黄河干流生态环境需水量 

黄河干流生态环境需水量

摘 要:黄河干流生态环境需水量是黄河健康生命水量的重要组成部分。黄河河道生态环境需水量应主要包括以下几个方面:保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量;维持河流水体功能水质的水量;满足河道湿地基本功能的水量;维持河口一定规模湿地的水量;有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。对黄河干流重点河段环境需水量的分析认为:1现状纳污水平下,黄河干流所需流量很大,在目前水资源条件下很难实现;o阶段目标控制水平下,龙门以上河段所需流量基本可以得到保证,但龙门以下河段难以得到保证;?要实现黄河/污染不超标0的目标,入黄支流必须满足入黄水质目标要求,入黄排污口必须满足国家污水综合排放标准。 “维持黄河健康生命”是一种全新的治河理念,其核心是解决黄河”水少”、”沙多”和”水沙不平衡”,以及如何保持以黄河为中心的河流生态系统良性发展的问题[1]。黄河干流生态环境水量是黄河生命水量的重要组成部分,是维持黄河健康生命的关键,也是实现黄河水资源可持续利用的基础。

1 黄河水资源开发利用现状与水污染形势 1.1 水资源开发利用现状

由于黄河天然径流量的变化和沿黄各省区社会经济发展对水资源的过度开发利用,使得黄河水资源供需矛盾日益突出。沿黄地区近10年(1988~1997年)平均总用水量498亿m3,其中地表水量381亿m3,水资源开发利用率为70%以上,远远超过国际上公认的40%警戒线。其结果是黄河下游频繁断流,入海水量锐减。黄河水资源量的减少不仅加剧了黄河水资源的供需矛盾,而且挤占了河道内生态环境用水,严重影响了黄河流域的生态环境安全。 1.2 水污染形势分析

据近年来非汛期水质监测资料初步评价结果,在黄河干流5 464 km河长中,?、ò类水质河长为2 105 km,占总评价河长的38.5%,主要分布在兰州钟家河桥以上河段;ó类水质河长为325 km,占总评价河长的5.9%,主要分布在兰州)下河沿河段;?类水质河长为714 km,占总评价河长的13.1%,主要分布在下河沿)青铜峡、府谷)龙门等河段;?~劣?类水质河长为2 320 km,占总评价河长的42.5%,主要在宁、蒙间的叶盛公路桥)头道拐、喇嘛湾)府谷以及潼关以下河段。水污染因子主要是化学需氧量(CODCr)和氨氮。上述结果表明,黄河干流除源头至下河沿河段水质较好,能基本满足水体功能要求外,下河沿以下河段现状水质都超过功能区水质目标,其中石嘴山)头道拐、潼关)三门峡、小浪底)花园口河段更为突出,以上河段应是研究生态环境水量重点关注的河段。 2 黄河生态系统的基本特征

通过对黄河水生生物调查可知,黄河水生生物种群结构相对较为简单,生物种类、生物种群数量相对较少,这是黄河的自然属性和区域自然环境条件所决定的。黄河干流已修建了12个大型水利枢纽,这些工程在修建时都没有考虑生物通道问题,不但人为改变了河流形态,阻断了水流的连续性和水体自然状态的交换,而且阻隔了水生生物特别是鱼类的洄游。20世纪80年代黄河干流及其支流上的一些鱼类产卵场大多已经消失或发生了相应变化,如伊洛河口的鱼类产卵场由于水污染问题已遭到很大程度的损害。从生态学意义上讲,水利工程的开发对生态环境有一定的负面影响,这就要求人们在河流的开发和水利工程建设时,重视利用非工程措施协调人水关系,最大限度减轻水利工程对自然生态的影响。但是,也不能片面地强调生态保护而简单地否定修建任何水利工程,这同样不符合科学的发展观。应该看到,以鱼类为顶级物种的黄河水生态系统有着较强的自身修复功能和适应调节能力。1999年3月1日起,经国务院批准,由黄委对黄河干流实施全河水量统一调度以来,至今没有发生水文意义上的断流,

功能性断流也在很大程度上得到了缓解,黄河下游水生态环境有所恢复。由于下游生态系统得到了初步修复、改善,因此一些多年不见的洄游鱼类,如海产刀鱼(又名鲚、刀鲚)等,又出现在黄河下游。黄河铜鱼属于国家二级保护鱼类,一般活动在黄河中下游,20世纪80年代时神秘消失。有关专家曾悲观地认为,黄河铜鱼作为特有鱼种已经在地球上彻底消失。但是,由于小浪底水库2003年下半年以来蓄水量较大,水环境条件较好,使得近来这一珍稀鱼类成群地出现于小浪底水库,证实了铜鱼并未灭绝。上述事例表明,黄河鱼类适应环境的能力是很强的,只要水流条件适宜,黄河水生态系统就能得以维护和发展。另外,在黄河生态系统中值得注意的是黄河湿地。黄河上中游湿地主要是由于一些水库的修建、水库缓慢的季节性水位变化而形成的,如青铜峡库区湿地、三门峡库区湿地等的形成。黄河进入平原后,由于摆动频繁、河道较宽,因此形成了沿黄两岸狭长的滩涂湿地及黄河故道湿地,如河南孟津黄河湿地、河南开封柳园口湿地等。这些湿地包含大量的物种和生态系统类型,具有很高的生态学价值,同时也是候鸟的迁徙路线、繁殖地和觅食地。所以,在进行黄河生态需水研究时,也应关注河道湿地的需水要求。

3 黄河生态环境需水量

3.1 生态环境需水量的概念及内涵

目前国内外有关/生态环境需水量0的研究很多,但对其概念界定尚无统一的认识,研究者多根据其研究目标及其要保护的主要功能提出相应的定义。生态环境需水量的概念、内涵有 其时间和空间的属性,生态环境需水的主体和生态系统的生态要素有着随时间而进化、演替或变化的特征,环境要素也随时间而变化,因此其概念是一个针对某种生态环境目标的动态的 概念[2]。基于前述黄河生态系统、水文水资源特性、水资源开发利用程度及水环境状况的认识,可以认为黄河生态环境保护目标为:水生生物(主要是鱼类)、河道湿地、河口湿地及河道水体功能。黄河河道生态环境需水量应主要包括以下几个方面:一是保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量;二是维持河流水体功能水质的水量;三是满足河道湿地基本功能的水量;四是维持河口一定规模湿地的水量;五是有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。 黄河生态环境需水量的内涵为:生态需水量是指为维持黄河水生生物特别是鱼类及其生存发育,修复及维持河道湿地、河口地区湿地生态系统及近海水生生物的水量。环境需水量是指为改善黄河水体水质,基本满足其环境功能所需要的水量,环境需水量实质上有着满足水量和水质的双重概念。上述生态环境需水量在某种意义上也就是有些学者提出的底限生态环境需水量或者叫极限值。河道内只有保持这种量级的水量,其生态系统才不致恶化并能维持生态平衡。

3.2 干流重点河段环境需水量

环境需水量研究将下河沿)头道拐、龙门)三门峡和小浪底以下河段作为重点研究河段。环境需水量计算方法是在设定河流纳污量维持一定水平条件下,水质达到水功能相应水质标准所需要的最小流量。只要水功能区相应水质目标得到了满足,河流水生态环境也就得到了相应保护。根据黄河水污染特征,选择CODCr和氨氮作为污染控制因子,采用一维水质模型计算环境水量。干流纳污水平按以下3种情况设定:一是维持现状纳污水平(2000年为现状年);二是考虑支流所在地区经济社会可承受能力和污染治理水平,支流输污量介于现状纳污水平和满足功能要求的一种中间状态,我们称之为可控水平或阶段目标纳污水平,入黄排污口满足国家污水综合排放标准;三是入黄支流满足功能区划,入黄水质目标、入黄排污口满足国家污水综合排放标准。初步研究结果如下:(1)现状纳污水平下,黄河干流所需流量很大,在目前水资 源条件下很难实现,其水质达标不可能得到保证。在下河沿站流量大于500 m3/s时,才可以保证石嘴山至龙门站水质达标,但龙门流量必须达到1 100 m3/s,才能保证潼关、三门峡和小浪 底的水质。小浪底下泄流量为1 600 m3/s才能保证花园口及以下河段的水质。根据黄河水资源现状和现有工程调控能力,要做到这一点是很难实现的。(2)阶段目标控制水平下,龙门以上

河段所需流量基本可以得到保证,但龙门以下河段难以得到保证。将阶段目标控制水平下各水文站所需流量和90%保证率最枯月平均流量进行对比分析可知,上游下河沿、头道拐断面所需流量基本能够得到保证,但中、下游各水文站所需流量保证率仍较低。在对入黄支流及排污口实施阶段目标控制情况下,若现有水资源条件允许,可通过水量调度,兼顾部分断面满足水体功能的水量要求。(3)要实现黄河/污染不超标0的目标,入黄支流必须满足入黄水质目标要求,入黄排污口必须满足国家污水综合排放标准。目标控制水平下,即入黄支流满足入黄水质要求,排污口满足国家污水综合排放标准,各水文站所需要的基本流量与90%保证率最枯月平均流量比较接近,说明其保证程度较高。也就是说,只有在目标控制水平下,黄河干流/污染不超标0才能得到稳定实现。上述表明,只有在规划目标控制水平下,各重点河段所需流量的保证率较高。河流纳污水平和河流水质目标是计算环境水量的两个重要条件,因而环境水量的研究应通过对黄河水污染问题的深入研究,建立河段社会经济可持续发展、水资源可供水平、水环境功能维持的输入响应关系,以保证社会经济及水资源利用的可持续发展。 3.3 生态需水量研究方法探讨

河流生态需水量是指为维持河流正常生态功能的水量。河道生态功能,广义上是指维持河流生态系统平衡,狭义上是指维持水生生物栖息环境及满足其正常生长需要。如前所述,黄河生态需水量是指为维持黄河水生生物特别是鱼类及其生存发育,修复及维持河道湿地、河口地区湿地生态系统及近海水生生物的水量。国外目前有关水生生物生长、保护栖息环境的定量计算研究方法较多,比较有代表性的方法有IFIM法(河道内流量增量法)、湿周法和R2CROSS法,但后两种方法又是以生境保护为主的水力学参数法,只有IFIM法和所保护的生物物种联系紧密。由于黄河泥沙含量高,水体内水生生物不丰富,加之近年水质日益恶化,因此水生生物包括鱼类比较贫乏。考虑黄河上比较缺乏水生生物的调查及其生长习性的观测数据,很难做到完全生态学意义上的定量研究。所以,黄河生态需水的研究应在河道基流及环境水量研究的基础上,考虑河口生态修复需水,结合水力学参数法,对该流量级下的水文要素(如水深、流速、湿周等)能否满足黄河鱼类的生存空间进行判别,以综合确定生态环境需水量。根据汇流区的实际情况,按上述目标和原则测算,2007年年底前,宜建设18座城镇污水处理工程,建设规模58.0万m3/d,总投资约8.33亿元,加上原洛阳污水处理厂,总建设规模为77.5万m3/d,污水集中处理率达到73.0%。2010年,汇流区城镇污水集中处理总规模为102.5万m3/d,污水处理率 达68.9%。

6 农业面源污染防治

(1)坚持以治理现有污染为主,污染预防和治理相结合,从乡镇工业治理、农业生产调整和城乡建设等各个环节减少污染物排放量。限期治理乡镇工业污染源,鼓励和引导乡镇企业向 小城镇集中,以利于管理和污染控制。加强对小城镇环境的综合整治,根据不同情况采用修建污水处理厂、氧化塘、土地处理系统等对城镇污水进行处理,减少入河污染量。

(2)发展生态农业和有机农业,综合防治面源污染,主要推广有机肥,制定明确的农药、化肥施用减量计划,切实解决农业面源污染问题。要严格控制持久性有机污染物及农药的大量施用,减少水体中持久性有机污染物比例。

(3)继续大力推进退耕还林还草等水土保持工作,以减小污染物进入水体的几率。

(4)加强对畜牧养殖业污染物的处理,对利用河道、水库的水产养殖业规模要严格限制。 7 污水资源化

废水,不能仅把其视为污害,而应作为可以利用的资源来考虑。世界上已有较大规模,历时较长的污水资源化利用范例。概括而言,废水再利用的障碍是心理上的,而非技术上的。大力推进城市污水处理与资源化是本区域近期的主要工作之一,缺水城市在规划污水处理设施的同时要安排回用设施的建设,开展污水的深度处理,可将处理后的污水用于工业生产、冷却及城市绿化等。在污水排放量集中的沁河、蟒河流域和伊洛河流域的偃师等地,土地相对比较

集中,水利条件较好,可考虑实施规模性的污水资源化利用。建议对桥上、下游500 m范围内修建高岸防护工程,以防止大水时高岸坍塌,影响桥头安全。对桥头工程,要常年备足抢险料物,如铅丝、石料等,一旦出现险情即可进行抢护,保证桥头的安全。 3 施工期防洪措施

大桥主体工程施工时有些临时工程,如施工栈桥、砼灌注桩、砼吊车平台、钢管桩以及在施工区内的临时房屋、砼道路、废弃的其他料物等。尤其是施工栈桥一般为钢梁结构,跨度 小、钢桩密度大,壅水阻凌严重;砼吊车平台体积大,严重影响河道行洪。这些临时工程及堆料在河道内会拦洪拦沙,造成桥位处流速增大和壅水,桥位以上河道淤积,威胁防洪工程、通航 船只的安全,同时也危及大桥自身的安全。鉴于以上分析,应采取以下相应措施:1施工时如果建施栈桥,应报河道主管部门审批,其主孔跨度及梁底高程要满足防洪要求。o滩面施工道路高程不能高出滩面0.5 m,也不得在滩面堆积大宗施工料物,阻碍行洪。?施工期要加强与黄河防汛、水情部门的联系,根据洪情、凌情和黄河防汛指挥部的指令,及时采取措施,确保防洪、防凌安全。?施工完成后,要及时拆除栈桥及所有施工临建设施,并推平阻水路堤。?凡拆除的钢管、砼桩,砼吊车平台,其拆除高程必须满足防洪及通航的要求。各种施工弃渣,都必须清除至河道以外。?清障完毕须经河道主管部门的验收。 4 问题探讨

(1)河道湿地生态系统需水问题。黄河下游属典型的游荡型河道,在堤防等边界条件约束下,沿河塑造了3 540多km2的滩地。就黄河现状来说,在河道水域与堤防(陆地)之间的过渡带,基本是自然状态下形成的湿地和滩地,也是水位涨落的区间,应属于河道行洪的一部分。但由于历史、社会等多方面原因,导致滩区现有人口181万,建有数百公里的生产堤。生产堤的存在,不仅造成主槽萎缩、二级悬河加剧,而且对生态系统和沿河湿地的保护也不利。但河道湿地生态需水问题比较复杂:一是湿地范围的界定比较困难;二是所需水量难以量化;三是所需水量的补给方式等需要分析探讨。

(2)生态需水与环境需水的耦合问题。如前所述,黄河干流生态环境需水并不是生态需水与环境需水的简单相加,二者之间存在着重叠。对一些河段,环境需水得到满足,生态需水同时也得到了保证,这里的环境需水实际上就是生态环境需水,但对另一些河段情况就不相同。如何对生态需水与环境需水进行耦合,进而确定合适的生态环境需水量,也是一个非常关键的问题。我们认为应以满足水体功能目标的环境需水量为基点,进而给出相应流量级的水力学参数,判断其是否满足黄河水生生物保护主体(鱼类)的生存空间,再根据鱼类习性及其对环境条件要求来综合确定生态环境需水量。