南水北调工程的生态环境影响，本文主要内容关键词为：南水北调论文,生态环境论文,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。
我国水土资源分布很不均衡，长江及其以南流域的径流量占全国的80%以上，耕地面积不到全国的40%。黄河、淮河、海河三大流域和西北内陆区的面积占全国的50%，耕地占45%，人口占36%，水资源总量只有全国的12%。西北和华北地区土地、矿产等自然资源丰富，是我国能源和粮棉油的生产基地，在国民经济中有重要的战略地位，尤其黄、淮、海平原和胶东半岛更是我国人口密集、耕地率高、经济发达的地区，但目前水资源紧缺已成为区域经济发展的主要制约因素之一，并造成生态环境恶化，急待解决。而南水北调工程则是解决这一问题的关键性措施。
1 南水北调工程简介
从50年代提出“南水北调”的设想后，经过几十年研究，南水北调的总体布局是：分别从长江上、中、下游调水，以适应西北、华北各地的发展需要，即南水北调西线工程、南水北调中线工程和南水北调东线工程。
1.1 南水北调西线工程
从长江上游引水入黄河，是解决我国西北和华北部分地区干旱缺水的战略性工程。据对通天河、雅砻江、大渡河引水方案的规划研究，3条河流年最大可调水量约为200亿m[3]，其中从长江上游通天河调水100亿m[3]，从长江支流雅砻江调水约50亿m[3]，从大渡河调水50亿m[3]。供水范围初步考虑为青海、甘肃、宁夏、陕西、内蒙古和山西六省区。
引水方式考虑自流和提水两种。无论采取哪种引水方式，都要修建高200m左右的高坝和开挖100km以上的长隧洞。
1.1.1 雅砻江引水线
从雅砻江长须附近修建枢纽，自流引水到黄河支流恰给弄。枢纽坝高175m，线路全为隧洞，全长131km。
1.1.2 通天河引水线
此方案系与雅砻江引水联合开发，即在雅砻江引水先期开发条件下的二期工程。在通天河同加附近建枢纽自流引水到雅砻江，再由雅砻江引水到黄河支流恰给弄。枢纽坝高302m，线路全为隧洞，全长289km，其中同加到雅砻江158km，雅砻江到黄河131km。
1.1.3 大渡河引水线
在大渡河上游足木足河斜尔尕附近修建枢纽抽水到黄河支流贾曲。枢纽坝高296m，线路全长30km，其中隧洞长28.5km。泵站抽水扬程458m，年用电量71亿kW·h。
西线工程地处青藏高原，海拔3000～5000m，是我国地质构造最复杂的地区之一，地震烈度大多在6～7度，局部8～9度，在此高寒地区建造200m左右的高坝和开凿埋深数百米、长达100km以上的隧洞，工程技术复杂，施工环境困难。因此，还须加深前期工作，积极开展科学研究和技术攻关解决这些难点。
1.2 南水北调中线工程
近期从长江支流汉江的丹江口水库引水，沿伏牛山和太行山山前平原开渠输水，终点北京。远景考虑从长江三峡水库或以下长江干流引水，增加北调水量。中线工程具有水质好、覆盖面大、自流输水等优点，是解决华北水资源危机的一项重大基础设施。
在丹江口水库后期规模完建、正常蓄水位170m条件下，以2020年发展水平，及汉江中下游适当做些补偿工程，保证调出区工农业发展、航运及环境用水后，中线工程多年平均可调出水量141.1亿m[3]，一般枯水平（保证率75%），可调水量 约100亿m[3]。
中线工程供水范围主要是唐白河平原和黄淮海平原的中西部，供水区总面积15.5万km[2]。因引汉水量有限，不能满足规划供水区内的要求，只能以供京、津、冀、豫、鄂五省市的城市生活和工业用水为主，兼顾部分地区农业及其他用水。
中线工程可缓解京、津、华北地区水资源危机，为京、津及河南、河北沿线城市生活、工业增加供水64亿m[3]，增供农业供水30亿m[3]，将大大改善用水区生态环境和投资条件，推动我国中部地区的经济发展。丹江口水库大坝加高将提高汉江中下游防洪标准，保障了汉北平原及武汉市安全。
1.3 南水北调东线工程
从长江下游引水，基本沿京杭大运河逐级提水北上，向黄淮海平原东部供水，终点天津。
长江下游水量丰富，多年平均入海水量约9600亿m[3]，即使在特枯年也超过6000亿m[3]，东线工程从长江下游抽水，水源充沛，调水量取决于引水工程规模。
规划考虑了东线工程合理的最终规模，以2020年发展水平为目标的规划规模和在本世纪内把水调到华北的第一期工程规模。各个时期相应的调水量见表1。
东线工程供水范围涉及苏、皖、鲁、冀、津五省市。具体为：苏北除里下河腹部及其以东和北部高地外的淮河下游平原，安徽省蚌埠以下淮河两岸、淮北市以东的新汴河两岸及天长县部分地区，山东省的南四湖周边、韩庄运河和梁济运河两侧、胶东地区部分城市及鲁北非引黄灌区，河北省黑龙港运东地区，天津市及近郊区。东线工程可为苏、皖、鲁、冀、津五省市净增供水量143.3亿m[3]，其中生活、工业及航运用水66.56亿m[3]，农业用水76.76亿m[3]。
东线工程实施后可基本解决天津市、河北省黑龙港运东地区、山东鲁北、鲁西南和胶东部分城市的水资源紧缺问题，并具备向北京供水的条件，促进环渤海地带和黄淮海平原东部经济发展，改善因缺水而恶化的环境，为京杭大运河济宁至徐州段的全年通航保证了水源，使鲁西和苏北两个商品粮基地得到巩固和发展。
表1 南水北调东线工程不同规模和水平年调水量
2 调水工程的生态环境影响
2.1 调水工程水量平衡的生态分析
在一般情况下，调水量的大小是由水资源供需计算来确定的。但从环境与生态的角度看，调入区的调水规模必须适宜，在缺水区增加水量并非愈多愈好。生态平衡与水量平衡之间有密切关系。众所周知，对于一个地区，水量平衡要素（如降水、蒸发、地表水与地下水等），是重要的生态物理因子。跨流域调水工程会引起水量平衡要素和它们对比关系的变化，最终将导致生态系统的改变。如何控制水量平衡要素及其对比关系变化的适宜程度？这个问题可以从地理学的观点提出指标来解决。水量平衡要素间的对比关系构成了水量平衡的结构。自然地带性规律的理论研究表明，自然地带的划分可采用辐射干燥指数：R[，n]／LP（R[，n]为净太阳辐射，L为蒸发潜热，P为降水量）作为指标。实际上R[，n]／LP是蒸发能力与降水量之比，因为在热量平衡方程中，R[，n]／L代表了蒸发能力的上限值（PE）。即
PE＝R[，n]／L （1）
由于地表产生径流的条件因地貌、土壤等地理条件而异，为了排除这种差别，把辐射干燥指数中的降水量要素（P）减去地表径流量（R[，s]），可以得到区域湿润度W[，h]的表达式：
W[，h]＝P－R[，s]（2）
由上述计算式可以得出对调水工程规模有控制意义的指标（C[，r]），即：
C[，r]＝R[，n]／L（P－R[，s]）＝PE／W[，h]≈E[，o]／w[，h] （3）
在这里，E[，o]为潜在蒸发量，我们把C[，r]取名为水分适宜度。显然，从理论上分析：当E[，o]／W[，h]＞1，表明区域干旱，需要补水（引水灌溉）；当E[，o]／W[，h]＜1，表明地区湿涝，需要排水（除涝）；而只有当E[，o]／W[，h]＝1时，才是水分适宜条件，区域生态呈现最佳状态，即既不干旱又不湿涝。引水灌溉的任务可以归结为对E[，o]／W[，h]＞1时的地区进行补水（T），使水量调入区的水分适宜度向着1转化，即
C[，r]＝E[，o]／（W[，h]+T）→1（4）
即通过跨流域调水使水分适宜度C[，r]→1，从而改善水量调入区的生态条件，提高生产力，促进工业生产和人民生活水平的提高。根据上面的两个方程，我们可以得到：
E[，o]／P＝1－a+T／P＝（E+T）／P（5）
式中：E为蒸散发量，a为径流系数。
表2显示的是我国北方几个城市的年水分状况及C[，r]和T值。表中的T值说明的是生态平衡的年需水量，但对于工程实施下的需水量还受用水的季节性和工程的经济及技术可行性限制。
表2 我国北方几个城市的年水分状况及C[，r]和T值
注：PE值摘自《中国水资源评价》。
应当指出的是，目前广大干旱缺水地区的a值已经深受人类活动的影响，由于用水量大，水利工程拦蓄能力较强，当地数量有限的地表径流已被充分利用，遂使a值改变，a→0或a＝0，在这种条件下的适宜调水量与降水的比值T／P和干燥指数E[，o]／P有以下的关系：
－（T／P）＝1－（E[，o]／P），T／P＝（E[，o]／P）－1（6）
在城市（工矿）地区，适宜的调入水量则有所不同。由于用水比较集中，调入水量主要由城市水资源的供需平衡（b）来确定：当b＞E[，o]时，E[，o]应由b来取代。
－（T／P）＝1－b／P （7）
在城市区b值的计算是以当地水资源的供需为依据，其中包括城市环境的用水。对于城市的废弃水量（r）的回收和再利用，则应从b或E[，o]中扣除，即b－r或E[，o]－r。
从以上的分析中可以看出，区域的降水量是计算调入区适宜调水量的基本判定标准。其重要意义可归纳为三点：（1）降水量是区域水分的总来源；（2）调入区的调入水量是对区域水分不足的补充，任何调入区在调入水量前必须充分利用由当地降水及其派生的各种水源；（3）降水量与蒸发量是区域最重要的生态因子，对其计算具有维持区域生态平衡的深刻意义。
2.2 调水工程的环境影响分析
上述从水量平衡的生态方面分析了调水工程的规模，一般说适宜于生态平衡的调水，环境影响可望较小，但是调水工程还包含其它一系列环境影响的问题，必须作进一步的讨论。调水对环境影响的评价直接涉及到工程的可行性，其影响有正有负，内容十分广泛。由于水是自然环境的重要组成物质，也是最活跃的环境因子。调水改变水平衡与水文循环会连带着环境的变化。调水对环境影响的过程，可以归纳为以下模式：调水→改变原来的水文情势→自然环境变化→社会经济变化。以上模式表示了影响由初阶到高阶的顺序。综合分析影响因子，有以下三组变量常常包含在环境变化之中。
2.2.1 物理化学系统
（1）水文变量：水量：水位、流速、流量、地下水、土壤水、水量平衡因子等等。水质：泥沙、pH值、浑浊度、水温、有机物、养分、污染及有毒化学物质等。
（2）土壤、地质变量：侵蚀、沉积、盐分、碱性、潜育化与沼泽化、土地利用类型变化、土壤中矿物质和营养物质迁移变化；诱发地震、滑坡以及其它地貌因子变化等等。
（3）气候变量：蒸散发、农田和局地小气候变化、大中尺度气候变化等等。
2.2.2 生物系统
（1）水生生物变量：底栖生物、水生木本植物、浮植生物、鱼和水生脊椎动物、传染媒介物（钉螺、蚊虫）等等。（2）陆生生物：植物、动物及其栖息地、昆虫等等。
2.2.3 社会经济系统
（1）生产：工业、农业、航运、能源、商业、旅游业等等。（2）社会与文化：移民、基础设施的发展、文化景观、名胜与历史遗迹、政治关系、地区间利益与损失权衡等等。
以上三个方面构成了一个包含繁多因子的巨系统。调水的环境效应总是一分为二，评价的目的是权衡利弊，以便制定出减小负效应的对策。因此，调水的环境后效直接关系到工程的成败。
任何调水工程，其对环境的影响均可按地理分区方法分成：（1）水量调出区；（2）调水通过区；（3）水量调入区来进行评价。
虽然大型调水工程对环境影响是多方面的，但是通过上述三个区的划分可使问题的分析细化。一般说来，调出区由于水量的调出而使水量减少，在引水口以下供水与河道内用水条件将变化，影响工农业用水和导致一系列的水环境问题。由于调出区的利益受到损失而造成调出区与调入区的利害冲突，往往造成两个地区对工程的不同意见而难以协调。调水通过区的环境影响主要发生在干渠与支渠沿线。渠道渗漏会影响所经地段的土壤与地下水的平衡，在北方地区有次生盐渍化的威胁，渠道与天然排水方向相交出现阻水与干扰河系的问题。水量调入区因增加供水而使可供水量增加，灌溉农田应注意排水，否则会出现盐渍化和涝的危害。在城市（工矿）地区调入大量的新水，发展了工业生产与增加了生活供水。但是，新增的废弃水也会随之增加，往往会扩大水污染的问题。
3 南水北调工程的主要生态环境影响及评价
3.1 东线
由于东线主干渠与各主要河流平交，沿途的淮河流域又是我国目前污染最严重的地区之一，水质问题成为东线工程最主要的环境问题，也是东线工程成败的关键问题之一。根据淮河流域水资源保护局的研究，在现状排污状况和2000年排污预测结果，对1950～1988年逐旬模拟调水系列进行调算，并取90%保证率下的水质预测结果，预计：（1）黄河以南段在现状排污条件下，调水500m[3]／s时，出东平湖水质可好于Ⅲ类，劣于Ⅲ类水的河段为上级河段和梁济运河段（Ⅳ类）；（2）在淮河流域按《淮河流域水污染防治计划》达标后，抽江500m[3]／s以上，调水沿线基本上为Ⅱ类水，局部地区为Ⅲ类水；（3）当淮河沿线治理极不利时，届时调水500m[3]／s，出东平湖水质达不到Ⅲ类，但抽1000m[3]／s时，出东平湖水质为Ⅲ类左右。
按2010年抽江700m[3]／s，过黄河250m[3]／s方案对黄河以北的水质（主要为卫运河）预测表明，如不采取有效措施，调水水体将受到污染。因此，在近期卫运河水质没有根本好转的情况下，必须采取“避让”措施，只有这样在2010年调水到东平湖的水质达Ⅱ类时，黄河以北河段全线水质可优于Ⅲ类。
同时，由于东线输水干渠两侧部分地段的地面高程低于输水水位，将可能引起周边土壤的次生盐碱化。南四湖在水位抬高后，对湖东和湖西地区的排水会产生一定的影响，黄河以北的浪洼、大浪淀水库周边地区也可能出现沼泽化和土壤次生盐碱化。
另外，对于血吸虫病的流行问题，研究认为，调水不会形成新的螺区，血吸虫病不会随调水扩散到北方，但应采取有效预防措施。
3.2 中线
中线工程的环境影响主要涉及丹江口水库库区、汉江中下游地区及输水和用水区。根据长江流域水资源保护局的研究，经长系列调度，2020水平年，丹江口水库大坝加高后，水库内各断面水质均符合Ⅱ类标准；若不加高大坝，引水渠首断面水质为Ⅲ类，若对入库点面源污染适当控制，即可符合Ⅱ类标准。大坝加高后，库面扩大，有利于渔业发展，水库中浮游生物种类组成不会发生明显变化，但总量会显著增加。对四大家鱼和其他源流性鱼类产卵场有较大影响，而对产粘性卵鱼类的繁殖没有明显影响；加高大坝将使库区平均温度略有增加，1月增加0.4℃，7月降低0.4℃，相对湿度增加2%～4%，降水量略有减少，发生滑坡、崩塌库岸的可能性略有增加，诱发地震强度不会超过构造地震水平。
对汉江中下游的研究表明，调水对汉江中下游水质变化均会带来有利和不利影响，但浓度变化不大，没有构成水质类别的变化，对水体使用功能无影响，对特枯流量段的水质有改善。丹江口水库加高将对汉江中下游的防洪带来极有利的影响，防洪标准提高，洲滩淹没几率减少，洪水时间缩短，使汉江中下游河道向单一微弯型发展，河道比降变小。
对总干渠水质分析表明，2020水平年总干渠沿线水质均可满足地面水Ⅱ类标准。总干渠的修建不会改变区域的地震条件，不会引起地震问题。但在强、中膨胀土渠段易发生滑坡、坡面冲蚀和表层滑塌等问题。全线衬砌的总干渠对渗透变形、浸没和次生盐碱化的影响也将大为减少，但局部地段可能阻滞左岸地下水的排泄。调水后，地下蓄水量的适当增加，有利于改善地下水质；增加农业供水量，将改善农田灌溉水质。但值得注意的是，区域外大量调水，尽管有效地增加了可供水量，但废污水排放量也将明显增加，这些废污水若不有效处理，将对调入区造成严重的“二次污染”，恶化环境。
3.3 西线
西线工程的修建将对调入区带来明显有利的影响，但对调出区，特别是水源区下游带来明显不利的影响，形成巨大的反差。调水将改善调入区的生态环境，增加植被。据黄河水资源保护局的初步估计，调水可新增灌溉面积2662万亩，建设防护林带225万亩，每年可减少0.56亿～1.06亿t的土壤流失量，减少自然灾害，增加黄河的河川径流量，改善水环境。
若2010水平年，雅砻江调水45亿m[3]，可增加黄河上游梯级电站出力120万kW，增加年发电量106亿kW·h。调水后，长江干流及调水河流以下的梯级电站的出力将减少。据估计，若调水45亿m[3]，雅砻江下游梯级将损失出力51.3万kW，减少发电量51亿kW·h，同时将影响干流沙堆—龚坝沟146km的漂木河段；大渡河调水50亿m[3]，将影响干流木尔甲河口—梭靡河口83km的漂木河段。金沙江调水后，干流屏山站不满足最小通航要求（三级航道）的时间年均增加0.62个月，对中下游河流水质和工农业用水的影响不大。另外，调出区修建水库，将淹没部分藏族寺院，需妥善处理。
另外，东、中、西线的调水都将影响长江口的生态环境。据分析，在只有东线的情况下，长江口盐水入侵盐舌在枯水期上溯长度和出现频率将增加10%左右，若三线实施后，影响将再加重5%左右。调水对长江口拦门沙的影响和航道运行的影响很小。
4 结论
以上分别介绍了南水北调工程的概况及规模，并从地理学角度分析了跨流域调水工程的环境影响问题，评价了南水北调工程的主要环境影响。跨流域调水工程不仅仅是一个复杂的水利工程，还是一个十分复杂的生态系统工程，对于我国的南水北调工程更是如此。环境问题涉及复杂的地球物理化学生物过程，在现有认识水平下，仍需我们作深入研究，指出其中各系统之间的相互关系及影响规律，并提出合理的评价系统。只有这样，对跨流域调水工程的生态环境影响认识、评价及对策，才能更完善。