南水北调来水对受水区典型区域生态社会效应研究及其宏观调控综述

第一篇：南水北调来水对受水区典型区域生态社会效应研究及其宏观调控综述

南水北调来水对受水区典型区域生态社会效应研究

及其宏观调控综述

摘要：南水北调工程是缓解我国北方水资源紧缺的重大战略性基础设施，其中线工程通水后，调水去和受水区的水文情势均将发生变化。本文介绍了南水北调现状，分析了南水北调工程对调水区和受水区的影响与评价，研究了水文条件改变对区域生态社会影响的模拟模型、受水区生态环境影响的调控机制以及水价值的完整性，并探讨了南水北调研究中存在的问题及对未来的展望。关键字：南水北调 调水区 受水区 生态环境 水价值

南水北调中线工程是一项跨流域、跨省市的特大型水利工程，是优化我国水资源配置、关系实现全面建设小康社会宏伟目标的重大基础性战略工程。该工程的实施不仅能有效缓解京津冀地区的严重缺水状况，而且能改善区域生态环境、支撑该地区国民经济和社会的可持续发展。揭示外调水的水量、水质对当地地表水和地下水系统的影响机制，构建南水北调不同调度情景下对受水区经济社会与生态环境的影响效应评价体系与评价方法，对于提出科学合理的南水北调来水与当地水等联合调控的改进策略十分重要。

1.南水北调中线工程概述

南水北调中线工程从丹江口水库陶岔闸引水，经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿唐白河流域和黄淮海平原西部边缘开挖渠道，在河南省郑州市附近通过隧道穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，自流到北京、天津。输水干渠全长1273公里，向天津输水干渠长154公里。年调水规模130亿立方米，重点解决北京、天津、石家庄、郑州等沿线20多座大中城市的缺水问题，并兼顾沿线生态环境和农业用水。中线工程分二期实施，第一期工程建设主要目标:丹江口大坝加高后，从丹江口水库自流引水，通过硬化明渠输水到河南、河北、北京、天津四省市。中线一期工程平均每年可调水95亿立方米。

历经半个世纪的研究论证，2002年12月27日朱镕基总理在人民大会堂宣布了工程开工，这标志着南水北调工程由规划阶段转入实施阶段。2003年底12月28日，河北省境内的滹沱河倒虹吸率先开工建设，拉开了中线工程建设的序幕。之后，古运河暗渠、唐河倒虹吸、曹河段、釜山隧洞相继开工，至2006年底，南水北调京石段所有标段全部开工建设，掀起了中线工程建设的高潮。

南水北调中线工程通水后，京津冀受水区水文条件、水环境状况将发生改变，这些变化将对受水区的水生态环境、地下水恢复及典型区域的生态社会效应产生影响。这些影响及综合调控是维系工程运行调度的重大基础命题，关系到区域生态安全、社会稳定及经济的可持续发展。

由于调水改变了流域间以及区域间的水资源分布, 调水区和受水区的水文情势均将发生变化, 从而引起一系列的生态环境变化。水文过程控制了许多基本生态学格局和生态过程[1], 特别是控制了基本的植被分布格局[2], 是生态系统演替的主要驱动力。水文过程可调整和配置景观内的“流”(包括营养物、污染物、矿物质、有机质)和水质、水位(特别是地下水浅水位)变化等, 影响植物的群落结构、动态、分布和演替[3]。因此可利用水的流量、流速、质量等水文要素对生态系统进行重建[4]。

2.国内外调水工程相关研究分析

2.1南水北调工程对调水区的影响及评价研究

南水北调工程对调水区生态环境影响的研究已有较多文献报道。研究方法主要是定性描述法、生态图法、生态机理分析法、类比分析法、综合指标法、景观生态学分析法、生产力评价法、生物多样性定量评价法与层次分析法等，研究侧重点主要是局地气候、地质环境、水文、泥沙、水环境、土壤环境、陆生、水生生态等生态环境评价方面。

在生态效应影响评估研究中，以基于生态阈限值的生态需水研究居多。例如，白艳芬等[5]在遥感和地理信息系统支持下, 提取6个参评因子：海拔高程、土地覆盖类型、植被指数、植被净初级生产力、年均温度、年降水量，通过熵权法确定权重值, 建立生态环境质量综合指标评价模型。基于生态阈极值的生态需水计算也得到了应用和发展。例如，杨志峰等[6]在运用这种模型方法进行了海河流域生态需水的计算；夏军等[7]设定河道内生态需水计算的原则和方法，并以阈极值法、湿周法以及水力半径法，对西线工程雅砻江河道内生态需水量进行计算；王秀英等[8]以历史特征流量的生态意义作为参照，对比分析南水北调西线一期工程实施后月平均流量对生态的有利程度；韩瑞光和丁志宏[9]在分析南水北调西线一期工程调水区河道内生态需水量主要是满足水生生物栖息地需水要求的基础上, 采用将50%保证率时的河道内流量的30%作为最小生态流量的方法计算各调水坝址处的最小生态流量, 并利用Montana法评价计算结果；黄烈敏等[10]从水循环角度提炼调水区生态保护具体目标，遴选IHA 方法和基于生态阈的生态需水整合计算模型两种方法，构建了河道生态建设中“水-生境”平衡系统及调控系统，定量化研究了以保护珍稀鱼类为基础的河道生态系统的阈限值；严登华等[11]-[13]从“自然-人工”二元水循环角度，基于生态服务功能确立生态保护目标和生态需水，评估不同情景下基于阈值的生态需水。

2.2南水北调工程对受水区的影响及评价研究

南水北调工程影响北方气候，总体呈降水增多和温度下降的特征[22]。南水北调对受水区生态系统的影响主要体现在水体流场、地下水变化、生态紧急输水所形成的水流脉冲等因素的作用[23]，这些因素影响生物栖息地和繁殖, 改变流域生态结构。南水北调工程执行以后, 受水区将开始新的生态演替动态过程。多数学者认为南水北调工程对受水区生态社会的影响是积极正面的, 可以产生可观的经济和社会效益, 使受水区的生态环境逐步走上良性循环之路[24]；可以增加受水区河川径流量，改善水环境，恢复并建立新的生态系统, 进而提高受水区的环境容量及承载力[25]；可以缓解受水区干旱程度、减少地下水超采、置换城市挤占农业用水量和环境用水量，改善受水区生态环境[26]。

杨爱民等[27]根据生态系统生态服务功能理论，从物质量与价值量两个层面研究南水北调东线一期工程通水后对受水区的生态环境效益；张丽丽和殷峻暹[28]以南水北调中线工程受水区水资源三级区为基本单元, 从生态条件、水文条件以及人类活动影响等方面构建评价指标体系；马骏和郑垂勇[29]选择供水量、人均GDP等指标, 构建水资源与社会经济和谐度评价指标体系, 运用数据包络分析方法（DEA）, 构建水资源与社会经济和谐度评价模型, 对南水北调东中线受水区典型城市进行了评价。

2.3水文条件改变对区域生态社会影响的模拟模型研究

水文条件改变对生态社会的影响研究离不开生态水文的模拟。由于水文条件本身的复杂性以及水文要素时空分布的不均匀性和变异性, 生态水文变化难于直接量化，生态水文模型为计算和模拟生态水文变化提供了帮助。目前主要有以下一些生态水文模拟模型：(1)集总模型, 如用于流域生态水文模拟的RHES模型、XAJ模型、TANK模型、SLT等多个模型

[30]，土壤-植被-大气连续体研究主要有WAVES模型[31]、SWIMV模型、PATTERN模型、植被界面过程模型等多种SVAT模型，用于森林生态水文过程模拟的RUTTER模型、MASSMAN模型[32];(2)要素模型, 如模拟土壤水分的PHILIP模型、HOTTAN模型等[32]。地理信息系统(GIS)技术的日渐成熟推动了生态水文模型的发展。现代地理技术[33]-[35]的应用促进了“自然-人工”生态水文集成模型的发展，信息技术的快速发展提高了水资源-生态社会复杂系统模拟的时效性和准确性[36],[37]，以上为多模块时空耦合的水文变化对生态社会影响研究提供了有力的支持。

2.4南水北调典型受水区生态环境影响的调控机制研究

水流是生态系统的主导变量, 通过建立一系列指标或指标体系, 对与生态有关的水文特征的变化进行分析, 量化并形成河流生态水文目标, 可为水资源宏观调控依据, 指导调水工程的调度、河流管理及生态修复实践。

汪林等[26]认为一期工程对受水区城市供水和农业生态环境改善具有较显著的作用, 但不能从根本上解决地下水超采问题，充分发挥一期工程效益需节水、调水、治污三项措施同步实施；马骏和郑垂勇[29]建议天津、北京、石家庄等和谐程度低且投入相对冗余、产出相对不足的城市应采取相应对策措施, 促进水资源与社会经济和谐发展联合调控；张丽丽和殷峻暹[28]在分析生态补水目标确定原则的基础上, 依据南水北调中线工程生态补水方式, 初步界定中线工程生态补水对象主要有三类:湿地、地下水、河流;最后根据水资源三级区生态水文分级结果, 确定南水北调中线工程受水区生态补水目标及优先级别。中线工程受水区生态补水目标主要有七里河地下水回补区、白马河地下水回补区等。

2.5关于水价值的研究

水资源价值研究在水资源科学中占有重要地位，一直都很活跃，目前普遍认为水资源是有价值的，但对水资源的价值决定存在不同意见。财富论者认为水资源是一种财富，是经济社会发展的物质基础；地租论者认为，无论是自然状态的水资源，还是已被开采的水资源，都可以如地租形式收取资源费用；效用论认为，价值反映的是客体能够满足主体需要的某种功能或功效，水资源的价值，首先决定于它对人类的有用性，其价值的大小，决定于它的稀缺性和开发利用条件。以上研究的共同特点是较多关注水的经济价值。

也有生态服务功能价值层面的研究，如周敬宣等[14]运用BP网络, 研究了南水北调对湖北省襄樊市生态服务功能价值的影响；严登华等[15]-[21]从“自然-人工”二元水循环及其伴生过程出发，通过确定生态水文过程内涵，计算水的生态服务功能、分析景观格局演变规律，系统定量化辨识流域生态水文的演替规律及其相互作用机制。

从生态伦理和哲学层面来分析，事实上水还具有一种价值，那就是水的自身价值或者说是水的内在价值，这种价值通过水的自然存在、健康循环和持续的再生产能力予以体现，同时也是水的经济价值和生态服务价值的载体。由此看来水价值具有多元性：经济价值、生态服务价值和内在价值。水的经济价值和水的生态服务价值是利它的，有利于人类社会经济，因此容易受到关注。而水的自身价值是利己的，利于水的存在，不容易被关注，它的载体功能也就同时实忽视。由于对水价值的完整性认识不够，导致了人类对水资源的过量开采和无序排放，破坏水生态环境，也扰乱了自然原有的水循环过程，甚至改变了气候和自然地理条件。例如，京津冀地区1960至2006年间，降水倾向率达-21 mm/ 10 a[38]；天津市2000至2007年的年均降水量与60年代相比减少了17.38%[39]。

3.南水北调研究中存在的问题及对未来的展望

a.目前，调水工程对受水区的影响研究大多集中于单方向定量评价上，虽然调水工程生态影响评估考虑了水文情势、水污染和水利工程等因素，但是很少结合水文条件变化与受水区生态效应评估的响应关系，将社会效应也纳入其中的研究则几乎没有,在未来的发展趋势中，我们应把水文条件变化与受水区生态效益评估结合起来，并积极关注其社会效应。

b.总体看来，目前针对京津冀三地南水北调典型受水区生态环境影响调控机制的研究比较少，而且现有的研究多是以定性描述为主，定量研究仍显缺乏。因此，迫切需要发挥三地水文、水资源、水生态、水环境以及信息科学、社会经济等学科优势，通过学科交叉，促进相关研究的开展。

c.正确认识水价值的完整性，将南水北调工程来水做为初始生态财富投资，促进北方缺水地区恢复区域水自身健康循环能力，是解决北方水问题的关键之一，但关于此项研究尚不多见，我们应该加强该方面的研究。参考文献

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