论环境变化对河北省可利用水资源的影响
摘要:环境变化及其对可利用水资源的影响是复杂的,根据50年代以来的大量统计数据分析表明,近30年来,由于自然环境的变化、人类活动的增强,河北省可利用水资源量处于减少的态势。降水量减少、气温升高是造成水资源减少的根本原因。地下水超采所引起的地下水位持续下降,不仅造成地表产流减少,而且使降水对地下水的补给量减少。作物产量水平的提高,在直接消耗大量水资源和土壤水分的同时,也使农田蒸散加强,从而造成地表径流量和地下水补给量的减少。在新一轮水资源评价中,要充分考虑环境变化对水资源的影响,加强地下水位大埋深条件下,地表产流量,地下水补给量,以及作物产量水平提高对水资源影响的实验研究,以提高新一轮水资源评价成果的精度。
关键词:可利用水资源 气候变化 地表径流 地下水补给 作物需水量
河北省是全国最严重缺水的省份之一,人均水资源占有量只有全国人均水平的1/6,水资源供需矛盾十分突出。水资源短缺已成为制约河北省经济高速发展、人民生活水平提高的“瓶颈”。“六五”、“七五”期间国家投入大量资金对包括河北省在内的华北地区水资源进行了勘查、评价、实验、研究等方面的工作,取得了许多成果,为国家的经济建设作出了贡献。但是,近几十年来,特别是近30年来由于全球气候的变化、人类经济活动的大幅度增加,对水资源的可利用数量、水环境质量的影响愈来愈大。因此,在新一轮水资源评价中应充分考虑这些变化的影响,以便对水资源的数量作出准确的、符合实际的评价。本文主要论述环境变化对河北省可利用水资源量的影响。
1 气候变化对可利用水资源的影响
1.1 气温变化对可利用水资源的影响
气候变化是引起河北省水资源危机的主要原因之一。据河北省42个气象台站的资料统计[1],20世纪50-60年代,全省年平均气温的增幅大部分台站为0.1-0.6℃;60-70年代,年平均气温的增幅多为0.1-0.7℃;70-80年代,增幅多为0.1-0.6℃;80-90年代,全省各站年平均气温的增幅为0.2-1.2℃,其增幅最大。在近50年的时间里,从50年代到90年代,河北省各地年平均气温上升了0.2-2.1,全省平均上升了1.0℃。河北省大部分地区年平均气温50年代最低,90年代最高,其中80年代以来升高最快。统计资料表明年平均气温升高(变暖)主要是由于冬季平均气温升高及最低气温升高(夜间温度升高)所致,而夏季平均气温和最高气温(白天温度)变化较小。
若不考虑其它气象因素的变化,气温变化对水资源的影响主要表现为温度升高使水体的蒸发量加大,蒸发强度提高。无论水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发,还是潜水的蒸发,气温的升高都会使水的消耗量增加,造成人们可以利用的水资源数量的减少。水面蒸发主要受气象因素的影响,土面蒸发、叶面蒸发、潜水蒸发除都受气象因素影响外,还分别与土壤供水能力、作物生理状况、地下水位埋深等因素有关,在其它条件相同的情况下,气温升高对其产生的影响最为重要,是造成可利用水资源数量减少的主要原因之一,但,还需加强其定量关系方面的研究。50年代以来,河北省气温随年代逐渐上升,80年代以来上升最快,往往是高温干旱同时出现。高温加剧了旱情,使农田需水量增加;高温也使城市生活用水量增加,加大了城市供水的负担。高温干旱使水资源的供需矛盾更加突出。
1.2 降水量变化对可利用水资源的影响
根据河北省1112个测站的资料统计[1],全省平均降水量从50年代至80年代逐渐减少,减幅为79.7mm,平均每10年减少26.6mm其中山区比平原区减幅大;90年代后有所回升,但仍比50年代少62.1mm(表1)。资料统计表明,50-90年代,全省除个别站点年平均降水量有所增加外,绝大多数站点平均降水量随年代增加而减少。冀东沿海、太行山北部、冀南平原大部及怀来、遵化等地减少100mm以上,其中邯郸、青县等站点减少150mm,其它地区一般减少几至几十毫米不等。
一般情况下,一个地区可利用水资源的数量主要是指可以恢复再生的地表水资源量、地下水资源量、以及土壤水资源量。由于土壤水资源不能被人们直接开发利用,主要为植物所吸收,对人类来讲是一种间接资源,并且由于自然条件的复杂性对此进行准确评价是非常困难的,因此,在进行区域水资源评价时,主要考虑地表水资源和地下水资源。地表水资源量主要是指地表水多年平均径流量,并按流域进行计算;地下水资源量主要是指地下水多年平均补给的淡水(矿化度M<2g/L)资源量,并按地下水含水系统(或水文地质单元)进行评价。河川径流量主要来自大气降水量,其次为山区地下水的补给;地下水补给量主要来自大气降水、地表水、以及其它含水层的越流补给,而地表水补给和越流补给归根结底都来自大气降水的补给。因此,一个地区水资源的丰富程度主要取决于大气降水量的多少。无论是地表水,还是地下水,它们的最终补给源头只有一个——大气降水,因此,大气降水量的减少是导致河北省可利用水资源紧缺的根本原因。
2 地下水超采对可利用水资源的影响
2.1 地下水开采状况
河北省是一个开采利用地下水为主的省份,近年来,地下水开采量达160多亿m3/a,地下水实际利用量占全省水资源利用量的75%-80%,地下水总量约有85%用于农田灌溉,全省地下水开采井数量达70多万眼,使河北省成为全国拥有开采井数量最多的省份,地下水开采量居全国之首。
回顾近半个世纪以来,河北省地下水开采量由小到大,开采深度由浅至深。据有关资料统计[2],50年代,全省地下水以开采孔隙潜水为主,开采深度为10-15m,地下水开采量约30多亿m3/a,井灌面积约67×104hm2,地下水处于平衡状态。60年代,地下水开采仍以孔隙潜水为主,开采深度20-40m,开采量约50亿m3/a,井灌面积近133×104hm2,地下水仍处于平衡状态。70年代,在山前平原出现潜水-承压水混合开采,井深达到60-80m;在平原区,开始大量开采深层承压水,开采深度为200-250m。这一阶段地下水开采量达到约110亿m3/a,其中河北平原地下水开采量约100多亿m3/a(其中深层地下水开采量约10多亿m3/a),农田抽水井达57万眼,其中深井达8万眼,井灌面积达到233×104hm2,这一时期地下水水位开始区域性下降,并出现若干水位下降漏斗。80年代,全省地下水开采总量达130亿m3/a,其中河北平原地下水开采量达120亿m3/a(其中深层地下水开采量约20亿m3/a),配套机井约60万眼,井灌面积达287×104hm2,开采深度为170-350m。90年代,全省地下水开采总量达160亿m3/a,其中河北平原地下水开采量约135亿m3/a(其中深层地下水开采量约30亿m3/a),开采井达70多万眼,井灌面积约280×104hm2,开采深度为250-380m(见表2)。
2.2 地下水超采对可利用水资源的影响
河北省从80年代以来,全省地下水开采量约140亿-150亿m3/a,其中河北平原开采量约120亿-130亿m3/a,深层地下水开采量20亿-40亿m3/a,一般每年超采达15亿-23亿m3/a,最高年超采约30亿-40亿m3/a。根据1985-1995地下水开采资料[2],浅层地下水超采面积17715km2,其中严重超采区域1780km2,超采量为15.6亿m3/a;深层地下水超采面积4.3万km2,其中严重超采面积3.1万km2,超采量为8.9亿m3/a,合计超采24.5亿m3/a。因此,区域地下水位产生大幅度下降,其中河北平原浅层地下水普遍下降5-15m,深者达20-30m;深层地下水位普遍下降20-40m,深者达40-50m。浅层地下水超采区域主要分布在太行山山前平原的中南部地带,而深层地下水超采区域较集中分布在京津以南的中部滨海平原.
由于地下水的大量开采和超采,不仅造成区域地下水位大幅度持续下降,同时在开采强度较大、用水集中的城市地区出现了规模不等的地下水位降落漏斗。河北平原从70年代初期形成地下水位下降漏斗,并且逐渐转化为常年性漏斗,到1995年为止20多年时间里,形成发展为20多个地下水位降落漏斗。其中浅层地下水位降落漏斗主要分布在河北平原山前平原及其与中部平原交接地带的城市附近,至1995年共有常年性漏斗10个;深层地下水位下降漏斗主要分布在河北平原中部至滨海地区,有常年性漏斗12个。据观测资料,规模较大的是石家庄漏斗,冀枣衡漏斗和沧州漏斗[3]。
石家庄漏斗是浅层潜水疏干漏斗,中心位于石家庄市,自1965年到1990年,漏斗中心水位埋深由7.57m下降到37.22m,漏斗中心水位累计下降29.65m,平均每年下降1.2m,1990年漏斗面积达338km2。冀枣衡漏斗主要是深层承压水漏斗,中心位于衡水市,该漏斗形成于70年代初期,自1972年至1990年,漏斗中心水位埋深由20.98m下降到56.84m,漏斗中心水位累计下降35.86m,平均每年下降2.24m,漏斗涉及面积达4032km2。沧州漏斗是深层承压水漏斗,中心位于沧州市,从开发初期的1965年到1990年,中心水位下降总量为82.08m,平均每年下降3.28m,漏斗面积达1415.2km2(详见表3)。
河北平原地下水的补给来源以大气降水为主,大气降水入渗补给占地下水总补给量的,近70%。70年代以来,由于地下水的大量开采,河北平原大范围内地下水位持续下降,地下水位埋深大幅度增加,包气带大幅变厚。我们知道,包气带是连接大气降水与地下水的中间纽带,包气带对大气降水具有一定的拦蓄作用。因此,进入包气带的降水并没有全部补给地下水,而是大部分被包气带吸收转化为土壤水,并以土面蒸发和叶面蒸腾的形式向大气排泄,进行水循环。据有关资料,河北平原总降水量约有70%以上都转化为土壤水,另一小部分向深层渗入含水层,转化为地下水。大气降水补给地下水的数量除与大气降水的多少、包气带岩性、植被覆盖生长情况、前期土壤含水量等因素有关外,还与包气带厚度有关。在相同条件下,包气带厚度愈大,则包气带拦蓄滞留的大气降水就愈多,大气降水通过包气带补给地下水的数量就愈少。因此,区域地下水位的下降,特别是太行山山前倾斜平原的补给区,包气带厚度的增加,是造成地下水补给量减少的主要因素之一。另一方面,包气带厚度的增加,会使更多的大气降水被包气带所吸收,导致地表产水量减少,从而导致地表水资源的减少。从而,造成可利用水资源数量的减少。
3 地表径流变化对可利用水资源的影响
3.1 地表径流的变化
河北省的河流,分属于海河、滦河、辽河和内陆河四个水系。海河流域面积最大为12.46万km2,滦河流域面积为4.64万km2,辽河支流流经承德地区东部,流域面积0.49万km2;内陆河流域在张家口的坝上地区,河道以内陆湖泊为归宿,面积1.18万km2。据河北省水利厅资料,50年代,全省径流总量为199亿m3/a,入海水量为86.4亿m3/a;80年代,全省径流总量为81.3亿m3/a,入海水量为13.2亿m3
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