小浪底工程对引黄灌区生态环境影响预测，本文主要内容关键词为：灌区论文,生态环境论文,小浪底论文,工程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
黄河小浪底水利枢纽工程是我国仅次于三峡工程的跨世纪的第二大水利工程，也是治理开发黄河的关键工程，属国家“八五”重点项目。其开发目标是：以防洪（包括防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电、蓄清排浑，除害兴利，综合利用。在解决黄河下游所面临的严重问题方面与其他可能的措施方案比较，小浪底工程以其效益显著、现实可行、经济合理、见效快而一枝独秀。黄河的治理也将随着小浪底工程的兴建进入新的里程。同时，小浪底水利枢纽以其在治黄中的重要战略地位、复杂的自然条件、严格的运用要求和巨大的工程规模，引起了国内外的关注。
1 小浪底水库运用方式
水库减淤运用方式分为初期蓄水拦沙和后期调水调沙正常运用两个阶段。
初期蓄水拦沙阶段：水库从起调水位205m开始蓄水拦沙，之后逐步抬高汛期（7～9月）水位，直到形成高滩深槽。这一阶段以充分发挥水库的减淤效益为核心，采取逐步抬高水库水位，多拦对下游河道造成淤积的粗沙，少拦可入海的细沙。在这一阶段，首先从起调水位205m开始，截流蓄水拦沙，淤积205m以下的死库容17.5亿m[3]，约3年内淤完。 从第4～14年逐步抬高汛期运用水位直到254m，平均年抬高水位4.5m， 使坝前淤积面抬升至245m。之后直到第28年，汛期库水位在254～230m 之间往返变化，淤滩刷槽，使滩面继续淤高至254m，槽底高程达到226m，形成10.5亿m[3]的槽库容供调水调沙运用。
正常运用阶段：水库初施阶段结束形成高滩深槽后，转入正常运用，利用10.5亿m[3]的槽库容进行调水调沙。汛期7～9月份库水位在254 ～230m之间变化，254m以上留作防洪库容。当槽库容被基本淤满后，水库不再进行水沙调节，主要利用流量在3000m[3]／s 以上的大水逐步降低水位进行冲刷，恢复槽库容。当来水小于2000m[3]／s时，仍控制水位，不降低水位冲刷。
小浪底水库以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电。因此，水库的运用首先应满足防洪、防凌和减淤的要求，尤其在汛期7～9月，水库运用更是以防洪和减淤为主，统筹下游供水和灌溉，限制下游汛期引水为30亿m[3]。10月至次年6月为调节蓄水期，按防凌、供水、灌溉和发电的要求调节径流。考虑到10月来水多，来沙少，为充分利用黄河水资源，在10月上半月预留25亿m[3]的防洪库容的条件下开始蓄水。
2 引黄泥沙
多泥沙河流上大型水利工程的兴建，必然对其下游河道的水流、泥沙等条件产生一定的影响。尤其是像小浪底水库这样的大型水利枢纽工程，由于其所处地理位置和运用方式的特殊性，必将在更大程度上改变下游河道天然状态下的水沙条件。而河道水沙条件的变化又会通过供水工程影响到引黄灌区的生态环境。
引黄泥沙是引黄灌区目前存在的主要问题。小浪底水库建成后，引黄灌区泥沙问题依然存在，而且在没有找到更加合理的泥沙处理措施之前，随着引黄时间的延续和引黄面积的不断扩大，引黄泥沙累计量逐步增加，引黄灌区泥沙问题有可能更为突出，引黄泥沙有可能在更大程度上成为影响引黄灌区环境的主要因素。小浪底水库生效后，将利用其长期的有效库容进行调水调沙，塑造有利于下游河道减淤的水沙组合，尤其在运用初期的蓄水拦沙阶段，将有大量的粗颗粒泥沙被滞留淤积在库中，对下游河道的减淤的确有较大作用。但从黄河下游引黄发展的角度来看，作为以防洪、减淤为主要目标的小浪底水库的运行对灌区引沙的影响不会太大，指望小浪底水库的蓄水拦沙和调水调沙来解决引黄泥沙问题是不现实的。可从以下几方面说明：
第一，小浪底水库对引黄泥沙的影响趋向减弱。小浪底水库总库容126.5亿m[3]，建成后，除保留40.5亿m[3]长期防洪库容外， 可拦蓄泥沙100亿t，这一过程要在前14年完成，以后就转为淤滩刷槽直至蓄清排浑正常运用。因此，在水库运用的初期，尤其是在前3 年的死库容淤积阶段，下游河道来沙量可能会有一个明显的下降，引黄泥沙相对量也会减少。但从长远看，当水库转入正常运用后，对引黄泥沙的影响会趋向减弱。这可从三门峡水库对下游河道水沙变化影响过程得到说明。三门峡水库1960年建成投入运用后，1960～1964年为排泄清水期，大量的泥沙淤积在库内，下泄的是含沙量很低的清水，下游来沙含量明显变小，是典型的来水枯沙区。1965～1973年为滞洪排沙期，水库采用敞泄排沙，以前淤积在库区内的泥沙大量外排，表现为连续的丰沙年，1974年以后，水库进入蓄清排浑运用期，非汛期来沙淤积在库内，汛期则全部排出，年内进出库泥沙基本平衡，水沙多年变化趋于平缓，年内变幅趋于加大。在这期间，引黄灌区每年仍引进大量泥沙，并没有因水库的调节而大量减少引沙量。小浪底水库与三门峡水库有着类似的运作过程，从长期来看，它对黄河泥沙的影响不会太大。
第二，小浪底水库对下游河道减淤效益增大。从黄河水沙特性分析，水库对下游来沙条件的影响主要反映在粗颗粒泥沙的变化上。小浪底水库虽然通过蓄水拦沙和调水调沙，可以改变下游水沙组合，减少下游来沙量，但主要是粗颗粒泥沙的变化。从前述水库排沙比可以看出，在蓄水拦沙阶段，粗颗粒泥沙（d〉0.05mm）将大部分被滞留库中， 其排沙比为31%，d〈0.025mm的细粒泥沙绝大部分仍排出库外，其排沙比为85.5%，也就是说下游来水中细粒泥沙含量不会有多大变化。而引黄泥沙绝大部分正是这些细沙，引水必定进沙。这也正是小浪底水库对下游河道减淤有较大效益，而对引黄泥沙问题影响不大的原因所在。
第三，小浪底水库生效后增大供水量，但泥沙处理难度大。小浪底水库生效后，通过径流调节，将增加下游可供水量，使工农业引黄量增加。据分析，小浪底水库兴建后，每年可增加40亿m[3]的供水量。如果这40亿m[3]增水量全部利用，将使下游引黄水量增加1／3，相应地必然会增加引沙量，加重灌区泥沙处理负担。从引黄灌区本身考虑，随着引黄时间的延续，引黄灌区累计进沙量必定越来越多，而引黄灌区泥沙环境容量有限，以往的泥沙处理已占用了相当的灌区环境容量，并已引发了许多环境问题，可利用的灌区环境容量已在缩小，今后随着灌区进沙量的增加，泥沙处理的难度也必然会越来越大，问题也会愈加突出。
第四，2001—2025年水沙情况分析。通过对不同河段引水分沙比分析，预计小浪底水库投入运用后的前25年，即2001～2025年黄河下游河南省年均引水量45.2亿m[3]，引沙量0.574亿t，其中7～9月引水含沙量23.7kg／m[3]，10～6月引水含沙量为8.7kg／m[3]。山东每年均引水76.2亿m[3]，引沙0.746亿t，其中7～9月引水含沙量16.7kg／m[3]，10～6月含沙量为7.7kg／m[3]。全下游年平均引沙量1.32亿t。对比80年代黄河下游年均引沙情况可以看出，小浪底水库投入运用后前25年，无论是河南段还是山东段，其年均引水含沙量都比80年代相应值略为偏高，其原因在于通过小浪底水库的水沙调节，汛期来水含沙量增大，因而7～9月引水含沙量也相应增大，而10～6月，由于水库调节，增加了下游6月来水量，相应使下游6月引水增加。 而这一时期大河含沙量比前几个月要大，所以导致10～6月引水含沙量也略大于80年代。另外， 由于引水量的增加，使下游年引沙总量也比80年代有所增加。引黄泥沙问题，不仅是目前引黄灌区的一个主要环境问题，而且也是小浪底工程建成后，下游引黄灌区依然存在的一个主要问题，并且随着引黄试验事业的发展和引黄水量的增加，泥沙问题有可能更为突出，必须对此给予足够的重视，预先做好积极的防范工作。
3 灌区骨干河渠的淤积
目前，引黄对骨干排水河道淤积的影响主要来自两方面：一是引黄退沙，即引黄灌区灌溉尾水进入河道，泥沙也随之入河造成河道淤积。二是为扩大灌区范围，利用骨干河道向灌区下游输水造成河道淤积。随着灌区管理水平的提高和灌区管理工作的加强，引黄退水已逐步得到控制，灌区退沙量已出现减少趋势，引黄退沙对河道的影响逐渐减弱。但在另一方面，随着各地对引黄工作的重视和加强，引黄补源工程相继修建，引黄补源范围逐步扩大。这些补源工程大多是利用骨干排水河道向补源区送水，因此利用河道输水量正逐渐增加，这必然加重排水河道淤积。小浪底水库兴建后，由于可供水量增加，引黄灌区范围必然进一步扩大，据资料分析，小浪底水库运用后，将使下游65%保证率的灌溉面积由3.4万hm[2]扩大到8万hm[2]，多年平均可灌溉面积扩大一倍，总引黄面积将达到266.67万hm[2]。而从引黄灌溉发展趋势来看， 今后引黄灌溉面积的扩大将以补源灌溉模式为主，以解决大范围地区农业缺水问题，使有限的黄河水资源发挥出最大的效益。这就意味着小浪底水库建成后，下游引黄补源范围将进一步扩大，利用骨干排水河道输水量增加，泥沙输送距离增长，同时也警示人们，如果不采取必要措施，骨干排水河道的淤积将会加重，影响范围扩大。河南省目前已把引黄工程建设的重点放在补源区的建设上，研究制定了河南引黄发展规划，计划开辟豫北、豫东两大补源区。山东省引黄补源面积正在扩大，荷泽地区南五县补源工程的修建将使荷泽、济宁大部分地区用上黄河水。因此，排水河道淤积是小浪底水库兴建后引黄灌区值得注意的又一问题。
排水河道淤积，降低了河道行洪除涝能力，遇到丰水年就有可能出现洪涝灾害。多年的实践证明，保持足够的排泄能力是引黄灌溉的前提，引黄灌溉是灌区发展的动力，排水是灌区的生命线。1993年山东荷泽地区出现涝灾和1996年华北平原大部分地区洪涝成灾，固然与百年不遇的降雨量有着直接的关系，但排水河道不畅也是灾害加重的原因之一。
4 灌区局部土壤次生盐碱化问题
土壤溶液中的盐分在土壤中的过渡积聚导致土壤污染，环境质量恶化，生产力降低的现象是土壤盐碱化。在干旱半干旱地区，尤其是下水排泄不畅的河灌区应注意土壤次生盐碱化问题。土壤次生盐碱化是气候、地形、水文地质等自然因素和灌溉、排水等人为因素综合作用的结果，并非灌溉的必然结果。合理的灌溉方式，适宜的灌溉水质量不仅可以提供作物需要的优质水分，而且可保持土壤中适宜的盐分平衡和作物根区良好的通气状态以及适宜的温度，同时，有效的灌溉还能防止水分分散和过分排水造成的浪费。但是灌溉不合理，只灌不排或灌排比例失调，不仅造成水资源浪费，而且引起地下水位的上升，当水位上升到一定高度后，地下水中的盐分会在蒸发作用下随地下水上升到作物根层并在根层土壤中积聚，从而出现次生盐碱化。尽管有时地下水位的上升或地下水中的盐分上移是潜伏的，短时间内不易觉察，但却孕育了土壤盐碱化的可能，这些地方的土壤环境就极易被破坏。
土壤中的盐分除成土时固有的盐分外，主要来自降水、灌溉水、地下水及农业耕作带入等几个方面。土壤盐分平衡式如下：
〔ρ[,w](V[,r]C[,r]+V[,i]C[,i]+V[,g]C[,g])+M[,s]+M[,a]〕-(M[,p]+M[,c]+ρ[,w]V[,h]C[,h])=△M[,sw]
式中：V[,r]、C[,r]为降水量和浓度；V[,i]、C[,i]为灌水量和浓度；V[,g]、C[,g]为通过毛细管上升到根区的地下水体积及浓度；V[,h]、C[,h]为从土壤中排出水的体积及浓度；M[,s]、M[,a]为从土壤中溶解出来和农业耕作带入的盐分质量；M[,p]、M[,c]为土粒吸附的盐分和植物提取的盐分；ρ[,w]为水容重；△M[,sw]为土壤液相中盐分质量的变化量。
如果不考虑盐分的沉淀和溶解，不计算降水及农业耕作输入的盐分，假定土壤含水量净变化量为零，则盐分平衡式可简化为：
V[,i]C[,i]=(V[,h]-V[,g])C[,h]
此式表明，若保持土壤中盐分平衡，则灌溉输入的盐分与地下水中上升的盐分应等于从土壤中排出的盐分。若V[,i]C[,i]〉(V[,h]-V[,r])C[,h]，土壤处于积盐状态，反之土壤处于脱盐状态。同时， 上式还表明了在灌区控制土壤积盐的途径，一是加大排盐量（即排水量），二是减少灌水量和控制地下水上升。
黄河下游引黄灌区地处干旱半干旱气候区，土质多属黄河冲积土壤，潜水蒸发较强，只要地下水位长期超过一定水位，就会发生土壤次生盐碱化。50年代末曾发生过大面积的土壤次生盐碱化，导致了全下游引黄灌区的停灌。目前虽然大面积的盐碱地已被治理，盐碱地面积逐步缩小，但在局部地区仍存在着土壤次生盐碱化的威胁，如局部自流灌区及近河地区等。小浪底水库的修建，使下游沿黄地区引水条件改善，引黄水量增加，河渠运行时间增长，对引黄灌区次生盐碱化也会产生一定的影响，可能出现的不利影响有：（1）排水河道淤积产生的副效应。如前所述，随着小浪底工程的兴建，引黄范围会逐步扩大，利用河道输水量增加，河道淤积可能会进一步加重。而在引黄灌区，尤其是自流灌区，排水河道是地下水排泄的一个主要途径，河道的淤积导致地下水排泄不畅，引起地下水位的上升。（2）在河灌区， 补给地下水的主要途径是灌溉入渗和河渠渗漏。黄河下游引黄灌区目前大多数渠道仍为土渠，相当一部分渠道渗漏量较大，一般骨干河渠影响范围达数百米乃至1500米，渠道两侧地下水位都较高，也是容易发生局部次生盐碱化的危险区（包括黄河背河洼地区）。小浪底水库兴建后的引水量增加，河渠运行时间加长，相应地使这些地区地下水补给量增大，如果不加强排水，就可能引起地下水位抬升，产生次生盐碱化。同样，小浪底水库的调水调沙使下游河道非汛期来水量增加，河道侧渗量加大，对下游沿黄背河洼地的地下水位也会产生影响。在靠近黄河的自流灌区，虽然小浪底工程运用后，引黄条件会得到改善，但条件的改善往往容易导致水资源的过度开发，所以仍要注意对引黄量的控制，继续采取井渠结合灌溉方式，加强对地下水的管理，控制地下水位上升，限制返盐季节地下水位在临界水位以下，否则，自流区也会成为发生土壤次生盐碱化的危险区。
黄河水质较好，矿化度平均为0.4g／l，是优质的灌溉水源， 一般只要灌溉合理，不会恶化土壤环境，但从土壤盐分平衡考虑，如果小浪底水库建成后，下游年引水量按150亿m[3]计算， 则相当于下游引黄灌区年引进盐分600万t。要保持土壤盐分平衡，必须通过一定途径从土壤中排出600万t盐，如若不然，年积月累增加土壤含盐量，将影响土壤生产质量。
5 水资源承载力及优化调度问题
大型水利工程的兴建必然引起流域水环境的变化，水环境的改变又会导致供水区生态环境的变化。小浪底处在黄河中下游承上启下位置的大型水利枢纽工程，对下游河道及沿黄用水区的水环境必然产生更大的影响。过去下游一些地区，担心黄河枢纽工程的开发会使下游来水量逐渐减少，山东沿黄地区引水更为紧张，增加黄河断流机率。据文件资料分析，小浪底水库运用后，通过径流调节，将使黄河来水更适应引黄灌溉的要求，可使花园口3～6月份来水量比无径流调节时增加21.6亿m[3]，灌溉供水量增加17.9亿m[3]，使10月至次年6月份灌溉供水量增加8亿m[3]。小浪底水库的兴建只会改善下游的供水环境， 而不会恶化供水环境。但黄河下游水资源的承载力究竟有多大，供水环境改善会不会带来不合理的资源掠夺现象，下游沿黄两岸各区的适宜引黄规模该多大，这些问题必将随着小浪底工程的运行提到议事日程。目前河南、山东两省都有引黄发展规划，这些规划应该建立在整个黄河水资源利用规划或黄河下游水资源总体利用规划基础上，与黄河水资源利用规划相协调，否则就可能造成区域间或部门间争夺黄河水的问题，出现不合理的水资源掠夺现象，导致局部地区水源枯竭，生态恶化，甚至影响下游河道的输沙减淤。
6 小浪底工程运用后改善引黄灌区生态环境的对策
影响引黄灌区生态环境变化的主要因素是黄河水和沙，黄河水沙的引进改变了灌区环境系统的原有均衡，能否在新的条件下重新建立起灌区环境系统的良性均衡是灌区生态环境改善与恶化的关键。因此，科学分析小浪底水库兴建后灌区水沙条件的变化，加强灌区水沙资源的合理利用，维护灌区生态系统均衡和适宜的发展环境，保持水沙资源利用与灌溉环境的协调发展，遵循自然规律，综合开发、治理引黄水沙资源，是保护和改善引黄灌区环境的根本途径。引黄灌区生态环境的主要预防对策有以下几个方面：
a.加强引黄灌区水资源的合理利用 科学制定黄河下游水资源综合利用规划，充分利用现有引黄工程内配外延，蓄灌结合，输用结合，扩大引黄受益面积。并且做到地表水地下水联合运用，旱涝碱综合治理，提高水的利用率。节约用水，高效供水，建立节水型农业。
b.妥善处理引黄泥沙 泥沙治理方式应因地制宜，泥沙处理应与利用相结合，其目的是资源与环境的协调发展。未来泥沙处理的主要措施：浑水灌溉，输沙入田；渠首自流沉沙，以挖待沉；多级分散沉沙，远距离输沙，集中沉沙。
c.加强灌区工程技术改造，合理规划设计灌溉工程 引黄灌区灌溉工程的规划设计不仅要考虑灌区灌溉、排水的需要，而且要考虑灌区泥沙处理和环境改善的需要，如泥沙的集中堆放，远距离输送等，应根据灌区泥沙处理环境和采用的泥沙处理模式，在科学设计灌区工程的同时，合理规划泥沙治理工程，将水沙融合一体，统筹考虑，以使灌区水沙都能得到较好的利用，保持灌区水沙资源开发与灌区环境的协调发展。
e.加强引黄灌区环境的研究工作 就引黄泥沙问题，目前需要进一步深入研究的几个主要问题有：引黄泥沙处理与大堤淤背固堤相结合的技术、政策研究；远距离输沙及水沙优化调度技术研究；浑水灌溉技术研究；不同初始及边界条件的灌区，泥沙处理与利用优化模式研究。
河南省自然科学基金资助项目 编号94—6180
收稿日期：1998—03—02
修改稿日期：1998—03—23