我國四大水問題的發(fā)展與變異特征

王延貴，王 瑩

(1.國際泥沙研究培訓中心，北京 100048;2.水利部水土保持司，北京 100053)

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。在我國水資源、水能資源開發(fā)利用過程中，一直伴隨著“水多、水少、水渾和水臟”等基本水問題，直接影響我國社會經(jīng)濟的發(fā)展。為應對四大水問題，各流域內(nèi)修建了大量的水利、水保工程和防污治污工程，為我國社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了十分重要的作用。我國改革開放以來，由于注重經(jīng)濟增長速度而忽視全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，伴隨著水資源的過度開發(fā)和低效利用，流域水土流失嚴重，廢污水排放量不斷增加，“水多、水少、水渾和水臟”等四大水問題依然嚴峻，且在不斷發(fā)展甚至發(fā)生變異。目前，關于我國水問題的研究成果很多［1-4］，但關于我國水問題發(fā)展態(tài)勢與變異的綜合分析仍然較少。因此，針對我國“水多、水少、水渾和水臟”的四大水問題的實際狀況，總結(jié)和探討四大水問題的發(fā)展態(tài)勢與變異特征，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 河流系統(tǒng)演進與四大水問題的內(nèi)在關系

1.1 河流系統(tǒng)及其組成部分的相互作用

河流系統(tǒng)通常是由河流源頭、濕地、湖泊以及眾多不同級別的支流和干流組成的流動水網(wǎng)、水系或河系［5-6］。河流系統(tǒng)主要由水流、懸浮物和邊界三部分組成，其中水流是河流系統(tǒng)的主要組成部分，也是水生態(tài)文明的源泉;河流中的懸浮物包括泥沙、生物、廢污水排放物等，根據(jù)水流運動狀態(tài)與邊界條件，水流含沙量通過河道沖刷或淤積而增大或減小，水中生物則受水流狀態(tài)、水流礦物組成、廢污水排放物、水溫等因素的影響而變化，廢污水排放物主要受工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類生活等活動(包括河流排污、面上污染等)影響;河流邊界包括河槽、河漫灘、河岸堤防工程等，是水流與懸浮物的約束體，是河流防洪安全的重要條件。

在河流系統(tǒng)中，水流、懸浮物和邊界之間并不是孤立的存在，而是相互聯(lián)系和相互作用的，主要表現(xiàn)為水流對泥沙的輸送作用，水流對廢污水排放物的稀釋作用，泥沙對污染物和生物的吸附作用，以及廢污水對水流、泥沙和生物的污染作用。河流系統(tǒng)組成部分間的相互作用對河流系統(tǒng)演進和基本水問題的發(fā)生是非常重要的，直接影響我國生態(tài)文明的進展。

1.2 河流系統(tǒng)演進與四大水問題的關系

水流、懸浮物和邊界之間相互適應、相互協(xié)調(diào)時，河流系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，生態(tài)文明健康發(fā)展;反之，水流、懸浮物和邊界之間不適應和不協(xié)調(diào)時，河流系統(tǒng)和水生態(tài)環(huán)境處于不健康狀態(tài)［7］。當河流系統(tǒng)中的水流、懸浮物等發(fā)生劇烈和大幅度變化時，河流系統(tǒng)將會演變，同時將伴隨著“水多、水少、水渾和水臟”等基本水問題的發(fā)生。當河流系統(tǒng)中降水量和水位超過安全警戒線時，就形成“水多”的洪澇災害問題;當河流系統(tǒng)降水量減少到某一種臨界狀態(tài)或分配不合理時，河流系統(tǒng)就會形成“水少”的缺水干旱狀態(tài);當流域水土流失嚴重時，河流系統(tǒng)中的泥沙含量增大，“水渾”問題就出現(xiàn)了;流域內(nèi)人類活動頻繁，河流排污量增加與面源污染嚴重時，河流系統(tǒng)中的污染物超過河流的納污承載能力，河流系統(tǒng)水流變“臟”，水質(zhì)發(fā)生污染。

2 我國四大水問題的基本特點

2.1 “水多”問題

“水多”問題主要是指流域洪澇災害頻繁，其表現(xiàn)形式主要有雨澇、洪水潰決、山洪泥石流、滑坡等。首先，受我國年降水量地域分布和年內(nèi)季節(jié)分布不均勻的影響，我國洪澇災害主要發(fā)生在春夏秋季節(jié)，特別是淮河及秦嶺以南地區(qū)和遼東半島的夏季，表現(xiàn)為時空分布的不均勻性［8］。其次，大約2/3的國土面積上存在著不同危害程度的洪澇災害，全國600多座城市90%都存在防洪問題［9］，我國洪澇災害具有普遍性。第三，在許多河流上一個時期大洪水發(fā)生的頻率較高，而另一時期頻率較低，高頻發(fā)期和低頻發(fā)期呈階段性的交替變化，且在高頻發(fā)期內(nèi)大洪水往往連年出現(xiàn)，具有重復性和連續(xù)性［8］。最后，我國主要河流流域面積較大和西高東低的地形條件，使干支流洪水經(jīng)常遭遇，洪峰疊加累積和快速傳遞，易形成峰高量大的暴雨洪水，對河流中下游地區(qū)造成嚴重危害，據(jù)統(tǒng)計，1990年以來，由于洪澇災害所導致的損失全國年均在 1100億元左右，約占同期全國 GDP的1%［1］。

2.2 “水少”問題

“水少”問題是指河流系統(tǒng)水量不能滿足生態(tài)建設和社會生產(chǎn)的需求時，流域?qū)霈F(xiàn)干旱和缺水問題。與洪澇災害相對應，我國流域干旱具有時空不均勻性、連發(fā)性和連片性、危害嚴重性等特征。我國各地降水量隨季節(jié)變化相差懸殊，表現(xiàn)為不同地區(qū)和不同季節(jié)發(fā)生干旱的程度是不一樣的，北方干旱程度一般大于南方，黃淮海地區(qū)是我國最大的干旱區(qū)。北方地區(qū)干旱連發(fā)性和連片性比南方地區(qū)更為顯著，連年連片干旱會造成特別嚴重的災害，如1876—1878年和1959—1961年都曾出現(xiàn)連續(xù)3年干旱［10-11］，前者遍及河南、山西、陜西、甘肅、山東、安徽等18個省，后者遍布長江、淮河、黃河等流域的廣大地區(qū)，造成糧食減產(chǎn)或絕產(chǎn)。此外，我國是一個水資源短缺的國家，人均水資源占有量低［9］，其表現(xiàn)形式為剛性缺水、發(fā)展性缺水、季節(jié)性缺水、水質(zhì)性缺水等，主要是由降雨地域不平衡、降雨季節(jié)與用水需求不一致、社會發(fā)展需水量增加和水質(zhì)污染等共同造成的。

2.3 “水渾”問題

我國河流的主要特點之一就是挾帶大量泥沙，特別是北方河流，常形成多沙河流，如黃河、海河、遼河等，大量泥沙造成河道和水庫的累積淤積不僅給水利水電工程建設帶來了許多問題，而且給河道防洪、沿河工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人民生活帶來了嚴重的影響，即所謂“水渾”問題，“水渾”問題產(chǎn)生的根源是流域水土流失嚴重，嚴重的水土流失還會導致土地退化和生態(tài)惡化問題。目前我國水土流失面積295萬km2，占國土面積的31%，其中重度侵蝕面積占33.8%［12-13］。我國水土流失的主要特點包括水土流失分布廣、面積大，水蝕、風蝕、凍融侵蝕及滑坡、泥石流等相互交錯，土壤流失強度大、侵蝕嚴重區(qū)比例高等。如黃河中游黃土高原水土流失面積高達45萬km2，土壤侵蝕嚴重，黃河潼關站多年平均輸沙量高達10.5 億 t［14］，多年平均含沙量為 30.8 kg/m3，使得三門峽水庫和小浪底水庫大量泥沙淤積，黃河下游河道淤積嚴重，主槽萎縮，形成二級懸河，防洪問題仍十分嚴峻。

2.4 “水臟”問題

“水臟”問題就是隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，廢污水排放量(點源)和流域面源污染增加，導致河流系統(tǒng)水質(zhì)污染嚴重。我國水質(zhì)污染主要是由未經(jīng)處理或處理不達標的生產(chǎn)和生活廢水引起的，主要表現(xiàn)為有機污染、重金屬污染、富營養(yǎng)污染以及這些污染共存的復合性污染。改革開放以來，我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展，特別是20世紀90年代以來發(fā)展更為迅速，廢污水排放量大幅增加，2003年全國廢污水排放總量達680億t(其中工業(yè)廢水占2/3，城鎮(zhèn)生活污水占1/3)，比1980年的239億t增加了近2倍［1］。大量的廢污水排放使得全國各大江河湖泊的水質(zhì)和生態(tài)都受到不同程度的損害與污染，不僅在北方一些缺水地區(qū)曾出現(xiàn)“有河皆干、有水皆污”的現(xiàn)象，而且在南方一些水資源豐富的地區(qū)也出現(xiàn)了“有水皆污”的現(xiàn)象，對飲用水源和生態(tài)環(huán)境危害極大。

3 我國四大水問題的發(fā)展與變化

鑒于氣候變暖、人類頻繁活動和社會發(fā)展的綜合影響，特別是為了應對我國四大水問題，流域內(nèi)建設了大量水利工程、水保工程和治污工程，“水多、水少、水渾和水臟”基本水問題也在變化，發(fā)生了一些新情況，甚至是變異，需要引起有關部門的重視。

3.1 “水多、水少”問題

3.1.1 河流水量發(fā)展態(tài)勢

河流系統(tǒng)水量變化是“水多和水少”問題的直接反映，豐水年一般預示著河流系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了洪澇災害，枯水年份一般屬于干旱缺水年份。據(jù)2000年《中國河流泥沙公報》［14］，黃河潼關站1964年、1967年和1983年對應的年徑流量分別為699.3億m3、627.8億m3和526億m3，皆為大水年，發(fā)生了大洪水;而1987年、1997年和2001年對應的年徑流量分別為200億m3、149.4億 m3和159億 m3，皆屬干旱年份，黃河下游曾出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。王延貴等［15］根據(jù)《中國河流泥沙公報》發(fā)布的徑流資料，認為我國主要河流水量變化具有以下特點:①我國主要河流總徑流量隨時間沒有明顯的趨勢性增加或減小，2000年后略有減少;②自1950年以來，南方河流(包括長江、珠江、錢塘江和閩江)、內(nèi)陸河流(包括塔里木河與黑河)和淮河的代表站徑流量沒有明顯增加或減少的趨勢;③我國北方河流(包括黃河、海河、松花江、遼河)徑流量呈現(xiàn)明顯的減少趨勢，其中海河北部水系徑流量減少幅度最大，2000年后較多年平均值偏小76%。

3.1.2 洪澇災害變異特征

a．洪水災害發(fā)生越來越頻繁。鑒于我國多年來主要河流徑流量的變化態(tài)勢，洪水問題總體格局變化不大，南方河流洪水問題不斷發(fā)生，北方河流防洪態(tài)勢依然嚴峻。但長期以來，由于人類活動和自然因素的變化，我國部分地區(qū)存在洪水災害發(fā)生越來越頻繁的趨勢［16-17］。如長江中下游地區(qū)從公元前185年到1911年間洪災發(fā)生的頻率為10年1次，其中唐代平均18年1次，元明時期平均五六年1次，明清時期平均4年1次;民國期間平均2年半1次，而20世紀90年代發(fā)生頻率為1.3，幾近1年1次。

b．小水大災現(xiàn)象不斷發(fā)生。流域人類活動更加頻繁，水土流失嚴重，許多河流和湖庫泥沙淤積嚴重，我國黃河、渭河、長江等20世紀90年代以來出現(xiàn)了小水大災的現(xiàn)象［17-20］，致使同頻率洪水條件下洪災加劇。黃河下游河道長期淤積嚴重，特別是河槽萎縮，小水大災現(xiàn)象曾十分嚴重，如1996年汛前，黃河下游河道的平灘流量只有3000 m3/s，8月發(fā)生流量為7860 m3/s(約3年一遇)的洪水，花園口站的洪水位達94.73m，創(chuàng)歷史最高，比1958年發(fā)生的洪峰流量為22300 m3/s(約70年一遇)的特大洪水所造成的淹沒損失還大。

c．流域洪澇災害治理態(tài)勢不平衡，中小河流治理相對滯后。我國河流眾多，流域面積100 km2以上的河流達5萬多條，流域面積1000 km2以上的有1500多條。新中國成立以來，我國政府對防洪問題十分重視，特別是在大江大河的防洪上投入了大量的人力和財力，我國七大江河的防洪工程體系已具較大規(guī)模，防洪形勢得到改觀，但我國中小河流眾多，而且分布范圍廣，相應的投入仍顯不夠，中小河流河道治理相對滯后，防洪體系還不夠健全，且由于河道淤積、萎縮，甚至人為侵占、縮窄行洪斷面，洪澇災害頻繁發(fā)生［4］，因此，在維護我國大江大河防洪安全的前提下，中小河流防洪體系建設與河道治理應是下一步民生水利的工作重點。

d．城市防洪排澇問題凸顯。近年來，隨著碳排放的不斷增加，城市上空熱島效應增強，導致城區(qū)降雨強度和頻率不斷增加，加上城區(qū)不透水面積比例很大和排水不暢，造成嚴重的城市外洪內(nèi)澇問題［4］。如北京2012年7月21日遭受了歷史罕見的特大暴雨，城區(qū)平均降雨量215 mm，造成特大城市洪水災害，初步統(tǒng)計全市經(jīng)濟損失近百億元。另外，武漢市多次暴雨形成洪災，2013年7月5—7日遭遇50年一遇的暴雨過程，城區(qū)最高降雨量達337.5 mm，城區(qū)部分區(qū)域積水深1m，造成嚴重的城市洪水災害。

3.1.3 缺水干旱變異特征

a．水資源短缺問題更加突出。我國是一個水資源十分短缺的國家，人均占有量2012年只有2100 m3，僅為世界人均水平的28%。我國“水少”問題十分突出，缺水問題不但沒有緩解，而且隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，需水量不斷增加，水資源短缺問題更加嚴重，特別是我國北方河流水量進一步減少，水質(zhì)污染嚴重，我國剛性缺水、水質(zhì)缺水等問題更加突出。

b．干旱缺水現(xiàn)象頻繁發(fā)生，發(fā)生頻率提高。我國幅員遼闊，地形復雜，受季風氣候和全球氣候變暖的影響，在全國范圍內(nèi)，不僅局部性或區(qū)域性干旱災害幾乎每年都會出現(xiàn)，而且重特大干旱災害發(fā)生的頻率也在提高。據(jù)統(tǒng)計［21］，1950—1990年間，共有11年發(fā)生了重特大干旱災害，發(fā)生頻次為26.83%;而1991—2009年間，共有8年發(fā)生重特大干旱;近年來，平均不到3年發(fā)生1次重特大旱災，且經(jīng)常發(fā)生區(qū)域性特大旱災。

c．干旱缺水區(qū)域與內(nèi)涵擴展。在傳統(tǒng)的北方旱區(qū)旱情加重的同時，近期南方和東部多雨區(qū)旱情也在擴展和加重，旱災范圍已遍及全國，張家團等［22］的研究表明，全國范圍內(nèi)干旱成災面積從20世紀80年代的 264640.4萬 hm2增加到2000—2007年的 349351.3萬 hm2，增加32.0%，其中，除黃淮海地區(qū)成災面積略有減少外，其他地區(qū)成災面積都有30%以上的增加，以東北地區(qū)干旱成災面積增幅最大，達103.5%。與此同時，旱災影響范圍已由傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)擴展到工業(yè)、城市、生態(tài)等領域，工農(nóng)業(yè)爭水、城鄉(xiāng)爭水、超采地下水和擠占生態(tài)用水現(xiàn)象越來越嚴重。

d．干旱缺水持續(xù)時間加長。北方地區(qū)以前主要以冬春干旱為主，近期許多地區(qū)會出現(xiàn)春夏連旱或夏秋連旱，有時甚至出現(xiàn)春夏秋三季連旱和連年連季干旱的跡象［23］。1997—2000年北方大部分地區(qū)持續(xù)3年嚴重干旱，2004年秋季至2007年夏季甘肅東北部持續(xù)3年干旱，2006年夏季至2007年春季重慶和四川百年不遇的夏秋冬春四季連旱，2009年東北部分地區(qū)夏伏期間發(fā)生嚴重的卡脖子干旱，表明我國干旱災害持續(xù)過程有拉長的趨勢。

3.2 “水渾、水臟”問題

3.2.1 “水渾”問題的變異特點

a．我國主要河流輸沙量大幅度減少。王延貴等［15］的研究表明，我國主要河流代表站總輸沙量具有明顯的減少趨勢，從1960年前的24.70億t大幅度減至2000年后5.59億t;我國主要河流輸沙量減少差異明顯，除珠江、松花江、錢塘江、塔里木河和黑河代表站年輸沙量減少幅度較小外，長江、黃河、淮河、海河、遼河、閩江等河流的年輸沙量具有顯著的減少趨勢，如黃河代表站年輸沙量從20世紀50年代的17.27億t減少至2000年后的3.34億t。

b．江河“水渾”問題與流域人類活動關系密切。河流系統(tǒng)水流泥沙量的多少直接反映流域水土流失狀況、人類活動影響和對水庫與河道泥沙淤積的影響。如黃河潼關站1964年和1977年的輸沙量分別為24.5億t和22.4億t，大輸沙量不僅反映了黃河流域黃土高原水土流失嚴重和建設頻繁，而且對黃河下游河道及三門峽水庫的泥沙淤積產(chǎn)生了重要影響，水渾問題十分嚴重;黃河潼關站2004年和2001年的輸沙量分別為2.99億t和2.36億t，小輸沙量反映了黃河流域黃土高原水土流失減輕，流域水土保持、水庫攔沙等人類活動的效果顯著，“水渾”問題和泥沙問題有所減輕。據(jù)初步分析，我國江河輸沙量的大幅度減少的主要原因是受流域水土保持滯沙、水庫攔沙、引水引沙、河道挖沙等人類活動的綜合影響，其中水土保持滯沙和水庫攔沙效果顯著［15］。

c．“水渾”問題減輕帶來的新問題。鑒于河道輸沙量的大幅度減少，河道和水庫淤積量也有所減少，傳統(tǒng)意義上的“水渾”問題有所減輕，同時又會帶來新的問題。如，河道輸沙量與含沙量的大幅減少將引起河道沖刷加劇與岸灘崩塌問題，進一步影響河道采砂管理和建筑業(yè)的發(fā)展;入海沙量的大幅度減少將會帶來河口灘涂塑造能力減小、河口海岸蝕退、咸潮回灌上延等問題。

3.2.2 “水臟”問題的變異特點

a．流域水污染問題嚴重。我國改革開放以來，廢污水排放量呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢［24］，總廢污水排放量從1980年的239億t增加到1985年的341.5億t，2008年增至587.6億t，水質(zhì)污染問題依然嚴重。據(jù)2010年《中國環(huán)境狀況公報》［25］顯示，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河和遼河七大水系總體為輕度污染，204條河流409個地表水國控監(jiān)測斷面中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)斷面比例為59.9%，Ⅳ、Ⅴ類為23.7%，劣Ⅴ類為16.4%，其中，長江、珠江水質(zhì)良好，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。

b．從單一污染向復合型污染轉(zhuǎn)變，面源污染加重，隨著社會經(jīng)濟和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，河流水質(zhì)污染也從單一污染轉(zhuǎn)向復合型污染，從一般污染物擴展到有毒有害污染物，并已經(jīng)形成點源與面源污染共存、生活污水排放和工業(yè)污水排放彼此疊加等復合型污染的態(tài)勢［26］。另外，隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)和農(nóng)村生活垃圾增長迅速，大部分沒有得到妥善處置，污水滲漏問題嚴重，再加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施加農(nóng)藥化肥的土壤污染，面源污染比重加大，甚至成為主要的水污染源［26］，在我國東部沿海地區(qū)的面源污染已開始超越點源污染，成為主要的水污染源。

c．從工業(yè)污染為主向生活污染為主轉(zhuǎn)變。從廢污水排放組成來看，城市生活廢水排放量和工業(yè)廢水排放量的排放規(guī)律是不一致的。在水環(huán)境治理過程中，結(jié)合我國工業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和優(yōu)化，加強了對工業(yè)污染的控制，使得工業(yè)廢水的年排放量變化不明顯，年排放量變化于153億～268億t之間，但占我國總廢水排放量比例由75%逐年下降至41%左右［24］。與此同時，隨著城市人口的增加和生活質(zhì)量的提高，生活污水的排放量從1985年的84.1億t增至2008年的345.9億t，逐漸成為我國廢污水排放的主體，其所占比例由1985年的24.6%增至2008年的58.8%。

4 結(jié)論

a．在河流系統(tǒng)演進過程中，當水流、懸浮物等發(fā)生劇烈和大幅度變化時，河流系統(tǒng)將伴隨著“水多、水少、水渾和水臟”等基本水問題的發(fā)生。不同的水問題具有不同的基本特征，“水多”將會造成洪澇災害，“水少”將會引起缺水干旱問題，“水渾”反映的是流域水土流失嚴重，“水臟”對應的是水質(zhì)污染問題。

b．我國主要河流總徑流量長期變化趨勢不明顯，但受流域自然條件變化、流域人類活動、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、生活水平提高等綜合影響，河流系統(tǒng)“水多、水少、水渾和水臟”基本問題也有很大的發(fā)展與變異，發(fā)生了不同于基本特征的新情況。

c．“水多”問題變異情況包括洪澇災害近期發(fā)生頻率增大、河流小水大災現(xiàn)象不斷發(fā)生、河流洪澇災害治理不平衡、城市防洪排澇問題凸現(xiàn)等;“水少”問題變異情況有干旱缺水問題嚴重、發(fā)生頻率提高、區(qū)域與內(nèi)涵擴展、持續(xù)時間加長等;“水渾”問題變異情況主要包括江河輸沙量大幅度減少、流域人類活動頻繁、江河輸沙量大幅減少帶來的新問題等;“水臟”問題變異特征有流域水污染問題嚴重、復合型污染和面源污染加重、工業(yè)污染向生活污染為主轉(zhuǎn)變等。

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