印度河流域水資源一體化管理框架研究

李運輝 陳獻耘 沙海明

(南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210029)

印度河流域水資源一體化管理框架研究

李運輝 陳獻耘 沙海明

(南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210029)

印度河流域目前面臨著人口增長、快速城市化和工業(yè)化、環(huán)境惡化、資源無節(jié)制的開發(fā)、低效用水和氣候日趨惡化等諸多挑戰(zhàn)，為此，印度和巴基斯坦兩國計劃從供水管理和需水管理(WDM)兩方面加強對印度河流域的管理。簡要介紹了該流域當前和未來水資源可持續(xù)一體化管理(IWRM)框架。

流域水資源;水資源管理;資源一體化;管理框架;印度河

印度河流域是世界上耗水量最大的流域之一。每年的特定時期，水甚至不能真正地流入大海，使其成為一個封閉流域［1］。如今它依然面臨與水資源有關(guān)的很多問題。人口增長、快速城市化和工業(yè)化、環(huán)境惡化、低效用水和貧困(經(jīng)濟水短缺)、氣候變化等因素都將對未來數(shù)十年造成更大的挑戰(zhàn)。

印度河流域水循環(huán)的研究課題包括水文和可用水資源、氣候變化對冰川和水文狀況的影響、農(nóng)業(yè)需水和生產(chǎn)力、地下水管理、水庫泥沙、生態(tài)河流和印度河三角洲、水政策以及水資源管理等［2－3］。

本文概述了該流域的IWRM。

1 印度河流域概況

印度河流域涉及4個國家，其中巴基斯坦流域面積最大，真正的上游部分在印度、中國和阿富汗。超過40%的面積海拔超過2 000 m?，F(xiàn)代印度河流域面積要小些，原因是流經(jīng)印度拉賈斯坦邦塔爾沙漠的瑟勒斯沃蒂河(或克格爾河)目前直接流入阿拉伯海，而不是流入印度河。

在該流域的約1.93億總?cè)丝谥校突固?、印度和阿富汗各?2%、23%和5%，由于惡劣的喜馬拉雅地貌特征，中國人口幾乎為零。在灌溉面積中，巴基斯坦約占74%，印度約占24%。印度河流域灌溉系統(tǒng)(IBIS)是世界上最大的灌溉系統(tǒng)。其中，巴基斯坦需水量最高，其次是印度。本文集中研究這兩個地區(qū)。

印度河流域最濕潤的地區(qū)是喜馬拉雅－喀喇昆侖－興都庫什(HKH)山南坡。該流域北部的高山區(qū)域以及低地，如印度的拉達克，非常干燥。流域干燥指數(shù)從濕潤到超干。其冰川面積非常大，為37 134 km2［4］。

主要農(nóng)業(yè)地區(qū)位于巴基斯坦和印度旁遮普地區(qū)的一些省份。巴基斯坦的信德省也是一個重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，主要的灌溉系統(tǒng)位于這些地區(qū)。目前，灌溉農(nóng)業(yè)占印度河流域用水需求的90%以上。該流域?qū)嵤┐址呸r(nóng)業(yè)的大量地區(qū)通過雨水灌溉。

2 面臨的主要挑戰(zhàn)

2.1 概 況

該地區(qū)面臨人多且貧困、資源無節(jié)制開發(fā)和生產(chǎn)力水平低等各種極端壓力，人口的增長將導致更高的需水量。氣候變化對水資源影響是積極的還是負面的仍然不確定。面臨的挑戰(zhàn)主要有:

(1)人口增加和城市化與工業(yè)化加速，導致生活和工業(yè)、糧食以及能源生產(chǎn)的需水量更高;

(2)通過對印度河和恒河流域進行的觀測發(fā)現(xiàn)，資源無規(guī)劃的利用、地表水到地下水利用的轉(zhuǎn)變正加速地下水資源的枯竭;

(3)糧食生產(chǎn)的低效用水;

(4)泥沙淤積導致水庫庫容下降;

(5)澇漬和鹽堿化、有產(chǎn)能的農(nóng)業(yè)用地損失、土地退化、地表水和地下水資源污染;

(6)氣候變化使可用水發(fā)生改變;

(7)增加環(huán)境流量以維持河流以及印度河三角洲的生態(tài)系統(tǒng)，并防止鹽水進一步入侵該三角洲;

(8)沿河國家之間的緊張局面。

2.2 水資源變化和氣候變化

源于印度河流域人煙稀少的上游山地的水資源對于人口稠密，且只有粗放灌溉系統(tǒng)的半干旱和超干旱低地來說極其重要。在多山地區(qū)的許多流域，以雪和冰形式的季節(jié)性蓄水對低地非常重要，故應(yīng)至少進行季節(jié)層面上的水資源管理分析。研究表明，冰雪融水在印度河流域相當重要。冰雪融化產(chǎn)生的流量是下游地區(qū)自然生成總流量的151%。約40%的冰雪融水源自冰川，60%的來源于雪蓋。2010年最新研究結(jié)果強調(diào)了冰川融水對印度河的重要性，印度河流域水文情勢如下［5－6］:

(1)中緯度的雪情勢，水流取決于季節(jié)性融雪，對整個水流貢獻最大;

(2)非常高緯度的冰川情勢，河流水量取決于夏季溫度;

(3)降雨情勢，取決于季風季節(jié)期間降雨的徑流，對喜馬拉雅南部丘陵以及平原地區(qū)的用水起決定作用。

氣候變化肯定會影響水資源的時空可用性，然而對印度河流域的影響仍不確定。2011年的最新研究表明，巖屑覆蓋可能有助于了解HKH地區(qū)冰川退縮的原因。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的一份錯誤的報道激起了關(guān)于喜馬拉雅冰川當前狀態(tài)和未來演變的爭論。按照學者謝勒(Scherler)的理論(2011年)，喀喇昆侖地區(qū)的冰川幾乎是靜止的。而在喜馬拉雅西部、中部和東部的冰川正在退卻?？龅貐^(qū)一半的冰川是穩(wěn)定的或甚至在前進，而整個亞洲高山地區(qū)約2/3的冰川正在退卻。這與盛行的觀點相悖，即在HKH地區(qū)所有冰川正在退卻。這強調(diào)了印度河流域未來可用水預(yù)測的不確定性以及進一步研究的必要性。

2.3 需水增加

生活和工業(yè)用水、糧食以及能源生產(chǎn)需水量的增加主要與該流域預(yù)測的人口增長有關(guān)，并與城市化、工業(yè)化的加速和生活水平的提高有關(guān)。據(jù)聯(lián)合國預(yù)計，到2025年，巴基斯坦人口將由目前的1.85億增加到2.46億，到2050年將達到3.35億。同樣，也預(yù)測了該流域印度部分的人口增長情況。到2025至2050年，旁遮普邦的人口數(shù)量將由目前的2 700萬(占印度河流域印度人口的60%)左右增加到2 900萬。印度河流域的阿富汗地區(qū)目前居住著約1 000萬人。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，阿富汗人口將從目前的2 900萬增加到2025年的4 500萬和2050年的7 400萬。喀布爾市位于印度河流域，其人口自2001年起增加了3倍，達到約450萬，使其也許成為近8 a來世界上人口增長最快的城市［7］。在該流域的中國部分居住的人口數(shù)極少。

2.4 從地表水資源到地下水資源利用的轉(zhuǎn)變

在過去的幾十年，出于灌溉、民用和工業(yè)用水目的，在印度河流域出現(xiàn)了從地表水資源到地下水資源利用的轉(zhuǎn)變。簡易的鉆孔技術(shù)使甚至貧困的農(nóng)民都能取得地下水。在巴基斯坦超過80%的地下水開發(fā)是通過小容量的管壁來完成的。在過去幾十年，印度河流域主要農(nóng)業(yè)區(qū)管壁的數(shù)目急劇增長。到20世紀60年代早期，巴基斯坦23%的土地遭受澇漬和作物根區(qū)鹽堿化。為此，最初通過安裝大量管壁來降低地下水水位。隨后，農(nóng)民使用地下水來直接替代或補充地表水灌溉。

IBIS自流供水系統(tǒng)對管理和運行要求極低。其運行基于連續(xù)的供水，且與實際的作物需水量無關(guān)。盡管其庫容有明顯增加，但實際上還是一個基于供給的系統(tǒng)，故不能調(diào)節(jié)作物季節(jié)變化的需水量。地下水開發(fā)使許多農(nóng)民的灌溉用水得到補充并可應(yīng)對地表水供應(yīng)的不確定性。開發(fā)地下水資源不僅使農(nóng)民增加了糧食產(chǎn)量和收入，使其收入多樣化，而且還減少了季節(jié)性和自然災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負面影響。

然而，目前地下水抽取與補充極不平衡。在巴基斯坦和印度，地下水水位都降到了警戒值。2002年4月～2008年6月，印度河流域儲水量每年損失10 km3。地下水水位過度下降使抽取地下水更加昂貴。結(jié)果，許多井無水可取，而水位繼續(xù)下降，且鹽堿化加重。

3 IWRM框架

印度河流域和印度未來可持續(xù)IWRM的目標為［8］:

(1)保障資源利用的可持續(xù)性，并研究制定保證高生產(chǎn)率的具有地區(qū)差異性的政策;

(2)制定和執(zhí)行嚴格的地下水管理和能源消耗政策;

(3)增強糧食生產(chǎn)的安全性;

(4)提出土地用途分類和改進基礎(chǔ)設(shè)施的政策變化。

可持續(xù)IWRM實踐包括供水管理和需水管理。

3.1 供水管理

(1)缺水、雨水收集和人工地下水補充(AGWR)。由于印度河流域內(nèi)降水的季風特性和冰雪融水的季節(jié)性以及作物需水的季節(jié)性變化，蓄水很重要。過去，建設(shè)了很多大型水庫(例如塔貝拉)，并且農(nóng)民逐漸從地表水利用轉(zhuǎn)到地下水進行灌溉以應(yīng)對這些自然條件的變化。然而，地下水的抽取速度要遠遠快于其自然補充速度。

多用途大壩和分散的雨水收集在印度河流域是相當重要的。雨水收集同時也防止土壤侵蝕，其重點在于:①收集生活用水(如屋頂雨水收集);②補充天然水;③通過小型節(jié)制壩增加地下水的注入或小水庫蓄水。分散的雨水收集對貧困社區(qū)很重要。為了維護下游地區(qū)的利益，上游地區(qū)應(yīng)該在IWRM框架下進行蓄水，并應(yīng)該維持環(huán)境流量［9］。

如果有合適的含水層，AGWR和其他蓄水方法相比有許多優(yōu)點，如低蒸發(fā)率、自然處理，并可提高應(yīng)對季節(jié)性供水和需水變化的蓄水能力。

應(yīng)盡可能地維護印度河及其支流的天然洪泛區(qū)。由于人口增加，這些洪泛區(qū)逐漸有人居住，在季風季節(jié)河流的淹沒區(qū)域變得很小了。通過可持續(xù)洪泛區(qū)管理，大量季風洪水能得到暫時儲存，地下水可得以補充。

(2)水庫管理。在印度河流域，泥沙淤積已導致庫容下降。印度河及其支流含沙量很高，嚴重影響了印度河和杰希姆河上的塔貝拉壩和曼格拉壩的庫容。

水庫管理需要達到集水和蓄水組合的產(chǎn)流最大、蒸發(fā)損失最小以及水質(zhì)最優(yōu)的要求。對于水力發(fā)電、其他用途以及防洪等功能，應(yīng)該實施多目標控制管理。

(3)水質(zhì)改善和廢水處理基礎(chǔ)設(shè)施投資。包括對不同污染物執(zhí)行水污染防治戰(zhàn)略(立法、收取污染費等)。

在印度河流域，惡化的地下水質(zhì)是一大問題。該流域地下水鹽化是個嚴重的問題，特別在巴基斯坦信德省灌區(qū)，許多地下水天然就是咸水(源自海水)，故不適合作為渠道水的替代品。應(yīng)對地表水和地下水進行聯(lián)合管理。要教育農(nóng)民在地表水和地下水資源的聯(lián)合管理下種植合適的作物。在印度旁遮普邦，農(nóng)民常年輪植小麥和水稻。自從綠色革命以來，單一經(jīng)營精細小麥和水稻，不再種植其他作物，這對土壤的直接影響顯而易見。在過去的50 a里，農(nóng)民使用更大劑量的化肥和農(nóng)藥。旁遮普邦化肥濫用現(xiàn)象最為嚴重。這些物質(zhì)污染了水體。此外，旁遮普邦的地下水又被城市徑流和工業(yè)污水所污染。因此要求找到一個更環(huán)保的方法并制定相關(guān)的農(nóng)業(yè)政策。為了避免水污染，還要對土壤改良措施進行反復(fù)斟酌。

(4)備用水資源的利用。在該流域，由于生活和工業(yè)需水都將明顯增加，回收廢水的潛力也隨之增加。隨著脫鹽成本的下降，沿岸社區(qū)微咸水以及海水脫鹽的前景變得更有吸引力。巴基斯坦和印度進行的研究也表明，微咸水能被用于灌溉不同土壤類型和環(huán)境條件下的各類作物。

(5)土地利用規(guī)劃和土壤保持。這些實踐包括為了防止侵蝕和土地利用發(fā)生改變而實施的再造林等措施。

3.2 需水管理(WDM)

(1)地表水和地下水聯(lián)合利用的管理。地下水使用的激增引起地下水資源正在耗盡。正如在巴基斯坦和印度兩國觀測到的一樣，由于農(nóng)民小型水井的數(shù)目巨大，發(fā)放許可證不再是解決該現(xiàn)象的最好辦法。應(yīng)對地表水和地下水的聯(lián)合利用進行管理。

(2)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)和現(xiàn)代化。應(yīng)對現(xiàn)有的生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水基礎(chǔ)設(shè)施進行修復(fù)和現(xiàn)代化改造。應(yīng)減少生活用水滲漏，并應(yīng)對現(xiàn)有的灌溉系統(tǒng)進行改造，以適應(yīng)未來的需求。印度地表水和地下水的平均灌溉效率約分別為40%和60%。IBIS的灌溉效率非常低。灌溉效率的增加(如通過滴灌和噴灌以及減少灌溉和滲漏)會大大緩解用水壓力。

(3)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率。用更少的水獲得更多的產(chǎn)量，實現(xiàn)更大價值，以減少未來的需水量，減小對環(huán)境的影響，并緩解用水沖突。在印度河流域增加水稻－小麥系統(tǒng)的產(chǎn)量對于糧食安全很重要。提高效率的方法包括:①作物化肥量適宜以實現(xiàn)產(chǎn)量最大化;②種植要有規(guī)劃和多樣化;③通過結(jié)合灌溉系統(tǒng)內(nèi)家禽和漁業(yè)養(yǎng)殖來提高用水效率;④對植物不同種植階段的供水要進行合理的量化;⑤現(xiàn)場土壤水分管理和雨水收集技術(shù)(堤岸、梯田、等高種植、土體平整等)。和國際水準(如1996年法國、德國、美國和日本谷類每公頃產(chǎn)量均超過5 000 kg)相比，印度作物產(chǎn)量較低(如在2005～2006年谷類每公頃產(chǎn)量為1 756 kg)。

(4)經(jīng)濟手段(如水價)。高補助的灌溉水價導致了對作物過度用水，是引起灌溉低效益的原因之一。

(5)干旱期用水限制。在干旱期，澆灌花園或洗車受到限制。

(6)虛擬水進口－出口。適時將農(nóng)產(chǎn)品從豐水和高產(chǎn)地區(qū)輸往缺水地區(qū)(虛擬水貿(mào)易)。旁遮普邦在印度就是最大的凈虛擬水輸出者。基本上生產(chǎn)的大量農(nóng)作物被輸往該國印度河流域外的其他地區(qū)。巴基斯坦幾乎所有小麥(98%)均產(chǎn)自印度河流域。印度約89%的小麥產(chǎn)自恒河流域(62%)和印度河流域(27%)［10］。由于小麥是低價值作物，必須關(guān)注小麥產(chǎn)量的水分配價值成本。特別是對于出口到印度河流域之外的產(chǎn)品，應(yīng)該評價其效益和成本。

(7)改變食物需求模式。趨向于食用高效用水的食物(如減少肉攝入)是一項需求管理實踐?？赏ㄟ^廣告宣傳和定價來影響飲食方式。然而，在印度農(nóng)村和城市，非糧食類作物(蔬菜、水果、油脂作物)和動物產(chǎn)品(牛奶、雞肉、蛋、魚)的需求與日俱增。日益增加的收入和城市化將進一步增加印度和巴基斯坦飲食中非糧食類食物產(chǎn)品的需求。

通過改善交通，改進蓄水基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)能減少不必要的損失。在生產(chǎn)和消費過程中農(nóng)業(yè)產(chǎn)品損耗估計為40%～50%。

3.3 國際合作

在近50 a，通過印度河用水條約(IWT)，巴基斯坦和印度之間的印度河河水之爭相對平靜。但兩國需水量的上升將打破這種穩(wěn)定關(guān)系。雙方應(yīng)在尊重對方意愿的前提下進行水電開發(fā)。

4 結(jié)語

巴基斯坦、印度、中國和阿富汗共享的印度河流域是世界上開發(fā)最過度的流域之一。迄今為止，灌溉農(nóng)業(yè)是最大的用水戶。但隨著人口增長、城市化加速、工業(yè)化以及生活水平的提高，生活和工業(yè)目的的用水需求日益增加。同時，食物生產(chǎn)和發(fā)電用水也將增加。其他危機還包括無節(jié)制地開發(fā)水資源、從地表水到地下水利用的轉(zhuǎn)變，都將加速地下水資源的枯竭。作物生產(chǎn)表現(xiàn)出低效用水的特征。泥沙淤積導致水庫庫容下降。澇漬和鹽堿化、多產(chǎn)的農(nóng)業(yè)用地損失、土地惡化以及地表水和地下水資源的污染也是面臨的挑戰(zhàn)與危機，同時還應(yīng)關(guān)注氣候變化可能誘發(fā)的一系列問題，以維護該河流域和印度河三角洲的生態(tài)環(huán)境。

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TV213.4

A

1006-0081(2011)09-0005-04

2011-06-07

李運輝，男，南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，譯審.