摘要从灌溉供水中的水量损失、灌溉节水、节水对河流生态的影响、河流生态修复等方面,对灌溉供水与河流生态修复进行探讨,以期利用工程措施和生物技术,修复河流生态环境,达到人水和谐的目的。
关键词灌溉供水;河流生态修复;工程措施;生物技术
20世纪70年代以前,国内的河流还大多处在原始的无控制状态,生态环境良好,而进入80年代以后,特别是21世纪以来,随着水利工程建设的蓬勃发展,各大江河甚至它们的支流上都建起了各种水利工程,河流的水势被彻底控制起来,减少了洪水的威胁,旱灾也因水库的及时供水而被大大削减。为中国的工农业生产、城市供水、发电、水库养鱼等方面做出了巨大的贡献。特别是改革开放以来,为中国人迅速走出贫穷、人民幸福安康、社会和谐发展,作出了突出的贡献。
然而,在这些有利因素的背后,一个潜在的不利因素,它将在很长一段时间,成为危害环境、影响人类生存和发展的大敌。水利工程,特别是水库,阻断了天然河道,导致河道的水流状态发生变化,甚至改变了河流的水文特征和生态环境。即便是黄河这样的特大河流都多次出现断流现象,而辽河这条辽宁人民赖以生存的母亲河,更是因为自其源头开始,各个支流上不断修建起来的控制工程,而成为只在灌溉供水期和汛期淌水的“小河”。大、中河流断流,造成主河道两侧的沼泽水域干涸,水生植物枯死,鱼儿不存、鸟儿飞走;小河流域则直接被开垦成粮田。断流使河道紧缩,河流的水环境容量严重减小,河流的生态系统严重衰退。不仅严重制约了流域经济社会的发展,也使人类文明的延续受到了挑战[1]。www.lw881.com
为此,深刻认识水利工程与河流生命的关系,在充分、合理利用水能资源的同时,保障河流的生命安全,是我们面向生态与环境的流域水资源可持续管理及科学和谐开发利用的迫切需求[1]。
1灌溉供水中的水量损失
灌溉水从水库到田间被作物利用要经过供水、输水、取水、配水、灌水几个环节,各个环节都存在不同程度的水量耗损。就灌溉而言,从水库放出,除被作物利用的以外,均为供水损失。
1.1天然河道输水
柴河是辽河中游左侧的一条支流,地处辽宁省铁岭市境内的柴河水库是柴河上的一座以防洪、灌溉、工业和城市供水为主,兼顾发电、养鱼等综合利用的大(ⅱ)型水利枢纽工程,总库容6.36亿m3。它承担着铁岭发电厂、铁煤集团、铁岭市自来水公司等工业和城市生活供水的任务,还负责向铁岭、法库、新城子、新民、辽中、大洼、盘锦等县(区)、市共计18个灌区1.47万hm2耕地的灌溉供水任务。其中,工业和生活供水采用地下管道输水,灌溉供水采用天然河道输水的方式。
柴河下游河道宽阔,多年前采砂、淘金留下的坑、沟众多,每次灌溉放水都需首先蓄满这些坑洼,而辽河河道更是错综复杂。笔者曾对柴河水库所属的平顶堡、辽中2个灌区进行试验,前者距水库最近,直接从柴河引水;后者离水库很远,水通过柴河入辽河,再经辽河到一级取水口。仅以距柴河水库10 km的平顶堡灌区为例,以30 m3/s的流量放水,到取水口需72 h的时间,也就是说这72 h的水量全部用于填洼等损失。而当只有柴河水库一库向辽中、大洼等辽干灌区供水时,在辽河河道中尚有约10 m3/s的少量自然流的前提下,即使以200 m3/s的流量放水,水头到辽中取水口时已是9～10 d以后。
停水后,河道中的水位会因渗漏、蒸发、植物叶片散发等原因下降,下次供水时,再重新蓄满。可见利用天然河道输水,水量损失之巨。
1.2引水、灌水中的水量损失
灌溉水从水库经天然河道(或人工渠道、地下管道)到达取水口后,经过取水、渠系输水、配水、灌水等多个环节,每个环节都存在着于灌溉“无益”的水量损耗。如渠道水面蒸发、渠床渗漏等输水损失,闸门漏水、渠道退水,以及田间灌水等水量损失。
笔者做过10余年的水库专职供水管理工作,多次到各用水户走访、考察,针对灌溉供水中存在的水量损失严重、灌溉用水有效利用系数低等现象,做过实验和研究,探讨了灌溉供水中的水量损失问题,发现像柴河水库这样利用天然河道输水灌溉的水库,在河道输水环节损失的水量远远多于其他环节。
2灌溉节水
水是一切生命的源泉。中国是个严重缺水的国家,辽宁更是缺水大省。20世纪末,水资源短缺问题被提升到重要的意识议程,节水成为广为关注的话题。各行各业,大到国家小到个人,人人都在研究节水,作为水行政主管单位更是把节水工作放在重要位置来抓。围绕如何节水,尝试着各种努力。
笔者在10余年的供水管理工作中,通过走访、考察各用水大户,试验、研究灌溉供水中的水量损失与节水问题,并从加强引水渠渠道防渗、管道引水输水、避免大水漫灌等改变灌溉方式方面研究,探讨灌溉节水问题,收到了较好的节水效果。笔者发现,各灌区在研究灌溉用水有效利用系数,减少从引水到灌水各个环节的水量损失方面已做了很多努力,节水潜力不大。而单就水库灌溉供水而言,在输水环节的节水潜力是巨大的。
笔者曾试图考虑采用人工河道,利用钢筋混凝土等建筑材料,设计、建造理想过流断面的标准棱柱体明渠或地下管道,在确保远距离输水的前提下,最大限度地减少水量损失。这样做,虽然一次性建设投资较大,但仅就节水而言,效益巨大,前景可观。
值得一提的是,采用科学、合理的节水调度方式进行灌溉供水,也可以在很大程度上减少天然河道中的水量损失。如集中供水、避免细水长流等,把河道中的多余水量降到最低。
3节水对河流生态的影响
实践证明,节水工程能给灌区带来直接的效益。建钢筋混凝土明渠、管道引水、渠道防渗、闸门堵漏、合理灌水等,水费支出明显减少,直接经济效益显著。然而,在10余年的供水管水工作中,由于过分追求灌溉节水,渠系中不再有水,靠它们补充水分的沟塘、水湾开始干涸,进而被迫垦荒种地。使得田间纵横交错的土渠逐渐减少,浅水湖、河泊逐渐消失,芦苇等水草植物没有了栖身之所、鱼类鸟类无处安身。
辽河河道中因为没有了“多余”的水量,时常在非汛期和非灌溉供水期断流,或接近断流状态。大片的沼泽水域被庄稼和沙丘取代。据松辽流域水质监测部门2005年地表水水质监测结果表明,东辽河及辽河中下游全年期劣ⅴ类水质均超过60%以上[2]。
灌溉节水对降低农民种粮成本、提高农民种田积极性、缓解水库供水压力起到了重要作用。然而,除去城市污水、除草剂等因素以外,过分的节水、不合理的水库调度,对河流的生态产生了更不利的影响。
4河流生态修复
事实证明,只有对河流实行保护修复才能维护其生态平衡。在国外,20世纪40年代欧洲和北美洲率先对河流进行保护行动,我国自2002年开始,为保证黄河下游生活、生产和生态用水,确保黄河不断流,小浪底水库电力调度服从水资源调度,多次弃电供水,并连续5年成功地调水调沙,把维持黄河健康生命作为一个终极目标[3]。
4.1重新认识灌溉中的水量损失
柴河水库在为各灌区供水时,水从闸门流出,经尾水渠进入柴河天然河道,并从河首开始,逐渐填满沿途的坑坑洼洼,并慢慢向前,当整个柴河河道充满水后,水再经双安桥进入辽河。然后在辽河中边填洼蓄水、边向前,直到各个灌区取水口,进入灌区引水渠系。相对于各灌区取水口引入水量的总和,水库为灌溉放出的水要大得多。两者的差即是针对灌溉而言的损失水量,而这“损失”的水量,实际上恰好补充了河道的缺水,使河流短时间内达到充盈的状态,如果河流能始终保持这种充盈状态,河流就不会因缺水而出问题。可见,这种损失在河道中的水量,也在发挥着巨大作用。
