人类活动影响下长江流域水资源演变趋势及对策

雷静

【摘 要】目前，长江流域总体水资源开发利用程度较低，人类活动影响下对长江流域水资源演变趋势的研究还处于起步阶段。在分析土地利用变化、河道外取用水、废污水排放和水库调节可能对流域水资源演变趋势产生影响的基础上，详细研究了河道外取用水影响下干流主要控制站下泄水量的演变趋势和水库调节影响下主要控制站径流量年内分配过程的演变趋势。据此提出了应对人类活动影响的对策措施和开展分阶段深入研究的建议。%The study of water resources evolution trend of Yangtze River Basin under influences of human activities is still in initial stage due to the low development and utilization degree of overall water resources of Yangtze River. On the basis of analy-zing the influences of land utilization variation, water intake outside the river channel, sewage release and reservoir operation on water resources evolution trend, the variation trend of discharge volume from major control stations of the mainstream under the influence of water intake outside river channel is researched, so is the evolution trend of annual runoff distribution process of the major stations under the operation of reservoirs. The

countermeasures and suggestions for further study by stages are put forward.

【期刊名称】《人民长江》 【年(卷),期】2014(000)007 【总页数】4页(P7-10)

【关键词】水资源利用;人类活动影响;三条红线;河道外取水;长江流域 【作 者】雷静

【作者单位】长江勘测规划设计研究院 规划处，湖北 武汉430010 【正文语种】中 文 【中图分类】TV213.4

1 研究背景

近几十年来，全球气候变化和日益加剧的人类活动使水循环和水资源状况发生了复杂的演化。人类活动对水资源的深刻影响一方面表现在水资源的开发利用上，另一方面则表现在土地利用上。从国际整体研究现状来看，天然状态下水循环过程的研究比较成熟，而针对人类活动对于水文循环和水资源形成与演化过程的干扰作用机制和人类活动作用下水资源演变规律研究，仍处于起步阶段，基础理论与模型方法体系尚未真正形成。

在国内，2004年王浩等完成了国家“973”项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”，其相关成果可体现我国当前研究水平［1］。近十年来，王浩等应用原创性的流域水资源二元循环模型，采用情景分析法，对我国北方黄河流域、海河流域、松辽河流域及其子流域在人类活动影响下的水资源演变趋势开展了大量研究［2-7］。相对我国北方来说，长江流域水资源总量较丰沛，水资源开发利用率较低，对人类活动影响下流域水资源演变趋势的相关研究起步较晚，研究成果相对较少。曹丽娟等应用区域气候模式和大尺度汇流模型的研究表明，土地利用(植被覆盖)变化加剧了长江流域夏季水循环过程，使夏季长江中下游地区降水增多，径流增大［8］;王雁等应用统计学方法研究了降水减少和人类活动引起的下垫面变

化对长江流域径流量变化的贡献率［9］。近年来，长江水利委员会完成了一系列针对长江流域水资源演变趋势的相关研究项目。在水利部公益性行业专项经费项目“长江流域水资源演变规律及变化趋势分析”中，以嘉陵江流域为典型流域，构建了分布式水文模型，探索人类活动影响下的流域水资源时空变化规律及趋势;在多个科研项目中，研究了长江干支流控制性水利水电工程建成后不同调度方式下中下游主要控制站的流量变化趋势。 2 人类活动对长江流域水资源演变的影响 2．1 土地利用变化的影响

人类活动引起的植被变化(如毁林和造林、草地开垦等)、农业开发活动(如农田开垦、作物耕种和管理方式等)、水域面积变化(湖泊围垦、修建水库等)、道路建设以及城镇化等土地利用变化引起流域下垫面发生渐进式变化，从而引起流域产汇流特性的改变，进而影响干支流水文情势变化。

在长江流域水资源综合规划中，对比了1980～2000年系列(代表20世纪90年代下垫面条件)与20世纪80年代完成的长江流域第一次水资源评价(1956～1979年系列，代表20世纪70年代下垫面条件)成果，产水系数分别为0．52，0．50，仅相差 0．02(相对差4%)。这表明，长江流域的降水产流关系变化较小，下垫面状况对水资源总量的变化影响不大。

21世纪以来，长江流域经济社会的迅速发展使土地利用产生了进一步的深刻改变，随着城镇化、工业化进程加快，这种改变还将持续。2000年长江流域城镇化率为30%左右、城镇人口1．34亿人，2010年城镇化率为44%左右、城镇人口约2亿人，预计到2030年城镇化率将达到60%左右、城镇人口约3亿人，按城镇人口人均建设用地100 m2估算，2030年较2010年将新增城镇建设用地1万km2。随着建设用地的增长，流域内耕地面积将有所减少，2007年耕地面积3 080万hm2，预测到2030年约为3 033．33万hm2。为保障粮食安全，农田和林草有

效灌溉面积逐步增长，农业种植结构不断调整，2007年农田有效灌溉面积1 506．67万hm2，预计到2030年达1 953．33万 hm2;持续开展水土保持工作，预计至2030年共治理水土流失面积约40万km2;大量水库的建成将增大水域面积。这些土地利用变化引起流域下垫面条件的变化，将对流域水资源演变产生复杂的影响。

2．2 河道外取用水的影响

为了支撑河道外社会经济发展用水需求，通过取水设施直接引取利用河川径流或地下水，将对取水口以下河流的自然流量和过程造成直接影响。类比我国北方地区相关研究粗略分析［2-7］，长江流域供水以地表水为主，流域取用水对流域狭义水资源总量(即传统水资源评价中的地表水资源量与不重复的地下水资源量之和)影响不大，但取用水中不能回归到下游河道的用水消耗量造成下游实际径流量减少，进而影响入海水量。

长江流域多年平均水资源量约9 958亿m3，入海水量约占天然径流量的94%以上。1980～2010年，长江流域河道外一次供水量(不含跨流域调水量，下同)从1 325亿m3增加到1 983亿m3，增加了658亿m3，年均增加22亿m3。2010年流域用水消耗量为982亿m3。预测到2030年，全流域配置的河道外一次供水量为2 348亿m3，用水消耗量为1 212亿m3，用水消耗量较2010年增加了230亿m3。

长江流域水资源在保障该流域经济社会发展用水同时，也是全国水资源配置的重要水源地。现状条件下，长江流域年调(引)出水量为90．4亿m3;到2020年，流域规划年均调出水量约276．9亿 m3;到2030年，年均调出水量达到约452．5亿m3。跨流域调出的水量均不能回归到长江流域，从而造成调水工程取水口以下径流量减少。跨流域调水工程与该流域耗水量叠加，对入海水量产生较大影响。 2．3 废污水排放的影响

河道外取用水一方面造成用水消耗，另一方面用户利用后排入河道的废污水又影响水体水质。随着沿江产业带的迅猛发展，长江流域废污水排放总量逐年增加。据统计，2011年流域内点污染源(包括工业和城镇生活污染源)废污水排放量为342亿t，已超过20世纪80年代末废污水排放量的1倍以上。长江干流沿岸城市废污水排放量约占全流域排放总量的50%左右，上海、南京、武汉、重庆、攀枝花等5个城市江段近岸水域污染尤为突出。地表径流、农田径流、农村生活污水及生活垃圾、水土流失、分散式禽畜养殖等非点源污染随降雨径流入河的COD、氨氮污染负荷总量与点源污染负荷入河总量相当。据预测，2030年长江流域COD入河量为503．2万t，比现状增加37．5%，氨氮入河量65．88万t，比现状增加79．51%。入河污染物排放量的持续增加，将导致长江流域整体水质进一步恶化。此外，突发水污染事故没有固定的排放方式和途径，往往在短时间内排放大量有害污染物，对事故影响范围的水质造成影响。 2．4 水库调节的影响

水库调节作用主要体现为改变径流的时程分配。从流域总体角度来看，水库调节对入海径流量总量上影响较小，但影响其分配过程。长江流域已建和在建的水库众多，其中，三峡工程是长江开发治理的关键工程，随着三峡水库的建成及干支流水库群的逐步形成，水库对径流的调蓄势必对下游水沙情势产生影响。 3 人类活动影响下的水资源演变趋势 3．1 河道外取用水的影响

选取1956～2000年45 a系列天然径流量，分析2000～2030年不同水平年由于河道外取用水引起的长江中下游干流宜昌、汉口、大通3个主要控制站多年平均下泄水量演变趋势，如图1所示。各控制站多年平均天然径流量扣除控制站以上各水平年经济社会发展情景下多年平均用水消耗量，再考虑跨流域调水量，即为各站各水平年的多年平均下泄水量。

经计算，2000年水平年，宜昌、汉口、大通3站多年平均下泄水量分别占其多年平均天然径流量的94．6%，92．6%和92．4%。2030年流域用水调水情况预计见表1。

图1 长江中下游主要控制站多年平均下泄水量演变趋势

表1 2030年流域用水调水情况/%宜昌站以上流域区间 多年平均用水消耗量/亿m3跨流域调出水量/亿m3多年平均下泄水量占天然径流量比例338 100 89．7汉口站以上 718 236 86．8 974 236 87．4大通站以上

到2030年，预计长江流域大通站以下多年平均用水消耗量为238亿m3，南水北调东线等跨流域工程调出水量约216亿m3。经推算，长江多年平均入海水量约占天然径流量的83%左右。随着经济社会发展，流域内用水消耗量持续增加，南水北调等跨流域重大调水工程逐步实施，长江中下游主要控制站多年平均下泄水量和入海水量将呈现逐步下降趋势。 3．2 水库调节的影响

以三峡水库为核心的长江上游干支流控制性水库相继建成，较大的调节库容将改变中下游径流量的年内分配过程。通过调度模型，选取1959～2006年48 a连续径流系列，对近景和远景水平年在三峡水库等长江上游干流控制性水库不同调度方式影响下，中下游干流主要控制站径流量年内分配过程演变趋势进行分析。近景水平年考虑上游干支流已建的三峡、二滩等12座控制性枢纽，远景水平年在近景水平年基础上增加在建及规划的溪洛渡、双江口等16座控制性枢纽。在满足水资源综合利用要求的前提下，分散调度方式即各水库以自身的发电指标最优为控制目标，联合调度方式即以长江上游干支流水库群整体发电指标最优为控制目标来协调各水库的蓄、放水次序。

由于上游干支流水库调节的影响，长江中下游主要控制站汛期流量总体减少，枯期流量总体增大。以大通站为例，从上游调节水库影响下大通站多年平均流量年内分

配过程变化可以看出，联合调度方式下，与天然径流量比较，近景水平年大通站多年平均径流量在6月中旬至11月中旬、4月下旬至5月上旬减少，在11月下旬至4月中旬、5月中旬至6月上旬增加;远景水平年多年平均径流量在6月中旬至11月中旬减少，11月下旬至6月上旬增加。

天然状态1959～2006年系列中，12月至次年3月大通站满足10 000 m3/s流量的保证率为72．7%。在上游水库调节影响下，近景水平年分散调度方式下，其保证率提高到95．5%，联合调度方式保证率为96．7%;远景水平年分散调度方式保证率为96．9%，联合调度方式保证率可提高到99．7%。远景水平年，随着上游控制性水库增加，调节能力增强，长江中下游主要控制站枯期流量增加且保证率提高;采用联合调度方式，比分散调度方式更能提高枯期流量保证率。 4 对策措施［10］

(1)严格落实水资源管理“三条红线”控制指标。到2030年，长江流域用水总量控制在2 310亿m3以内;用水效率达到或接近世界先进水平;主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。将控制指标逐级分解落实，加强考核监督。通过用水总量控制来调控河道外取用水规模，抑制不合理用水需求，降低对水资源的过度消耗，将流域水资源开发利用程度控制在水资源和水环境承载能力范围内。用水效率控制是用水总量和排污量控制的有效抓手，以节水促减污，通过提高用水效率促进需水管理。限制排污总量，协调保护与发展，以限排促节水，减少污染物排放，保护和改善江河湖库及地下水的水质状况。

(2)缓解跨流域调水工程的不利影响。从长江流域及各分区水资源总量来看，在一般年份，规划的跨流域调水工程对长江流域水资源利用影响总体不大，但部分调水工程对水源工程所在区域或河段水资源利用及生态环境产生一定影响。在枯水年份，对长江口地区咸潮入侵有一定影响。因此，实施过程中必须正确处理好水源区与受

水区、资源环境与经济社会发展的关系，落实缓解不利影响的补偿措施。 (3)流域重大水资源利用工程逐步实行统一调度。对流域重大水资源利用工程实行统一调度，协调流域内用水要求和跨流域调水的关系，保障两湖地区、长江口等重点地区的供水安全，以实现流域整体经济效益、社会效益和生态环境效益的最大化。 (4)完善水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护的各项管理制度。人类活动对流域水资源的影响贯穿于水资源取、用、耗、排的全过程，要应对这些过程中产生的各种不利影响，应坚持水资源统一管理的原则，完善水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护的各项管理制度，以实现最严格的水资源管理。建立健全总量控制与定额管理相结合的用水管理制度，完善水资源论证和取水许可管理制度，建立计划用水和水资源统一调度管理制度，健全水资源与水生态环境保护制度，完善水资源有偿使用制度和经济调节机制，健全干旱及突发事件应急管理制度，逐步建成水资源监测监控体系。 5 结论与建议

随着经济社会发展，流域内用水消耗量持续增加，南水北调等跨流域重大调水工程逐步实施，长江中下游主要控制站多年平均下泄水量和入海水量将呈现逐步下降趋势;随着上游控制性水库增加，调节能力增强，长江中下游主要控制站枯期流量将增加且保证率提高。对于人类活动影响下长江流域水资源演变趋势的相关研究，建议今后按4个阶段进一步深化。

(1)第一阶段将河道外取用水和水库调度两个影响因素联合起来，研究流域河道外取用水、跨流域调水工程与流域内控制性水电工程全部实施后的叠加累计影响，重点研究对两湖地区、长江口地区等重点地区水资源演变趋势的影响，研究流域水资源统一调度方案。

(2)第二阶段在第一阶段研究基础上，将废污水排放因素考虑进来，研究河道外用水后排放的废污水对流域水质的影响，加强水量水质耦合研究。

(3)第三阶段在充分收集流域下垫面情况相关数据基础上，考虑土地利用变化因素，建立长江流域二元循环分布式水循环模型，综合考虑人类活动所有因素影响下流域水资源(包括水量、水质)的演变趋势。

(4)第四阶段可用一些合适的模型或多模式的集成研究分析气候变化和人类活动的影响，特别对于旱涝等极端水文过程，开展这方面的研究非常必要。 参考文献:

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