水利工程与生态环境问题研究论文

闽江水利工程的环境水质效应问题论文

闽江是我国东南沿海最大江河之一，整个流域基本受北东(NE)向与北西(NW)向两组交叉的断裂构造所控制，是典型的山区性河流，流程短(全长约600km)径流量大。闽江由6大支流构成其上游地区有富屯溪、建溪、沙溪3大支流，中下游及河口地区有尤溪、古田溪、大樟溪3大支流。整个闽江水系形态好象一扇体呈自西北向东南倾泄之势。全流域流经32个县市，面积约万km2,约占福建省国土总面积(万km2)的一半，其年均径流量约620亿m3[11,水量居全国各河流第7位。闽江水丰流急，蕴藏有丰富的水利电力资源。

据估算，全流域河流水能理论蕴藏量达632万kW,可装机容量463万kW。全流域内己建成大中型水电工程29座，水库总容量近50亿m3;其中建在闽江干流下游的闽清县境内的水口电站，库容量26亿m3,装机容量140万kW,年均发电量亿kW°h,是华东地区最大水电站，己于1993年投入生产运营。

1.水利工程建设诱发或产生的环境负面影响

随着闽江流域水利工程建设与开发的快速发展，众多水利工程不断建成和运营。它有力地促进了沿江的经济和社会的发展，发挥了显著的经济效益和社会效益。但是，另一方面，水利工程建设诱发或产生的环境负面影响，即扰乱生态平衡、破坏自然、恶化环境的负面效应也相伴出现。前者是我们设计和期望的结果，后者是我们不愿意看到却又必须正视的问题。众多水利工程的建成运营对闽江干一支流的水动力场因素、水化学场因素及相关点线地带(段)荷载条件和应力场等环境因素产生显著的影响，伴随出现日益突出的环境地质问题。如：河(库)岸的稳定性变化问题，库区或坝区的区域稳定问题，河流纳污扩散净化能力降低及水质恶化问题，乃至使沿江城市乡镇的总体环境质量受到损害性影响等问题。为了化害为利，把与水利工程建设相伴出现的弊端降到最低点，研究和分析与闽江水利工程建设有关的环境地质问题具有重要的理论和实践意义。闽江水利工程的环境地质问题包含环境工程地质问题与环境水文地质问题两大方面。前者己在文献中作了初步的讨论和评价;本文仅就闽江水利工程的环境水文地质问题中的环境水质效应专题进行初步的讨论和评价。

2.闽江水利工程建设与水污染及水质环境的关系问题

闽江水资源的天然水质良好，属于低矿化度的江河水，其水化学成份以重碳酸盐类为主，总硬度低，为极软水，而且含沙量较少，枯水期河流大多呈清澈状。据资料显示f3，多年的年均含砂量大多小于，比黄河含砂量的六千分之一还小。它水量充沛，流速较大，具有很强的纳污稀释扩散净化能力。闽江干一支流上众多水利工程建成后，虽然其年均径流总量绝对值没有大的变化。但是，在水利工程运营调度过程，径流量在不同河段(空间)和月份或年份(时间)分配上出现(比水利工程修建之前)明显的变化，即径流量的相对值随时空的不同产生显著的差异;以及水库蓄清排浑的调度方式及坝下江段的河流冲刷作用强化的趋势。使闽江干一支流水动力因素产生较大变化的同时也出现其水化学场因素大的变化。如库区江面大幅度増大，接纳污染的面积扩大，库区形成许多库湾和静水区，江水的流速显著减小甚至处于静止状态，其纳污稀释扩散净化的能力明显降低;随着污染物排入量的有増无减，江水中的污染物浓度必将提高，污染带也将明显扩大生长，使局部水质恶化，并逐渐扩展，乃至影响整个库区或河段的水环境。闽江水利工程建设相伴出现的水污染及环境水文地质问题涉及面很广，本文仅就其中的环境水质效应问题进行概括性的讨论和评价。

闽江水环境点源污染与水利工程建设的关系

点源污染主要包含工业污染源和城镇生活污染源两方面。闽江水利电力工程建设，为闽江流域的工业发展，城乡建设提供了重要的能源，充足的水利电力能源极大地刺激了闽江干一支流沿江的工业发展和城乡建设。可是伴随着城镇人口的迅速増长和城市发展进程的明显加快，库区及沿江工业全面高速发展，闽江水环境污染源点数量也随之剧増，致使工业和生活污染物的排放量猛増。据不完全统计[1]，闽江流域己发展有污染源的工厂和企业2000多家，其工业废水年排放量达5亿多吨。同时，生活和医疗污水排放量总和近3亿吨，废污水中的主要污染物为COD、硫化物、酿，还有磷它们的累计负荷占总负荷的83%对闽江水环境造成较为严重的污染。污染最严重的是闽江支流沙溪，其部分河段的水质为四级或五级。研究表明，沙溪某些河段的水质变化与水利电力工程开发有密切关系[3]。由于水库蓄水，使相关的许多河段的径流速度、径流量减小，在库区及相邻河段出现河水的相对滞留或处于静止状态，大大地降低了污废水的稀释扩散净化能力，加上库区淹没的树、草、耕地土壤中的有机物溶解排放累积迭加，使沙溪中下游河段蓄水体在枯水期的氨氮含量高于临界控制浓度(1mg/L)，总磷的含量己接近或超过临界控制通量，使许多蓄水体在多年平均流量下处于中等营养状态而在枯水期处于富营养状态[3]。还有闽江下游及河口脏河段，其水质情况既取决于污染源的排放量，也受控于河口地区特殊的水动力特性。由于水口电站高坝大容量的蓄水，导致大坝下游径流量及水位锐减(丰水期和枯水期)，而下游沿岸及福州市的工业和生活污染物排放量急剧増长，再加上闽江口潮汐涨潮的顶托作用致使咸水上溯、污水回流，而使这一地区的废污水排放量与河流径流量之比即污径比明显变大，水环境容量和质量显著降低，水污染程度日益加重。

闽江水环境的非点源污染问题

水文环境的非点源污染是指区域性的面状污染问题，是目前全球水质问题的重要原因。随着点源污染控制水平的提高，水环境的非点源污染将显得更为突出。美国环境保护局指出：当今美国水质问题，可能有50%或更多是由非点源污染所致。它表明非点源污染对水质与水环境的危害极大。非点源污染一般包括城市径流污染和农田径流污染(还含流动污染源)前者指，伴随着工业化、城市化进程的加快，城市工业与生活污染物排放量剧増，城市径流中的污染物浓度急剧増长，使城市径流成为接纳水体的一个重要污染源。后者是指，伴随着农业的高速发展，土地利用率明显加大，农药与化肥的施放量逐年増长，加大了农田径流污染负荷量，使农田径流不仅携带着大量泥砂，而且还挟含有各种有机物、无机物和氮磷营养元素以及农药，成为受纳水体的重要污染源。

伴随着闽江水利工程建设的蓬勃发展，在库区及沿江地带快速建设和发展起来的众多城市乡镇大多背山面水，依山布置，沿江延伸，形成高差数米乃至数十米、上百米的山城和长条形的人口聚居的密集带。城镇环境污染物排放量极大，加上城市发展的不规范和市政基础设施不配套或不完善，使降雨径流的大部分沿地面与街道刷洗顺势直泻注入闽江干一支流，它对闽江水环境构成突出的污染危害。同时，由于库区的淹没影响(其范围总量是相当大的)原有耕地较大幅度减少，且移民安置点相对集中于沿江地带，人口密度剧増。为了发展农业，一是大范围地开荒造地，同时提高土地的耕作利用率，导致沿江水土流失加剧，有机质养分的供给量増加;二是加大化肥及农药的施放量。在降雨期间，农田径流历经面流、渗透、冲刷、吸附、汇流等一系列物理一化学及水文作用过程，将污染物输送到闽江干一支流中，加剧闽江水的污染程度。有资料显示14，闽江饮用水氨氮含量超标达倍，酚含量超标高达14倍。它与闽江水环境的非点源污染有密切关系，与水利工程建设及运营有密切的关联性。非点源污染具有突发性强、出现时间集中(多在雨季时期)、城市径流污染强度较高、农田径流污染负荷总量大等特点。通常情况下，城市径流单位面积上的'污染物是农田径流污染物的若干倍(2—3倍或更大)。但是，沿江库区及沿岸的农田径流面积相当于城市径流面积的数十倍或更大。因此，库区及沿江水环境的非点源污染负荷主要来自农田径流。此外还有与水利工程建设相伴发展的旅游业。闽江水上旅游活动高速发展，使其许多库区及江河中接纳流动污染物量的累积増幅加大，它对闽江水资源与水环境的负面影响不容忽视，急待进行专门的调查研究，制定防治措施。

闽江干一支流既是工农业生产活动及城市活动的重要水源，也是工农业生产和城市活动排污泄水的容纳区。随着社会经济的快速发展，这种取水量和排污量均会大幅度増长。闽江干一支流上众多水利工程的建设运营，显著地改变河流的流速、径流量、输砂量、悬移物性质、污染物通量等水动力场和水化学场因素，它明显地降低河流纳污稀释扩散净化的能力，加重各种污染物对江水的污染程度。

3.结语

环境地质学理论告诉我们：地质环境的演化发展过程、人类的工程及经济活动与地质环境之间呈非线性的密切相关关系和反馈机制，其特征、成因及规律是极为复杂的。而人们对水利工程建设与地质环境的关系的研究，经历了从点(工程)到线(河段、河流梯级开发)到面(库区及周边环境)到体(流域的综合环境大系统)的发展演化过程，体现了对水利工程建设的环境问题研究评价的整体化、系统化和综合化的大趋势[2]。闽江水利工程建设的环境水质效应问题说明了闽江水利工程的建设与运营，在发挥显著的经济效益和社会效益，创造美好环境的同时，也造成水环境的负面变化，反映了水利工程建设是孕育和诱发现代环境地质问题的重要因素之一。这告诉我们，水利工程的环境地质问题的评价研究不是以水利工程的建成运营为结束，而应与水利工程建设和运营同始终。

水资源管理就是综合运用行政、法律、经济、技术和教育等手段,对水资源开发利用保护进行调节的各种行为。在水资源日益短缺的今天,水资源管理的目的是提高水资源利用率和利用效率,使其发挥最大的社会、环境、经济效益。 1 我国农业水资源管理存在的主要问题 1. 1 缺乏有效的管理机制,导致水资源短缺与水资源浪费共存 现行的水资源管理机制,是一种非高效利用水资源的机制,由此造成水资源短缺与水资源浪费共存尴尬局面。众所周知,我国的农业水资源严重短缺,但与此形成明显对照的是水资源浪费极其惊人。我国主要灌区的渠系利用系数只有0. 4～0. 6 ,即约有一半的水被浪费。例如,我国北方旱区水资源极其紧张,浪费却相当严重,海河流域渠系利用系数约为0. 45 ,引黄灌区下游输水损失达30 %～50 % ,河西走廊一些渠道,水量损失竟高达60 %～80 %。 1. 2 现行体制和政策难以形成有效的节水机制 现行的水资源管理体制存在的弊端,导致管理单位失去节水的积极性,如灌区没有法律地位,缺乏经营管理自主权。灌区处于两难境地,具有“事业单位,企业管理”的说法,实际上,作为事业单位,没有人事部门下达的行政编制,财政部门不安排事业经费;同时又要求它实行企业办法管理,它既没有法律地位,又受多种限制,不能像企业那样追求利润。现行的政策不利于节水。目前的灌区收入主要依靠水费,在固定的价格条件下,水费的多寡取决于供水量的多少。一些灌区为了获得较多的收益,甚至鼓励多用水,有些灌区虽然节约了水,但被无偿地调给其它部门,无利可图,严重地影响了节水积极性,不利于节水机制的形成。 1. 3 过度超采,生态环境恶化 由于对地下水严重超采,导致一系列生态环境问题产生,甚至恶化。如在井罐区出现大面积地下漏斗区,全国出现56 个漏斗区,总面积达8. 2 ×104km2 ,漏斗的出现,引起地面沉降或裂缝,甚至导致海水入侵。例如,全国已发现地面塌陷700 点多处,秦皇岛市已经形成32. 4km2 的海水入侵区;黄河流域由于过量不合理使用,多年来不断断流,已经对相关地区产生重大生态环境影响。 1. 4 水利工程管理单位收不抵支,举步维艰 由于水价太低,全国平均水费为运行成本的50 %左右,导致经营单位亏损严重,生存处于困境,甚至难以维持生存。 1. 5 水资源“农转非”现象严重 “农转非”是指农业水资源通过不同的途径改作它用。我国水资源“农转非”现象更加普遍,而且随着时间的推移趋势更加明显,制约农业的发展。1949 年我国农业用水量约为1001 ×108m3 ,占全国总用水量1031 ×108m3的97. 1 % ,到1998 年,该比例下降到74. 65 % ,与此同时,工业和城市生活用水比例由2. 9 %上升到24. 6 %。 2 我国水资源管理未来将出现的趋势 2. 1 由供水管理向需水管理转变 传统的水资源管理可以统称为供水管理,其主要的特征是根据工农业用水需求,建立大中型水利工程来实现水资源供需平衡,它为缓解甚至彻底解决水资源供需矛盾发挥了重要作用,并且在今后相当长的一段时间内,在某些地区仍将发挥重要的作用。随着水利工程不断兴建,工程难度愈来愈大,成本也不断增加,而且随着径流开发加大,带来了系列的生态环境问题,水资源供需矛盾也不断加剧,完全依靠增加工程解决水资源问题已经成为不可能,运用综合手段缓解水资源供需矛盾成为一种必然。供水管理的最大缺陷是忽略了用水者节水的可能性,它将水资源供需矛盾的解决寄托在水源供给上,其结果是水资源浪费的增加和低效。必须改变供水管理为需水管理。所谓的水资源需水管理就是综合运用行政的、法律的和经济的手段来规范水资源开发利用中的人类行为,从而实现对有限水资源优化配置和合理利用,它强调把水资源作为一种稀缺的经济资源,对水资源的优化利用应着眼于现存的水资源供给,而不是自发的向新的供水能力投资以满足未来的水的需求。在今后相当长的一段时间内,农业水资源供给量不可能增加,我们必须依靠现在的4000 ×108m3左右水实现农业的可持续发展,需水管理是实现这一目标的关键所在。 2. 2 由单项管理向综合管理转变 水资源管理是一个系统工程,涉及到众多方面,如农业、水利、科技、气象、城建、环保、宣传、计划和行政部门等等。在以往的水资源管理中,各个部门是“铁路警察,各管一段”,缺乏系统地考虑问题,其最终的结果是有利则争,无利则推,使水资源开发利用短期化,持续发展思想很难贯穿到实际工作中去。未来的水资源管理,是站在可持续发展的高度管理水资源,是将水资源放在社会经济环境等大环境中去开发利用,所以,其管理是综合管理,如地上、地下、降水、污水、中水综合管理等,并且与经济结构、社会发展等有机地结合起来。 对于农业而言,为了实现水资源的综合管理,首先设立综合协调机构,从组织上为部门的联合创造条件,如国务院成立全国节水农业工作领导小组,宏观指导全国节水农业工作开展;其次,制订多部门参与的可行的节水农业规划,节水农业发展必须有一个切实可行的节水农业发展规划,并且将此规划作为有关部门工作重要组成部分。为此,首先应该下大力气完善规划基础工作,明确节水农业技术体系,制定科学的节水农业规划,为多部门联合提供实现的基础。第三,充分重视发挥地方部门的联合效益,地方是节水的真正主力,只有充分发挥地方各部门积极性,才能事半功倍。如山东桓台县是老井灌区,县委组织水利、农业、气象、财务和宣传部门参与,目前成为全国第一个节水吨粮县。 2. 3 由行政区划管理向流域管理转变 按流域(地区、灌区) 统一开发利用和管理水资源,是我国水资源管理的一个方向,其最大的特点是打破单纯的行政区划管理,走向以流域为单元的综合统一管理轨道。水资源按流域形成自然体系,只有按流域统一管理方可做到保护与合理配置相结合,使上下游依赖水资源的各经济部门得到均衡发展。对于农业水资源而言,具体内容是以流域为单元,对地表水地下水联合运用,优化调度,合理利用。灌区应以开发利用浅层地下水为基础,以地表水作补充,以浅层水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库,以调控地下水埋深达到适宜动态为指标,最大限度地把天然降雨转化为可持续利用的水资源,综合治理旱涝盐碱,获取最好的经济、社会和生态效益。 2. 4 由计划模式向政府与市场相结合的模式转变 由于我们认识上的偏差和制度的制约,水资源管理一直是按照计划经济模式设计和运行,其结果是政府管得太多,市场作用没有得到发挥。随着市场经济逐步建立,水资源管理机制必然向市场机制转变,由于水资源市场的特殊性,决定了不可能完全由市场来调解水资源,所以,未来的水资源管理模式必然向政府与市场相结合的模式转变。最近水利部部长在中国水利年会上作了“水权与水市场- 水资源优化配置的重要经济手段”的报告,充分地说明了这一点。 2. 5 用户参与水资源管理成为一种必然趋势 公众参与水资源管理在未来水资源管理中占有重要地位。农业用水效率,离不开用户的参与,一切技术和措施最终通过用户的实践来实现,用户是节水提高效率的主体,其行为和素质在某种程度上决定节水效率的提高,所以用户参与水资源管理是非常重要的。 目前,在我国已经出现了用户参与水资源管理模式,如江苏、山东、安徽、河南和河北部分地区建立了农户参与管理的一种新型的经济自立灌排区。试区成立了由各级地方行政、水行政、节水专管单位负责人和用户组成节水管理委员会,一切重大决策通过该委员会决定,或者成立用户自己选举具有法人地位的自我管理组织用水者协会,有关节水工作由灌区和协会共同协商解决,其效果比较明显。