大型水庫(kù)和100多座中型水庫(kù)，濕地面積僅剩2000多km2。在區(qū)域湖泊洼地演變過程中，人類活動(dòng)干擾是其中最重要的驅(qū)動(dòng)因素。以白洋淀為例，50年代以后，白洋淀上游興建了總庫(kù)容達(dá)36億m3的水庫(kù)，大大減少了入淀水量，1964～1981年，白洋淀因圍墾造田減少了90％的湖面面積，導(dǎo)致1966～1995年出現(xiàn)5次干淀，1990～2000年又多次面臨干淀的威脅，依靠定期補(bǔ)水才得以維持。

1.5地下水嚴(yán)重超采

海河流域地下水大規(guī)模開采始于70年代。到1998年，扣除補(bǔ)給量后，全流域已累計(jì)消耗地下水儲(chǔ)量896億m3，其中淺層地下水471億m3，深層水425億m3。地下水過度開采造成了地面沉降、地裂和塌陷等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。天津和流域中東部平原已發(fā)生區(qū)域性地面沉降。至1998年，河北平原累計(jì)沉降量大于300mm的面積達(dá)1.82萬km2，天津市累計(jì)沉降量大于1500mm的面積133km2。平原區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)地裂縫近200多條。地下水位下降還引發(fā)海水入侵和咸水入侵等問題，使得成淡水邊界向淡水區(qū)移動(dòng)。

1.6水土流失嚴(yán)重

水土流失是海河流域主要自然災(zāi)害之一。海河流域年降雨量雖然不大，但多以暴雨形式出現(xiàn)，而另一方面流域內(nèi)山區(qū)地面坡度較大，且土質(zhì)疏松，植被覆蓋率低，加之人口密度大，生產(chǎn)落后，廣種薄收，陡坡開荒等人為因素，導(dǎo)致流域內(nèi)山丘區(qū)存在嚴(yán)重的水土流失問題。

1.7污灌造成環(huán)境污染和健康危害

由于水資源短缺，海河流域排放的廢污水很大一部分被用于農(nóng)業(yè)灌溉，絕大部分灌溉污水未經(jīng)任何處理，給周邊環(huán)境和人體健康帶來危害。

2海河流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析

流域的水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境有著極為密切的天然聯(lián)系，千萬年來大自然所形成的自然水循環(huán)造就了一個(gè)地區(qū)特有的穩(wěn)定水生態(tài)環(huán)境。而近幾十年來由于人類對(duì)水資源的大規(guī)模開發(fā)利用改變了水的自然循環(huán)，使一些地區(qū)穩(wěn)定的水生態(tài)環(huán)境趨于不穩(wěn)定，并出現(xiàn)流域水生態(tài)環(huán)境整體退化現(xiàn)象，海河流域就是這樣一個(gè)典型。南水北調(diào)工程直接對(duì)流域進(jìn)行大規(guī)模補(bǔ)水，加大了流域水循環(huán)通量，雖然其直接主要供水目標(biāo)不是流域生態(tài)環(huán)境，但也會(huì)對(duì)流域的水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。為了定量研究評(píng)估這種影響，首先需要研究流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境之間的自然關(guān)聯(lián)。

2.1流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析方法

為了比較簡(jiǎn)單清晰的描述流域總體水循環(huán)的狀態(tài)及其與水生生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，本研究不著眼于流域內(nèi)降雨、地表水、地下水和土壤水之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而以整個(gè)流域?yàn)橐粋€(gè)單元，以年為尺度，重點(diǎn)描述流域各種水量變化與各種耗水之間的關(guān)系，以揭示水循環(huán)過程、狀態(tài)與水生態(tài)環(huán)境演變的宏觀關(guān)聯(lián)。

研究的方法是在水平方向以流域邊界為界，在豎直方向以深層地下水上隔水層為下邊界，以地表及其附屬物、植被為上邊界形成一個(gè)封閉的單元。首先分析年度間進(jìn)入單元的總水量，單元內(nèi)的總蓄變量和總消耗量，摸清水循環(huán)過程中各種水量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，然后分析各種水量對(duì)不同水生態(tài)環(huán)境子類的驅(qū)動(dòng)關(guān)系，以此分析和判斷流域水生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和對(duì)未來的水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析和評(píng)估。水循環(huán)的過程可通過水量均衡方程式來表示。

Twe－△TWs＝TWc

式中：Twe——進(jìn)入單元的總水量；

△tWs——單元的總蓄變量；

TWc——單元的總耗水量。

在水量均衡方程式中，進(jìn)入這一單元的水量有降雨形成的當(dāng)?shù)厮Y源總量（包括地表水和地下水資源量并扣除二者的重復(fù)計(jì)算量）、從外流域調(diào)入的地表水水量和從深層開采的地下水量三項(xiàng)；平衡方程中的總蓄變量是當(dāng)年在單元內(nèi)增加（或減少）的水量，包括水庫(kù)蓄變量和淺層地下水蓄變量；總耗水量是指通過不同方式排出本單元的總水量，主要包括水平排出單元的入海水量和豎直排出的蒸發(fā)消耗量?？偤乃坑挚梢愿鶕?jù)其消耗性質(zhì)分為經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量和非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量。經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量是指由人工供給的用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活所消耗的水量，包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城市生活和農(nóng)村生活用水的消耗。而非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水可視為水生態(tài)環(huán)境消耗水量，包括維護(hù)河口生態(tài)環(huán)境的入海水量，水系生態(tài)環(huán)境耗水量和陸地生態(tài)環(huán)境耗水量。其中水系生態(tài)環(huán)境耗水量包括天然河道水面蒸發(fā)量、湖泊濕地水面蒸發(fā)量和城市河湖水面蒸發(fā)量。陸地生態(tài)環(huán)境耗水是指平原區(qū)和山區(qū)河谷盆地陸地上地下水的騰發(fā)量，但不計(jì)灌溉回歸地下水的騰發(fā)量。

應(yīng)用以上方程式可以描述流域單元的整個(gè)水循環(huán)過程和狀態(tài)，同時(shí)由于水循環(huán)中的各項(xiàng)幾乎都與水生態(tài)環(huán)境有著極為密切的關(guān)系，因此通過水循環(huán)中各項(xiàng)的分析就可以反映出流域水生態(tài)環(huán)境的狀況。上述水量均衡方程式中的各收支項(xiàng)可以對(duì)三類水生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)：第一類有關(guān)地下水超采問題，包括進(jìn)入單元的總水量中的深層開采量以及淺層地下水蓄變量。從多年平均來看，如深層開采量過大形成深層超采或淺層地下水蓄變量小于零形成淺層地下水超采時(shí)，水生態(tài)環(huán)境就受到破壞，超采量越大，受破壞的程度就越深，直至出現(xiàn)地面沉降、地裂和塌陷以及引發(fā)海水入侵等各種環(huán)境問題；第二類是水系生態(tài)環(huán)境耗水量和陸地生態(tài)環(huán)境耗水量減少問題，如果二者特別是水系生態(tài)環(huán)境耗水量不能達(dá)到一定要求，則會(huì)出現(xiàn)河道干涸，湖泊萎縮，濕地消失、土壤沙化、生物多樣性消失等一系列生態(tài)環(huán)境問題；第三類是入海水量衰減問題，如果入海水量不能滿足河口生態(tài)環(huán)境要求，則河口海區(qū)會(huì)出現(xiàn)鹽度升高、升溫遲緩、松散的底質(zhì)消退，進(jìn)而影響魚類產(chǎn)卵、生長(zhǎng)，導(dǎo)致近海漁業(yè)資源的衰退。此外，入海水量減少還造成泥沙淤積、河道萎縮、河道自然功能下降。

在流域水循環(huán)中，水量平衡方程兩側(cè)收支各項(xiàng)是遵循流域水循環(huán)的規(guī)律相互關(guān)聯(lián)的，即來水。蓄存和消耗量之間存在此消彼漲的關(guān)系，比如經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水增加，非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水必然減少；河道、湖泊濕地耗水增加，入海水量也會(huì)減少。因此區(qū)域水循環(huán)的狀態(tài)可能會(huì)因?yàn)槿祟惒缓侠淼拈_發(fā)利用而被改變，從而引發(fā)嚴(yán)重水生態(tài)環(huán)境問題；但另一方面通過區(qū)域水資源合理的開發(fā)利用與優(yōu)化配置，甚至采用跨流域調(diào)水，可以重新調(diào)節(jié)水循環(huán)狀態(tài)而使區(qū)域水生態(tài)環(huán)境得以改善。

從以上分析可以看出，流域水循環(huán)的收支平衡關(guān)系直接影響流域水生態(tài)環(huán)境狀況，因此既可以利用水循環(huán)的狀態(tài)來評(píng)價(jià)水生態(tài)環(huán)境情況，還可以通過分析預(yù)測(cè)不同水資源開發(fā)利用方案情況下的流域水循環(huán)狀態(tài)去預(yù)測(cè)流域水生態(tài)環(huán)境未來情景，進(jìn)而從流域水生態(tài)環(huán)境的角度去調(diào)整水資源的開發(fā)利用方案，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，這就是水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)的分析方法和思路。

在此需要特別補(bǔ)充說明的是，由于本單元將深層地下水上隔水層作為單元的下邊界，對(duì)深層地下水的開采作為系統(tǒng)的輸入處理，因此關(guān)于地下水超采問題并不放在循環(huán)過程當(dāng)中進(jìn)行研究，而是利用深層地下水補(bǔ)給相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，通過直接比較單元該部分輸入和深層地下水補(bǔ)給量的大小來進(jìn)行判斷。

2.2海河流域現(xiàn)狀水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)以上水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)物理模型的分析，建立了相應(yīng)的流域水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用1994～1999年水資源公報(bào)和海河流域水資源規(guī)劃的相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)單元水量平衡方程各項(xiàng)進(jìn)行了計(jì)算，得到相關(guān)的水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果，見表1。

表1海河流域1994～1999年流域水循環(huán)相關(guān)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果（單位：億m3）

數(shù)據(jù)來源：1994～1999年《水資源公報(bào)》和《海河流域水資源規(guī)劃》。

從表1中進(jìn)入單元總水量欄可以看出，進(jìn)入單元的總水量主要受降雨影響。如降雨最小的1997年和1999年，年降雨量分別為366mm和385mm，進(jìn)入單元的總水量分別為329.6億m3和317.6億m3；降雨量最大的1995年和1996年，年降雨量分別為609.0mm和599mm，進(jìn)入單元的總水量分別為556.5億m3和635.1億m3。進(jìn)一步考察表1數(shù)據(jù)總體構(gòu)架和變化，由于流域降雨年際變化大，因此不同年份進(jìn)入流域的總水量變化很大，變幅可高達(dá)300億m3，導(dǎo)致相應(yīng)的蓄變量和總耗水量變化也很大。當(dāng)流域單元在輸入減少條件下，總耗水量也減小，同時(shí)蓄變量也呈現(xiàn)為負(fù)值，說明枯水年份會(huì)消耗地表水和地下水的蓄存量以支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

另外從表1輸入欄和蓄變量欄間的數(shù)據(jù)波動(dòng)關(guān)系看出，總水量加外調(diào)水量與深層開采量加淺層超采量之間有非常明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，前者越小，后者就越大，說明在當(dāng)?shù)厮Y源與外調(diào)水量不足的情況下，對(duì)深層地下水的開采量和淺層地下水的開采量成為滿足區(qū)域用水需求的主要途徑，從而發(fā)生超采并引發(fā)相關(guān)生態(tài)環(huán)境問題。

考察枯水年份的各分項(xiàng)耗水，可以發(fā)現(xiàn)盡管總耗水量大幅度減少，但在一定國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下經(jīng)濟(jì)耗水量的變化不大，變幅大多在10億m3以內(nèi)，而非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水會(huì)大幅度減少，與總耗水量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。這進(jìn)一步說明了即使在降雨小、水資源量少的情況下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水并未因此受到較大幅度的影響，仍然通過超采深淺層地下水、擠占非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水等手段來維持，總耗水的減少幾乎完全轉(zhuǎn)嫁為非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量的減少。在非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水項(xiàng)各欄中，水系生態(tài)耗水目前所占比例很小，非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水的大量衰減主要是減少了入海水量，從而對(duì)河道內(nèi)和入海口的生態(tài)環(huán)境造成破壞。

比較非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水和入海水量，可以發(fā)現(xiàn)二者之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系（圖1）。對(duì)非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量和入海水量進(jìn)行回歸得到方程：

式中：x——流域非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量

y——入海水量

該關(guān)系式相關(guān)系數(shù)R2＝0.9381，相關(guān)關(guān)系極為顯著。因此在得知非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水的情況下可由此式推求入海水量，反之亦然。

圖1入海水量與非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量關(guān)系圖

以上探討了海河流域近年的水循環(huán)狀態(tài)，從它與生態(tài)環(huán)境的關(guān)聯(lián)中可知，目前海河流域地下水超采嚴(yán)重，雖然全流域淺層地下水蓄變量6年平均衰減8.9億m3，但由于超采區(qū)比較集中，因此超采區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重；另一方面流域水系生態(tài)環(huán)境耗水量很小，說明流域內(nèi)河道干涸、湖泊濕地萎縮現(xiàn)象由來已久，水系生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期處于破壞狀態(tài)，給今后流域的河流、湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)帶來很大困難：現(xiàn)狀入海水量在偏旱年份僅有十幾億m3，在一般年份也只有幾十億m3，河口生態(tài)環(huán)境堪憂。

3不同情景下海河流域水生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)

通過以上水循環(huán)與水生態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)分析方法的介紹和現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)案例分析可知，只要對(duì)水量平衡方程式兩端的若干輸入和輸出變量進(jìn)行界定和計(jì)算，并確定好狀態(tài)約束條件，即可根據(jù)未來不同時(shí)段流域水循環(huán)收支項(xiàng)變化去預(yù)測(cè)同期的水生態(tài)環(huán)境的情景。

作為情景分析，本報(bào)告中擬定對(duì)兩種類型的四種水資源配置方案下的水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)要分析如下：

（1）無南水北調(diào)條件下的水生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)。包括兩種情景，一是延續(xù)現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用方式，包括保持現(xiàn)狀外調(diào)水水平、繼續(xù)保持現(xiàn)狀深層和淺層地下水超采水平以盡量滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水需求；二是以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為中心的水資源開發(fā)利用方式，包括停止深層淺層地下水超采，恢復(fù)湖泊、濕地等水系生態(tài)面積；

（2）南水北調(diào)工程實(shí)施條件下的水生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)。包括兩種調(diào)水方案相對(duì)應(yīng)的兩種情景，其中基本方案2010和2030年調(diào)水總規(guī)模分別147.0億m3和223.0億m3，其中調(diào)入海河流域片分別為61.0億m3和96.0億m3；高方案2010和2030年調(diào)水總規(guī)模分別164.0億m3和249.0億m3，其中調(diào)入海河流域片分別為69.0億m3和103.0億m3。兩種調(diào)水方案情況下均采用以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為中心的水資源開發(fā)利用方式，包括停止深層淺層地下水超采、恢復(fù)湖泊、濕地等水系生態(tài)環(huán)境面積。

3.1計(jì)算條件和輸入變量

3.1.1無南水北調(diào)情景

在無南水北調(diào)工程供水時(shí)，水量平衡方程式兩端各項(xiàng)輸入和約束條件如下：

（1）進(jìn)入流域單元的總水量

水資源總量：為反映出海河流域現(xiàn)狀水資源衰減的實(shí)際情況，水資源總量按1994～1999年6年平均值358.0億m3考慮。

外調(diào)水量：目前海河流域?qū)嶋H平均引黃水量一般在54.3億m3，但實(shí)際配水定額只有41.0億m3，因此按41.0億m3計(jì)算。

深層開采量：

情景一仍保持目前深層開采水平，年均深層開采量為62.0億m3。

情景二考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，停止深層地下水超采。目前海河流域深層地下水年均開采量為62.0億m3，但對(duì)超采量的認(rèn)識(shí)差別很大。《海河流域水資源規(guī)劃》提出深層超采14.8億m3，另外此規(guī)劃認(rèn)為承壓水開采量為25.0億m3；《海河流域環(huán)境用水研究》提出深層超采41.0億m3；水文地質(zhì)研究所海河流域地下水現(xiàn)狀評(píng)價(jià)提出深層地下水補(bǔ)給量?jī)H13.0億m3，則按現(xiàn)狀開采量計(jì)算超采49多億m3；也有認(rèn)為深層地下水全部屬超采。根據(jù)本次研究成果，以超采量占41.0億m3考慮，可以開采但要逐步替代的開采量按22.0億m3考慮，因此計(jì)算中深層開采量以22.0億m3計(jì)。

（2）流域的蓄變量

水庫(kù)蓄變量：水庫(kù)蓄變量取為零。

地下水蓄變量：

情景一按近年年平均蓄變量一8.9億m3計(jì)算。

情景二考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，停止淺層地下水超采。淺層地下水具有以豐補(bǔ)枯的能力，因此超采與否按多年平均的蓄變量來考慮。從流域平均概念出發(fā)，地下水蓄變量為零即可滿足不超采。但由于海河流域超采主要集中在海河南系，而其他區(qū)域如灤河和徒駭馬頰河地下水開采較少，流域片內(nèi)各區(qū)來補(bǔ)平衡必需考慮這種來補(bǔ)地域不均衡現(xiàn)象。全流域?qū)嶋H年均蓄變量?jī)H為－9.0億m3，而實(shí)際局部地區(qū)多年平均超采量為20.0億m3，因此只有全流域在蓄變量為11.0億m3條件下，才能實(shí)現(xiàn)海河南系等嚴(yán)重超采區(qū)的采補(bǔ)平衡，實(shí)現(xiàn)全流域各片均不超采的生態(tài)環(huán)境目標(biāo)，因此地下水蓄變量按11.0億m3考慮。

（3）消耗水量

經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量：本次研究當(dāng)中，單元的經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量是按流域片的供水量和耗水率相乘求得。今后供水增長(zhǎng)主要用于工業(yè)和生活，二者目前的耗水率很低，通過節(jié)水耗水率會(huì)有提高；而農(nóng)業(yè)用水由于節(jié)水措施的實(shí)施，耗水率也將有所提高。根據(jù)分項(xiàng)分析計(jì)算，2010年總耗水率比現(xiàn)狀0.667提高至0.687，2030年提高到0.705。

水系生態(tài)環(huán)境耗水量：

情景一不考慮水系生態(tài)環(huán)境的改善，耗水量按目前年平均值2.7億m3計(jì)算。

情景二以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境目標(biāo)所需的耗水量為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)海河水利委員會(huì)的“海河流域環(huán)境用水研究”所提出的保護(hù)目標(biāo)，流域片水系生態(tài)環(huán)境用水目標(biāo)必需在2010年“保證南運(yùn)河、清涼江等骨干輸水河道用水，重點(diǎn)補(bǔ)充京津石等大城市周邊和東部地區(qū)1900km河道用水，恢復(fù)水面面積445km2。濕地修復(fù)，重點(diǎn)做好白洋淀的保護(hù)，改善團(tuán)泊洼、大浪淀、千頃洼三個(gè)濕地的生態(tài)環(huán)境，4處濕地面積471km2”。另外兼顧考慮北京、天津、石家莊及河北11個(gè)省轄市的河湖用水，水面面積100km2左右。根據(jù)以上水面面積、蒸發(fā)量、降雨量計(jì)算水系生態(tài)耗水量。2030年在2010年基礎(chǔ)上增加滹沱河、滏陽河、唐河、子牙河干流、大清河干流等河道的水面使恢復(fù)水面的河道長(zhǎng)度達(dá)到4100Km，面積達(dá)到1023Km2。濕地計(jì)劃全面恢復(fù)，包括寧晉泊、東淀、青甸洼、西七里海；大黃鋪洼、思縣洼等6處濕地，面積559km2，加上2010年恢復(fù)的白洋淀等4處，共計(jì)1023km2。城市河湖補(bǔ)水面積達(dá)到373km2。三項(xiàng)總計(jì)水系面積達(dá)到2426km2。

3.1.2有南水北調(diào)情景

在有南水北調(diào)供水時(shí)，水量平衡方程式兩端各項(xiàng)輸入和約束條件如下：

（1）進(jìn)入流域單元的總水量

水資源總量：按近6年平均值358.0億m3考慮。

外調(diào)水量：目前海河流域?qū)嶋H平均引黃水量一般在54.3億m3，但實(shí)際配水定額只有41.0億m3。按41.0億m3計(jì)算。另外在高方案中需要扣除被置換出去的那部分引黃量。再加上南水北調(diào)進(jìn)入海河流域的水量則外調(diào)水量是：

情景三在2010年為99.4億m3，2030年為1345億m3。

情景四在2010年為108.2億m3，2030年為142.0億m3。

深層開采量：同情景二，考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，停止深層地下水超采，深層開采量以22.0億m3計(jì)算。

（2）流域的蓄變量

水庫(kù)蓄變量：水庫(kù)蓄變量取為零。

地下水蓄變量：按情景二，考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，停止淺層地下水超采，地下水蓄變量按11.0億m3考慮

（3）消耗水量

經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量：按流域片的供水量和耗水率相乘求得，2010年總耗水率比現(xiàn)狀0.667提高至0.687，2030年提高到0.705。

水系生態(tài)環(huán)境耗水量：同情景二，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境目標(biāo)所需的耗水量為標(biāo)準(zhǔn)，2010年達(dá)到各類水面面積共1016km2，2030年達(dá)到各類水面面積2642km2，以此計(jì)算耗水量。

3.2不同情景下的流域水生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)分析

將以上各情景下的輸入變量和總體約束條件代入模型進(jìn)行計(jì)算，得到2010年和2030年有天南水北調(diào)條件下四種配置方案的運(yùn)算結(jié)果（表2）。

根據(jù)以上運(yùn)算結(jié)果，2010年和2030年

表22010年、2030年海河流域不同方案水循環(huán)（單位：億m3）

不同方案的水生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)結(jié)果分述如下：

情景一：無南水北調(diào)工程且延續(xù)現(xiàn)有的水資源開發(fā)利用方式

在這種情景下，2010和2030年外調(diào)水量維持現(xiàn)有的41.0億m3，深層地下水保持年超采41.0億m3，即開采水平62.0億m3，加上多年平均水資源量358.0億m3，進(jìn)入單元的總水量為461.0億m3，全流域深層地下水超采22.0億m3，水系生態(tài)耗水保持目前水平。在這種條件下，2010年和2030年經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量分別為298.8億m3和320.8億m3，較1994～1999年的平均水平分別增加16.2億m3和38.2億m3，增長(zhǎng)幅度為5.66％和13.52％。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水增長(zhǎng)的同時(shí)，2010年和2030年非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水較現(xiàn)狀平均值分別衰減15.5億m3和37.5億m3，減幅為7.67％和18.56％。在非經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水子項(xiàng)目當(dāng)中，水系生態(tài)耗水繼續(xù)維持現(xiàn)有的極低水平，區(qū)域陸地生態(tài)耗水無明顯變化。入海量較現(xiàn)狀平均水平進(jìn)一步下降，2010年和2030年分別衰減17.1億m3和33.5億m3。另外單元年平均水資源蓄變量為－8.9億m3，為淺層地下水年均蓄變量，年均深層超采量為220億m3。

從以上分析可知，在無南水北調(diào)工程條件下，繼續(xù)采取現(xiàn)有的水資源開發(fā)利用方式，2010年和2030年經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水雖有增長(zhǎng)但仍與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活提高的需求相距較大；而水系生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)維持現(xiàn)有的病態(tài)，陸地生態(tài)系統(tǒng)無明顯變化，入海水量進(jìn)一步有所下降。更為嚴(yán)重的是，按目前開采規(guī)模，淺層地下水在80年內(nèi)所有淺層含水層將完全枯竭，深層地下水10年左右將會(huì)完全疏干，從而必將造成無可挽回的生態(tài)環(huán)境災(zāi)難。

綜上所述，本情景分析中模擬的水資源開發(fā)利用方式，對(duì)于區(qū)域水循環(huán)過程來說無異于殺雞取卵。為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)一步破壞了自然水循環(huán)狀態(tài)，既不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活提高對(duì)水的需求，又將直接導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的全面退化，直至區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的崩潰，從而造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可持續(xù)性。

情景二：無南水北調(diào)工程但以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為中心

在這種情景下，2010和2030年外調(diào)水量繼續(xù)維持現(xiàn)有的41.0億m3，停止深層地下水的開采41.0億m3，加上多年平均水資源量358.0億m3，進(jìn)入單元的總水量為449.0億m3，較現(xiàn)狀平均水平減少25.2億m3。另一方面，為保證淺層地下水不超采，淺層地下水蓄變量必需維持在11.0億m3。根據(jù)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，2010年和2030年水系生態(tài)耗水量分別達(dá)到6.4億m3和13.2億m3，較現(xiàn)狀耗水量增加1.37倍和3.89倍，水系生態(tài)系統(tǒng)有很大程度的恢復(fù)，到2030年基本上可以實(shí)現(xiàn)流域提出的水系生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。陸地生態(tài)耗水主要受區(qū)域氣候背景影響，無明顯變化。本方案下2010年和2030年入海水量分別為47.1億m3和32.5億m3，較1994～1999年的平均水平低39.9％和58.5％，介于1998年和1999年之間。可以看出，本方案下的入海水量不僅沒有改善，反而有較大幅度地衰減，入?？谏鷳B(tài)環(huán)境將進(jìn)一步惡化。

本方案中2010年和2030年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量分別為256.9億m3和277.8億m3，較1994～1999年的平均水平低25.7億m3和4.8億m3，這表明在今后的二三十年當(dāng)中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水不但沒有上升，而是在現(xiàn)狀水資源短缺的基礎(chǔ)上進(jìn)一步下降，從而轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)損失量。以上數(shù)據(jù)和分析表明，在實(shí)施本方案情景下，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將受到極大制約，甚至出現(xiàn)倒退。

綜上所述，本情景中模擬的水資源開發(fā)利用方式，雖然對(duì)于地下水超采、水系生態(tài)環(huán)境等問題有較大的改善，基本能夠?qū)崿F(xiàn)既定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，但入海水量仍將進(jìn)一步減少，河口生態(tài)環(huán)境得不到改善。更為突出的是，將大大限制區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模和速度，如果不依靠調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)甚至有可能倒退，人們生活水平將會(huì)降低。但如果打破原有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，勢(shì)必要放棄原有的一些優(yōu)勢(shì)，如土地資源等。可以看出，本情景是一種典型的以經(jīng)濟(jì)換生態(tài)的方案，與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不符合。

情景三：實(shí)施南水北調(diào)工程基本調(diào)水方案

本情景2010年和2030年南水北調(diào)工程調(diào)水規(guī)模分別為147.0億m3和233.0億m3，其中調(diào)入海河流域單元的水量分別為61.0億m3和96.0億m3。在有外調(diào)水條件下，水資源開發(fā)利用過程中，將停止深層和淺層地下水超采。在滿足上述前提條件下，2010和2030年進(jìn)入流域單元的水資源總量分別為479.0億m3和515.0億m3，較現(xiàn)狀平均水平高出8.8％和13.5％。

在這種調(diào)水規(guī)模下，2010年和2030年水系生態(tài)耗水量分別為6.4億m3和13.2億m3，水系生態(tài)系統(tǒng)有很大程度的恢復(fù)，到2030年基本上可以實(shí)現(xiàn)流域提出的水系生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。同時(shí)，2010年和2030年入海水量分別為55.8億m3和51.5億m3，比1994～1999年平均入海量要低22.8億m3和26.9億m3，可以看出這一規(guī)模的調(diào)水對(duì)于入海水量的增加沒有明顯效果，河口生態(tài)環(huán)境狀況仍然較差。陸地生態(tài)耗水與與無南水北調(diào)工程時(shí)沒有明顯差別。

本情景中2010年和2030年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量分別為291.0億m3和332.0億m3，較1994～1999年的平均水平要高出7.0億m3和50.0億m3，比情景一高出0.3億m3和11.0億m3，比情景二高出33.0億m3和54.0億m3?？梢钥闯觯纤闭{(diào)工程在很大程度上緩解了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水增長(zhǎng)需求與區(qū)域水資源形勢(shì)的矛盾。

綜上所述，本情景中模擬的外調(diào)水方案，對(duì)于深層和淺層地下水超采、水系生態(tài)環(huán)境等問題都有較大改善，2030年基本能夠?qū)崿F(xiàn)既定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，但對(duì)于入海水量的增加無明顯效果，河口生態(tài)環(huán)境不會(huì)因?yàn)槟纤闭{(diào)工程而出現(xiàn)明顯改善。另一方面，本方案經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量較現(xiàn)狀水平有了明顯提高，對(duì)于區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有巨大的促進(jìn)作用。

情景四：實(shí)施東中線調(diào)水高方案

本情景2010年和2030年南水北調(diào)工程調(diào)水規(guī)模分別為164.0億m3和249.0億m3，其中調(diào)入本流域單元的水量分別為69.0億m3和103.0億m3。在該調(diào)水規(guī)模，水資源開發(fā)利用過程中將完全停止深層和淺層地下水超采，另外仍需利用引江水置換出相關(guān)引黃水退還給黃河流域?；谏鲜銮疤釛l件，2010和2030年進(jìn)入流域單元的水資源總量分別為488.0億m3和522.0億m3，比現(xiàn)狀平均水平高出14.0億m3和47億m3。

在這種調(diào)水規(guī)模下，2010年和2030年水系生態(tài)耗水量按水系生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)要求，分別達(dá)到6.4億m3和13.2億m3，大大改善了水體生態(tài)系統(tǒng)狀況，到2030年基本上可以實(shí)現(xiàn)流域水系生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。另外，2010年和2030年入海水量分別為57.9億m3和53.1億m3，雖然較情景二和情景三略有增加，但由于經(jīng)濟(jì)用水的擠占，與1994～1999年平均入海量相比仍低20.5億m3和25.3億m3，可以看出這一規(guī)模的調(diào)水對(duì)于入海水量的增加依舊沒有明顯效果。陸地生態(tài)耗水與與無南水北調(diào)工程時(shí)沒有明顯差別。

本情景中2010年和2030年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量分別為297.0億m3和337.0億m3，較1994～1999年的平均水平要高出14.0億m3和55.0億m3，2030年較比情景一高出17.0億m3，比情景二高出40.0億m3和60.0億m。依據(jù)前面研究結(jié)果顯示，在這一規(guī)模的調(diào)水情況下，海河流域2010年和2030年缺水率為6.8％和3.4％?？梢钥闯?，南水北調(diào)工程基本上能夠滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水增長(zhǎng)需求。

綜上所述，在高方案調(diào)水規(guī)模情景下，海河流域單元內(nèi)深層和淺層地下水超采問題基本得到解決，水系生態(tài)環(huán)境問題也有較大程度的改善，2030年基本能夠?qū)崿F(xiàn)既定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，但對(duì)于入海水量的增加仍然沒有太大效果，河口生態(tài)環(huán)境不會(huì)因?yàn)槟纤闭{(diào)規(guī)模的加大而出現(xiàn)明顯改善。另一方面，本情景經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水量較現(xiàn)狀水平有了很大程度的提高，基本能夠滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水增長(zhǎng)的需求，從而保障了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，但與基本調(diào)水規(guī)模方案相比無大的差別。

4結(jié)論

海河流域水資源短缺，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水的需求的壓力造成水資源開發(fā)利用過度。人類大規(guī)模的水資源開發(fā)利用使得流域天然水循環(huán)過程和狀態(tài)發(fā)生了很大變化，與之有關(guān)的水生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了巨大改變。目前海河流域已經(jīng)出現(xiàn)了地面沉降、地裂、海水入侵、河道干涸、湖泊濕地萎縮消失、土地干燥沙化、河口生態(tài)環(huán)境退化、水質(zhì)污染等一系列與水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題。如果繼續(xù)延續(xù)現(xiàn)有的水資源開發(fā)利用方式，按照情景一的預(yù)測(cè)結(jié)果，海河流域的生態(tài)系統(tǒng)將遭受無法逆轉(zhuǎn)的損害，從而并發(fā)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展將不可持續(xù)問題。換一個(gè)角度來說，如果采取以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為中心的水資源開發(fā)利用方式，在沒有外來水源的條件下，其結(jié)果必將如情景二所描述那樣，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展因此受到極大制約，甚至有可能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)倒退現(xiàn)象，其前景也是不足取的。從情景一、二預(yù)測(cè)結(jié)果分析表明，如果沒有外來水源，海河流域今后的發(fā)展勢(shì)必陷入在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)間進(jìn)行兩難選擇的困境。

南水北調(diào)是構(gòu)筑我國(guó)黃淮海流域乃至整個(gè)北方地區(qū)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的水資源保障體系的有效途徑。工程在給城市供水的同時(shí)，由于大量地表水體進(jìn)入流域以及人為的調(diào)控，將會(huì)使流域水循環(huán)過程發(fā)生了較大變化，從而改善與之使相關(guān)聯(lián)的水生態(tài)環(huán)境。情景三和情景四模擬了基本規(guī)模調(diào)水方案的情景，結(jié)果表明在實(shí)施南水北調(diào)工程條件下，區(qū)域內(nèi)一些比較突出的生態(tài)環(huán)境問題，如地面沉降、海水入侵等問題基本能夠得以控制，在一般情況下可保持大多數(shù)河道的最小基流和湖泊濕地水面面積，生物多樣性逐漸得到恢復(fù)。然而由于南水北調(diào)工程規(guī)模和目標(biāo)限制，入海量?jī)H能維持現(xiàn)狀水平，河口生態(tài)環(huán)境退化的趨勢(shì)難于抑制。由于入海流量無明顯變化，即河流的水環(huán)境容量沒有因?yàn)槟纤闭{(diào)工程而有明顯增加，因此河流嚴(yán)重污染的現(xiàn)狀在本報(bào)告規(guī)劃規(guī)模下難以得到有效遏制。此外海河流域水土流失問題主要集中在山區(qū)，與南水北調(diào)工程無直接聯(lián)系，因此流域水土流失在南水北調(diào)工程實(shí)施后仍沿現(xiàn)有趨勢(shì)發(fā)展。還需要指出的是，情景三和情景四在保障了一部分生態(tài)耗水需求條件下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)耗水供需間仍存在一定缺口，總體缺水率都在10％以下，雖然情景四較情景三略好，但無明顯差別，社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展既定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)基本上都有相應(yīng)的保障。

從本次情景分析的模擬結(jié)果可以看出，南水北調(diào)工程整體上遏制了海河流域水生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢(shì)，使現(xiàn)狀較為突出的地下水位、河道、湖泊濕地等生態(tài)環(huán)境問題上有所改善，但水體污染、水土流失等問題基本沒有改善，海河流域的生態(tài)環(huán)境整體狀況仍不容樂觀。