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水是生命之源、生产之要、生态之基。人类从逐水草而居到今天的安居乐业,时时刻刻离不开水。善治国者,必重治水。治水的成败在很大程度上决定了古今中外国家和民族的兴衰。在水资源形势日益严峻的今天,9月28日下午,山西金墒科技(水利)院士工作站授牌仪式在太原市水利大厦举行。中国工程院院士王浩与参会代表进行了技术成果交流、研讨,结合山西水资源的状况,详细介绍了水资源的现状与未来。
王浩:水文水资源专家,中国工程院院士,教授级高工,博导,享受国务院特殊津贴。1978年~1985年在清华大学水利系学习,先后获学士和硕士学位,1989年获清华大学经管学院系统工程专业博士学位。现任中国水利水电科学研究院水资源研究所所长,兼任全球水伙伴(中国)副主席、创新方法研究会副理事长、中国自然资源学会副理事长等职。曾获国家科技进步二等奖3次,省部级科技进步奖4次,中国优秀图书奖一次,被授予“全国先进工作者”、中央国家机关“五一”劳动奖章等荣誉称号。
1 中国水资源真实家底
“我国多年平均水资源总量为28412亿m3,居世界第6位,但人均水资源占有量仅为2163m3,只有世界平均水平的1/4。”王浩院士说。
中国水资源可利用量为8140亿m3,占水资源总量的29%,南方水多、北方水少是基本国情,也是基本水情。受季风气候影响,中国水资源年际变化大,降雨和径流的年内分配不均。中国多年平均降水量为61775亿m3,折合降水深为650mm,且主要集中在夏季,北方地区降水更为集中。
王浩院士指出,中国也是一个缺水严重的国家,缺水总量达536亿m3。由于污水肆意排放、水资源过度开发和不合理利用,加剧了水资源短缺、水环境破坏和水生态恶化等问题,严重制约着我国经济社会的可持续发展。“随着城市化进程的加快和城市人口的激增,经济社会用水挤占河道内生态用水、超采地下水的现象十分突出。北方地区挤占河道内生态用水量达132亿m3。全国地下水超采总面积近19万km2,年均超采量达215亿m3,其中浅层地下水141亿m3,不合理的深层承压水年均开采量74亿m3,一些地区由于长期透支地下水,出现了地下水漏斗。”
目前,中国现供水量中约有722亿m3不符合用水水质要求,占供水总量的13%,其中地表水供水量水质未达标比例占11%,地下水供水量未达标比例占20%,水安全存在隐患。
对于山西省来说,全省水资源总量多年平均为123.8亿m3,人均、亩均都处于全国的末位。但由于水资源时空分布不均,像山西的东部和晋东南地区水资源就相对较好,开发潜力很大。据统计,在山西年用水65亿m3中,就有40亿m3采自地下水,其中7亿m3属于超采。这种以取用地下水为主体,又以超采为代价的供水结构,导致地表水调蓄工程严重欠账,地下水位越降越深,取水成本越来越高,水资源危机越来越严重。
2 南水北调是必然选择
“北方黄淮海地区是我国水资源承载能力与经济社会发展矛盾最为突出的地区。”王浩院士说,“该地区人口密度大,大中城市多,在中国经济格局中占有重要地位。但黄淮海地区的水资源量仅占全国总量的7.2%,人均水资源量仅为450m3,是全国人均水平的22%。海河流域人均水资源量更为不足,仅为272m3,不到全国人均水平的1/8,是我国水资源最为短缺的地区。”
自20世纪80年代以来,黄淮海平原发生持续干旱,黄淮海流域水资源量持续减少。目前,黄淮海地区缺水量达313亿m3,其中黄、淮、海流域分别缺水94亿m3、95亿m3和124亿m3。随着社会经济的发展,需水量不断增加,水资源不足已成为制约该地区社会经济发展和生态环境的关键因素。
“为了缓解黄淮海流域日益严重的水资源短缺现状,改善生态环境,保持经济发展和社会进步,在继续加大节水力度和提高用水效率的同时,实施跨流域调水工程十分必要。”王浩院士说。
南水北调是解决黄淮海流域资源性缺水的战略措施。黄河、淮河和海河是我国西北和华北地区的重要水源,目前水资源的开发利用已达到承载极限。南水北调工程的实施将大大缓解黄淮海地区的缺水困境,提水资源保证,对确保京、津、冀、豫、鲁等地区的经济社会发展,加快西部大开发的进程,推动地区生产发展、生活富裕、生态环境良好发展具有深远意义,也是缩小东西部差距、全面实现小康社会、建设社会主义新农村的基本保障。
南水北调是遏制黄淮海地区和河西地区生态环境恶化的重要手段。黄淮海和西北地区生态环境恶化的根源是水资源不足,保护环境、恢复生态平衡的关键也在于水。实施南水北调工程,通过水源置换等手段,为生态脆弱地区提供水资源,并合理安排上中下游用水,调配生态环境和国民经济等各方面用水,可在一定程度上修复被破坏的生态环境,提高当地环境容量及承载能力,实现人水和谐。
王浩院士指出:“大规模、长距离、跨流域的调水是人类重新分配水资源、缓解缺水地区供需矛盾的主要途径。”
3 两纵十横构建大水网
王浩院士说:“历史上的山西,曾是‘千泉之省’。可如今,由于长时间、大规模、高强度、粗放式的煤炭开采,特别是开采后修复治理不到位,山西水生态环境付出了巨大代价。”山西地处黄土高原东端,位于黄河中游,属半干旱、半湿润气候,是黄土广泛覆盖的山地型高原。全省水资源总量89亿m3,其中地表水资源量69亿m3。人均占有资源量381m3,仅为全国人均值2200m3的17%,属于水资源贫乏的省份。“干旱缺水一直是制约山西省经济社会发展的重要因素。”王浩解释道。
山西省全年地表水流量为69亿m3,但三分之二都流出山西。山西位于海河流域上游和黄河流域中游,海河流域面积占38%,主要河流有桑干河、永定河、滹沱河、漳河等;黄河流域占62%,主要河流有汾河、沁河、涑水河、三川河等。除北部有少数支流从内蒙古流入山西境内,其他河流均呈辐射状自山西省境内向四周发散,每年有近50亿m3的地表水流到山西境外。 山西省的水资源总量现在是89亿m3,比10年前的123.8亿m3减少了28%。10年间,山西省平均降水量减少约5%,从508mm降至480mm;河川、地表水、地下水降低幅度更加严重,减少了20%;干旱、洪涝等灾害性天气频繁发生。相对于不断减少的水资源量,山西省的水资源年消耗量却在上升,从10年前的58亿m3上升至61亿m3。省城晋阳湖蓄水量是2400万m3,61亿立方米就相当于254个晋阳湖。与此同时,山西省降水呈现地区分布不均的现象,如2008年对于忻州以北地区来说为丰水年,而对东南部等大部分地区为枯水年;2009年山西中部吕梁、太原、晋中、阳泉一带为丰水年,北部和东南部为枯水年,其中大同市遭遇10年一遇的干旱年。由此造成了省内汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河五大河流和其他中小河流径流量丰枯迥异,表现出丰枯不同频的特点。
“在很多老太原人的印象中,汾河河面曾经宽达数百米至千余米,市内汾河两岸分布着大小30余条支流。”王浩院士说。然而现在,汾河“一条大河波浪宽”的景象早已一去不返了,一些小的河流已干涸。河川径流水资源总量的减少有多方面原因,一是进入20世纪80年代以后,太原市降水量明显减少,尤其是连续干旱年时有出现;二是由于太原市利用的地下水主要是岩溶水,岩溶区内地下水的大规模开采,使得有限的水资源无法承受无节制的过量开采,地下水袭夺地面径流量。
此外,汾河干流天然渗漏河段急剧增加,原来出露的泉水不断衰竭直至断流,煤矿开采造成大量采空区,这都导致河川径流大幅减少。1984年,太原市第一次水资源评价时,河川径流水资源总量为3.04亿m3,5年前再次评价时,水资源总量为2.06亿m3,减幅为32.2%。由此看来,大水网的建设就显得更加重要。
4 泉山晋水如何再重现
为寻求解决水资源短缺的治本之策,经过多方努力,山西省地表水供水能力显著增长,达到37亿m3。“如何把辛辛苦苦蓄起来、拦起来、提上来的地表水、黄河水送到最缺水的地方,是山西省主要解决的水资源问题。”王浩院士讲到。
王浩院士进一步解释道,大水网要解决的问题,归根结底是水资源的时空分布不均的问题,实现资源互补、丰枯调剂。比如,通过东山供水工程,把左权县内丰沛的漳河水调到太谷县,补充水资源相对紧缺的汾河流域。
山西大水网是以纵贯山西省南北的黄河北干流和汾河两条天然河道为主线,以建设覆盖全省六大盆地和主要经济中心区的十大骨干供水体系(十横)为骨架,通过连通工程建设,将黄河、汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河这六大河流及各河流上的大中型水库相连通,实现“两纵十横、六河连通,纵贯南北、横跨东西,多源互补、保障应急,丰枯调剂、促进发展”的工程体系。工程完工后可使全省总供水量由目前的63亿m3提高到86亿m3。
大水网的“两纵”分别是:黄河北干流线。北起偏关县老牛湾,经已建的万家寨水利枢纽,规划的碛口、古贤水利枢纽,和已建的禹门口、浪店提黄工程,南至垣曲县的马蹄窝,全长965公里,构成大水网的一条天然纵向水道,作为向境内供水的主要水源地。
汾河——涑水河线。以汾河为主干,通过已建成的万家寨引黄南干线将黄河与汾河连通,黄河古贤供水工程将汾河与涑水河连通,形成815公里纵贯山西省南北腹部地带的又一条纵向水道。“十横”主要是十大骨干供水体系,通过两纵相连接。其中有5横是从黄河取水,另外5横是利用已调蓄的境内地表水;有37亿m3是境内地表水,24亿m3是黄河水。十大骨干供水体系供水区总面积7.66万平方公里,占全省总面积的49%,覆盖全省大同、忻定、太原、临汾、运城和长治六大盆地、11个中心城市、70个县(市、区),受益人口2400万,GDP占全省的83%。
“山西大水网2015年平水年时总供水量可达到66亿m3,较现状增加19亿m3,有效灌溉面积增加193万亩;2020年平水年时供水量可达到76亿m3,较现状增加29亿m3,有效灌溉面积增加213万亩。正常年份和一般干旱年份可满足供水区经济社会可持续发展需水要求;严重干旱年份和特大干旱年份动用地下储备水源,增加外调水量,可保证城乡生活用水和关系国计民生的生产用水。”王浩院士说。
目前山西大水网已建、在建和规划的主要地表供水工程共有76处,总供水能力59.4亿m3,其中,已建工程61处、现状供水能力35.3亿m3,在建工程5处、设计供水能力7.6亿m3,规划工程10处、设计供水能力16.5亿m3。大水网全部完成后,全省总供水量将大幅提高,山西水资源开发利用由现在的“水瓶颈”转变为届时的“水支撑”。
王浩:水文水资源专家,中国工程院院士,教授级高工,博导,享受国务院特殊津贴。1978年~1985年在清华大学水利系学习,先后获学士和硕士学位,1989年获清华大学经管学院系统工程专业博士学位。现任中国水利水电科学研究院水资源研究所所长,兼任全球水伙伴(中国)副主席、创新方法研究会副理事长、中国自然资源学会副理事长等职。曾获国家科技进步二等奖3次,省部级科技进步奖4次,中国优秀图书奖一次,被授予“全国先进工作者”、中央国家机关“五一”劳动奖章等荣誉称号。
1 中国水资源真实家底
“我国多年平均水资源总量为28412亿m3,居世界第6位,但人均水资源占有量仅为2163m3,只有世界平均水平的1/4。”王浩院士说。
中国水资源可利用量为8140亿m3,占水资源总量的29%,南方水多、北方水少是基本国情,也是基本水情。受季风气候影响,中国水资源年际变化大,降雨和径流的年内分配不均。中国多年平均降水量为61775亿m3,折合降水深为650mm,且主要集中在夏季,北方地区降水更为集中。
王浩院士指出,中国也是一个缺水严重的国家,缺水总量达536亿m3。由于污水肆意排放、水资源过度开发和不合理利用,加剧了水资源短缺、水环境破坏和水生态恶化等问题,严重制约着我国经济社会的可持续发展。“随着城市化进程的加快和城市人口的激增,经济社会用水挤占河道内生态用水、超采地下水的现象十分突出。北方地区挤占河道内生态用水量达132亿m3。全国地下水超采总面积近19万km2,年均超采量达215亿m3,其中浅层地下水141亿m3,不合理的深层承压水年均开采量74亿m3,一些地区由于长期透支地下水,出现了地下水漏斗。”
目前,中国现供水量中约有722亿m3不符合用水水质要求,占供水总量的13%,其中地表水供水量水质未达标比例占11%,地下水供水量未达标比例占20%,水安全存在隐患。
对于山西省来说,全省水资源总量多年平均为123.8亿m3,人均、亩均都处于全国的末位。但由于水资源时空分布不均,像山西的东部和晋东南地区水资源就相对较好,开发潜力很大。据统计,在山西年用水65亿m3中,就有40亿m3采自地下水,其中7亿m3属于超采。这种以取用地下水为主体,又以超采为代价的供水结构,导致地表水调蓄工程严重欠账,地下水位越降越深,取水成本越来越高,水资源危机越来越严重。
2 南水北调是必然选择
“北方黄淮海地区是我国水资源承载能力与经济社会发展矛盾最为突出的地区。”王浩院士说,“该地区人口密度大,大中城市多,在中国经济格局中占有重要地位。但黄淮海地区的水资源量仅占全国总量的7.2%,人均水资源量仅为450m3,是全国人均水平的22%。海河流域人均水资源量更为不足,仅为272m3,不到全国人均水平的1/8,是我国水资源最为短缺的地区。”
自20世纪80年代以来,黄淮海平原发生持续干旱,黄淮海流域水资源量持续减少。目前,黄淮海地区缺水量达313亿m3,其中黄、淮、海流域分别缺水94亿m3、95亿m3和124亿m3。随着社会经济的发展,需水量不断增加,水资源不足已成为制约该地区社会经济发展和生态环境的关键因素。
“为了缓解黄淮海流域日益严重的水资源短缺现状,改善生态环境,保持经济发展和社会进步,在继续加大节水力度和提高用水效率的同时,实施跨流域调水工程十分必要。”王浩院士说。
南水北调是解决黄淮海流域资源性缺水的战略措施。黄河、淮河和海河是我国西北和华北地区的重要水源,目前水资源的开发利用已达到承载极限。南水北调工程的实施将大大缓解黄淮海地区的缺水困境,提水资源保证,对确保京、津、冀、豫、鲁等地区的经济社会发展,加快西部大开发的进程,推动地区生产发展、生活富裕、生态环境良好发展具有深远意义,也是缩小东西部差距、全面实现小康社会、建设社会主义新农村的基本保障。
南水北调是遏制黄淮海地区和河西地区生态环境恶化的重要手段。黄淮海和西北地区生态环境恶化的根源是水资源不足,保护环境、恢复生态平衡的关键也在于水。实施南水北调工程,通过水源置换等手段,为生态脆弱地区提供水资源,并合理安排上中下游用水,调配生态环境和国民经济等各方面用水,可在一定程度上修复被破坏的生态环境,提高当地环境容量及承载能力,实现人水和谐。
王浩院士指出:“大规模、长距离、跨流域的调水是人类重新分配水资源、缓解缺水地区供需矛盾的主要途径。”
3 两纵十横构建大水网
王浩院士说:“历史上的山西,曾是‘千泉之省’。可如今,由于长时间、大规模、高强度、粗放式的煤炭开采,特别是开采后修复治理不到位,山西水生态环境付出了巨大代价。”山西地处黄土高原东端,位于黄河中游,属半干旱、半湿润气候,是黄土广泛覆盖的山地型高原。全省水资源总量89亿m3,其中地表水资源量69亿m3。人均占有资源量381m3,仅为全国人均值2200m3的17%,属于水资源贫乏的省份。“干旱缺水一直是制约山西省经济社会发展的重要因素。”王浩解释道。
山西省全年地表水流量为69亿m3,但三分之二都流出山西。山西位于海河流域上游和黄河流域中游,海河流域面积占38%,主要河流有桑干河、永定河、滹沱河、漳河等;黄河流域占62%,主要河流有汾河、沁河、涑水河、三川河等。除北部有少数支流从内蒙古流入山西境内,其他河流均呈辐射状自山西省境内向四周发散,每年有近50亿m3的地表水流到山西境外。 山西省的水资源总量现在是89亿m3,比10年前的123.8亿m3减少了28%。10年间,山西省平均降水量减少约5%,从508mm降至480mm;河川、地表水、地下水降低幅度更加严重,减少了20%;干旱、洪涝等灾害性天气频繁发生。相对于不断减少的水资源量,山西省的水资源年消耗量却在上升,从10年前的58亿m3上升至61亿m3。省城晋阳湖蓄水量是2400万m3,61亿立方米就相当于254个晋阳湖。与此同时,山西省降水呈现地区分布不均的现象,如2008年对于忻州以北地区来说为丰水年,而对东南部等大部分地区为枯水年;2009年山西中部吕梁、太原、晋中、阳泉一带为丰水年,北部和东南部为枯水年,其中大同市遭遇10年一遇的干旱年。由此造成了省内汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河五大河流和其他中小河流径流量丰枯迥异,表现出丰枯不同频的特点。
“在很多老太原人的印象中,汾河河面曾经宽达数百米至千余米,市内汾河两岸分布着大小30余条支流。”王浩院士说。然而现在,汾河“一条大河波浪宽”的景象早已一去不返了,一些小的河流已干涸。河川径流水资源总量的减少有多方面原因,一是进入20世纪80年代以后,太原市降水量明显减少,尤其是连续干旱年时有出现;二是由于太原市利用的地下水主要是岩溶水,岩溶区内地下水的大规模开采,使得有限的水资源无法承受无节制的过量开采,地下水袭夺地面径流量。
此外,汾河干流天然渗漏河段急剧增加,原来出露的泉水不断衰竭直至断流,煤矿开采造成大量采空区,这都导致河川径流大幅减少。1984年,太原市第一次水资源评价时,河川径流水资源总量为3.04亿m3,5年前再次评价时,水资源总量为2.06亿m3,减幅为32.2%。由此看来,大水网的建设就显得更加重要。
4 泉山晋水如何再重现
为寻求解决水资源短缺的治本之策,经过多方努力,山西省地表水供水能力显著增长,达到37亿m3。“如何把辛辛苦苦蓄起来、拦起来、提上来的地表水、黄河水送到最缺水的地方,是山西省主要解决的水资源问题。”王浩院士讲到。
王浩院士进一步解释道,大水网要解决的问题,归根结底是水资源的时空分布不均的问题,实现资源互补、丰枯调剂。比如,通过东山供水工程,把左权县内丰沛的漳河水调到太谷县,补充水资源相对紧缺的汾河流域。
山西大水网是以纵贯山西省南北的黄河北干流和汾河两条天然河道为主线,以建设覆盖全省六大盆地和主要经济中心区的十大骨干供水体系(十横)为骨架,通过连通工程建设,将黄河、汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河这六大河流及各河流上的大中型水库相连通,实现“两纵十横、六河连通,纵贯南北、横跨东西,多源互补、保障应急,丰枯调剂、促进发展”的工程体系。工程完工后可使全省总供水量由目前的63亿m3提高到86亿m3。
大水网的“两纵”分别是:黄河北干流线。北起偏关县老牛湾,经已建的万家寨水利枢纽,规划的碛口、古贤水利枢纽,和已建的禹门口、浪店提黄工程,南至垣曲县的马蹄窝,全长965公里,构成大水网的一条天然纵向水道,作为向境内供水的主要水源地。
汾河——涑水河线。以汾河为主干,通过已建成的万家寨引黄南干线将黄河与汾河连通,黄河古贤供水工程将汾河与涑水河连通,形成815公里纵贯山西省南北腹部地带的又一条纵向水道。“十横”主要是十大骨干供水体系,通过两纵相连接。其中有5横是从黄河取水,另外5横是利用已调蓄的境内地表水;有37亿m3是境内地表水,24亿m3是黄河水。十大骨干供水体系供水区总面积7.66万平方公里,占全省总面积的49%,覆盖全省大同、忻定、太原、临汾、运城和长治六大盆地、11个中心城市、70个县(市、区),受益人口2400万,GDP占全省的83%。
“山西大水网2015年平水年时总供水量可达到66亿m3,较现状增加19亿m3,有效灌溉面积增加193万亩;2020年平水年时供水量可达到76亿m3,较现状增加29亿m3,有效灌溉面积增加213万亩。正常年份和一般干旱年份可满足供水区经济社会可持续发展需水要求;严重干旱年份和特大干旱年份动用地下储备水源,增加外调水量,可保证城乡生活用水和关系国计民生的生产用水。”王浩院士说。
目前山西大水网已建、在建和规划的主要地表供水工程共有76处,总供水能力59.4亿m3,其中,已建工程61处、现状供水能力35.3亿m3,在建工程5处、设计供水能力7.6亿m3,规划工程10处、设计供水能力16.5亿m3。大水网全部完成后,全省总供水量将大幅提高,山西水资源开发利用由现在的“水瓶颈”转变为届时的“水支撑”。