石羊河流域綜合治理成效及后續(xù)治理建議

宋淑珍，張 芮

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

石羊河發(fā)源于祁連山北麓的冷龍嶺，流經(jīng)金昌市，武威市的涼州區(qū)、民勤縣、古浪縣、天祝縣以及張掖市的肅南縣及山丹縣部分區(qū)域，注入下游民勤綠洲，形成上游山區(qū)-中游平地-下游綠洲的流域特點(diǎn)。石羊河流域地處東經(jīng)101°00′～104°12′， 北緯 37°02′～39°20′， 總面積 4.16 萬(wàn)km2，年均降水量200 mm，而年均蒸發(fā)量超過(guò)2 600 mm［1］，由于水資源的低效率使用和過(guò)度開(kāi)發(fā)，引起了一系列環(huán)境問(wèn)題，成為中央領(lǐng)導(dǎo)和社會(huì)各界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。我們?cè)诰C合分析石羊河流域水資源存在的問(wèn)題及成因的基礎(chǔ)上，總結(jié)了石羊河流域綜合治理取得的一些成效，同時(shí)提出對(duì)石羊河流域水庫(kù)實(shí)行生態(tài)調(diào)度、發(fā)展集雨節(jié)灌及其節(jié)水灌溉集成技術(shù)、轉(zhuǎn)變水資源管理模式等后續(xù)治理建議，以期為石羊河流域綜合治理的深入推進(jìn)提供參考。

1 綜合治理前石羊河流域水資源存在的主要問(wèn)題

1.1 上游冰川萎縮，出山口徑流量減小

全球升溫加上濫伐、濫牧、開(kāi)礦以及水資源過(guò)度開(kāi)采等資源掠奪性開(kāi)發(fā)，祁連山冰川雪線上升，冰川萎縮減薄［2-4］，石羊河及其支流流量減少，出現(xiàn)了出山徑流減少等現(xiàn)象。據(jù)中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所測(cè)算，位于祁連山西段西北坡的170條冰川以平均4.9 m/a 的速度縮減。與20世紀(jì)70年代和80年代實(shí)際觀測(cè)的平均結(jié)果相比，2002年和2003年“七一冰川”的零平衡線海拔分別升高了370 m和300 m［5］。同時(shí)，石羊河流域內(nèi)8條主要支流出山口徑流量減少22.2%，也由20世紀(jì)50年代的17.524億m3減少到21世紀(jì)初的13.630億m3。

1.2 中游大量引水灌溉，注入下游水量減小

石羊河流域在上游的8條支流上累計(jì)修建了7座中型水庫(kù)，這些水庫(kù)的建設(shè)對(duì)調(diào)蓄中游農(nóng)業(yè)灌溉用水，提高地表水資源的有效開(kāi)發(fā)利用，發(fā)揮了舉足輕重的作用［6］。但由于在水資源的調(diào)度、開(kāi)發(fā)利用中忽略了流域水資源的整體性和下游生態(tài)需水幅度，導(dǎo)致在水資源的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中忽視了對(duì)環(huán)境的影響的評(píng)價(jià)。20世紀(jì)50年代，進(jìn)入下游民勤的水量為5.527億m3，而到2005年進(jìn)入民勤的水量減少為0.830億m3，銳減85.0%，具體變化過(guò)程見(jiàn)圖1。上游來(lái)水量的減少，加之中游用水量不斷增加，最終導(dǎo)致下游河道及尾閭湖泊青土湖完全干涸［7］。

1.3 下游地下水過(guò)度超采，水位下降嚴(yán)重

由于石羊河流域上、中游水資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)入下游民勤綠洲的地表水總量顯著降低，加之隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民勤綠洲需水規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地下水開(kāi)采量大幅度上升。民勤綠洲地下水超采非常嚴(yán)重，石羊河流域綜合治理前民勤地下水開(kāi)采量已經(jīng)達(dá)到了5.160億m3，超采量將近4.100億m3。地下水位下降10～20 m，局部地區(qū)地下水位下降甚至達(dá)到40 m［7］。

圖1 石羊河出口水量與進(jìn)入民勤水量

1.4 地表水污染嚴(yán)重，地下水礦化度升高

由于地下水過(guò)度開(kāi)采，而地表水補(bǔ)給不足，導(dǎo)致石羊河下游民勤的地下水水質(zhì)礦化度升高，地下水的礦化度平均2.5 g/L以上，最高區(qū)域可達(dá)4.3 g/L［8］，超過(guò)人畜飲用水礦化度的臨界值多倍。因此，石羊河流域水資源問(wèn)題不僅是水量不足問(wèn)題，同時(shí)也體現(xiàn)在水質(zhì)不能滿足生活、生產(chǎn)、生態(tài)要求等方面。

2 石羊河流域水資源問(wèn)題成因分析

引起石羊河流域水資源問(wèn)題的原因既有自然條件等環(huán)境因素，也有人為因素，主要?dú)w結(jié)為以下五個(gè)方面。一是資源性缺水是引起水資源問(wèn)題的內(nèi)因。石羊河流域內(nèi)現(xiàn)有可利用水資源量為17.61×108m3，人均水資源占有量約788 m3，低于全省和全國(guó)的平均水平，約為全省人均水平的1/2和全國(guó)水平的1/3；耕地平均水資源占有量3 900 m3/hm2，約為全省水平的40%和全國(guó)水平的13%［6］。二是石羊河流域水資源承載能力相對(duì)較弱。流域內(nèi)主要以高耗水農(nóng)業(yè)為主，難以承受目前以高耗水的農(nóng)業(yè)為主的發(fā)展模式［9］。三是水土資源開(kāi)發(fā)不盡協(xié)調(diào)。農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)模偏大，嚴(yán)重?cái)D占維護(hù)天然植被的生態(tài)用水。四是上、下游用水比例不協(xié)調(diào)，從而使生態(tài)平衡點(diǎn)遭到了破毀［6］。五是石羊河流域內(nèi)上下游用水、行業(yè)用水總量不協(xié)調(diào)。

3 石羊河流域綜合治理目標(biāo)與成效

3.1 流域綜合治理實(shí)施及主要治理目標(biāo)

石羊河流域生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重，特別是下游流域民勤地區(qū)沙漠化、鹽漬化程度加重，地下水位下降，礦化度升高［10］，民勤綠洲面臨銳減或消亡威脅，危及民勤綠洲居民的生存問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)民勤及石羊河流域的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，2007年12月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施以“民勤綠洲”為重點(diǎn)的石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃，規(guī)劃提出：“到2010年總用水量減至3.590億 m3，比2007年減少 3.990億m3，進(jìn)入民勤地表水量（蔡旗斷面）增加到2.600億m3以上；到2020年蔡旗斷面水量達(dá)到2.900億m3以上，民勤地下水開(kāi)采量控制在1.250億m3內(nèi)，其中民勤盆地控制在 0.860億 m3內(nèi)”［11］。

3.2 取得的成效

石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，以全流域?yàn)檎w綜合考慮，初步構(gòu)建了生產(chǎn)—生態(tài)安全體系，通過(guò)一些列治理措施的實(shí)施，石羊河流域地下水總補(bǔ)給量較治理前增加1.3%，地下水資源擁有量較治理前增加10.0%；武威盆地、民勤盆地實(shí)際開(kāi)采量小于可開(kāi)采量，超采問(wèn)題得到緩解［12］。以民勤縣為例，其用水總量由治理前7.580億m3減至3.580億m3，減少了52.77%；進(jìn)入民勤縣水量由治理前0.980億 m3增至 3.270億m3，增加了233.7%［13］。干涸50多年的青土湖重現(xiàn)水面25.16 km2；地下水埋深由2011年的4.69 m抬升至3.04 m，形成旱區(qū)濕地106 km2（表1）。

3.2.1 合理利用水資源，初步構(gòu)建了節(jié)水生態(tài)安全體系 石羊河流域上、中、下游水資源基本實(shí)現(xiàn)合理分配。上游產(chǎn)流區(qū)建立以保護(hù)水源為主要目標(biāo)的自然保護(hù)區(qū)，嚴(yán)禁挖土采礦，保護(hù)和撫育草甸植被，涵養(yǎng)水源。在上游封山育林育草，退耕還林，逐步退耕山口以上的全部耕地。中游大搞節(jié)水措施，積極發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)。下游利用景泰三期黃河水提灌工程已經(jīng)引到民勤的有利條件補(bǔ)水，變抽水井為注水井，恢復(fù)地下水位。

3.2.2 初步構(gòu)建了土地資源保護(hù)與生態(tài)安全體系通過(guò)壓縮灌溉耕地和加大老灌區(qū)改造力度來(lái)節(jié)約流域水資源、防止流域荒漠化。對(duì)祁連山開(kāi)辟的冷涼灌區(qū)采取了退耕還林措施，促進(jìn)水源涵養(yǎng)。對(duì)下游湖區(qū)注水，恢復(fù)地下水位，形成濕地，發(fā)展特色畜牧業(yè)。

表1 石羊河流域綜合治理效益分析-以下游民勤縣數(shù)據(jù)為例

3.2.3 初步構(gòu)建了糧食生態(tài)安全體系 堅(jiān)持壓縮灌溉耕地，生產(chǎn)糧食的灌溉耕地全面實(shí)施節(jié)水技術(shù)，以實(shí)施有機(jī)農(nóng)業(yè)相結(jié)合的路子來(lái)實(shí)現(xiàn)石羊河流域的糧食安全和可持續(xù)發(fā)展。

3.2.4 初步構(gòu)建了畜牧業(yè)生產(chǎn)安全體系 通過(guò)山區(qū)坡耕地退耕還草、荒漠區(qū)注水后自我修復(fù)草業(yè)、綠洲區(qū)秸稈及飼草基地建設(shè)來(lái)發(fā)展畜牧業(yè)。

3.2.5 初步構(gòu)建了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)安全體系 通過(guò)草產(chǎn)業(yè)、畜產(chǎn)業(yè)、糧食產(chǎn)業(yè)、果品產(chǎn)業(yè)、加工產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)等生產(chǎn)體系的調(diào)整，初步建立各行各業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系。

3.2.6 初步構(gòu)建了人居環(huán)境安全體系 通過(guò)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)體系、鄉(xiāng)村人才振興、鄉(xiāng)村文明建設(shè)、公共文化服務(wù)等工程，構(gòu)建人居環(huán)境安全體系［14］。

4 后續(xù)綜合治理建議

4.1 更新水庫(kù)現(xiàn)有調(diào)度模式，實(shí)施生態(tài)調(diào)度

石羊河流域?qū)嵤┥鷳B(tài)調(diào)度、恢復(fù)地下水位勢(shì)在必行。一方面要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境需水量研究，確定基于生態(tài)水文學(xué)的河流生態(tài)環(huán)境需水量［15］；另一方面要基于滿足河流適宜（或最小允許）生態(tài)徑流或下游天然植被需水，研究確定水庫(kù)的生態(tài)蓄水位和生態(tài)庫(kù)容，最大限度地發(fā)揮水庫(kù)對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)保護(hù)下游環(huán)境生態(tài)安全［16］。根據(jù)流域總的生態(tài)需水量及設(shè)計(jì)生態(tài)需水過(guò)程線，利用興利調(diào)節(jié)的計(jì)算方法，確定總的生態(tài)庫(kù)容［17］，再按照水庫(kù)區(qū)間生態(tài)需水量及設(shè)計(jì)需水過(guò)程線確定各水庫(kù)必須承擔(dān)的生態(tài)庫(kù)容，最后結(jié)合各水庫(kù)的水文特性、水庫(kù)特性及綜合利用等方面的要求，進(jìn)行生態(tài)調(diào)節(jié)使各水庫(kù)承擔(dān)的生態(tài)庫(kù)容既滿足下游生態(tài)需水要求（各水庫(kù)分擔(dān)的生態(tài)庫(kù)容大于其必須承擔(dān)的生態(tài)庫(kù)容，各水庫(kù)生態(tài)庫(kù)容之和不小于流域總的生態(tài)庫(kù)容），又符合經(jīng)濟(jì)原則，使綜合效益實(shí)現(xiàn)最大化。

4.2 發(fā)展集雨節(jié)灌日光溫室，開(kāi)辟灌溉新水源

石羊河流域多年平均降水量為110～330 mm，降水量相對(duì)較少，但降水時(shí)間集中在7 —9月份，因而便于利用日光溫室膜面進(jìn)行收集降水，配套水窖儲(chǔ)存雨水，利用節(jié)水灌溉系統(tǒng)，根據(jù)棚內(nèi)種植作物、蔬菜的需要進(jìn)行灌溉，開(kāi)辟灌溉新水源，是石羊河流域解決用水短缺的一條行之有效的途徑。根據(jù)《石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》，石羊河流域在設(shè)計(jì)水平年平均建設(shè)日光溫室0.67萬(wàn)hm2，按照流域平均可收集降水120 mm算，則可集蓄雨水總量為700.35萬(wàn)m3，而且日光溫室用水量一般相當(dāng)大田作物的1/2，發(fā)展0.67萬(wàn)hm2日光溫室可比大田作物節(jié)水2000萬(wàn)m3［6］。因此，石羊河流域發(fā)展日光溫室集雨節(jié)灌節(jié)水模式，建設(shè)集雨節(jié)灌型日光溫室，每年相當(dāng)于新開(kāi)辟水源700.35萬(wàn)m3，節(jié)約水資源2 000.00萬(wàn)m3，兩項(xiàng)總計(jì)約為0.270億m3，接近景電民調(diào)工程年調(diào)水量的一半。

4.3 推廣節(jié)水灌溉集成技術(shù)，壓縮農(nóng)業(yè)灌溉用水

石羊河流域農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的90%以上，大定額、粗放的灌溉方式，致使該流域平均毛用水在12 000 m3/hm2左右［18］，而當(dāng)?shù)啬昃?600 mm的蒸發(fā)量，更是引起大量水分無(wú)效蒸發(fā)。因此，石羊河流域減小農(nóng)業(yè)灌溉用水量除壓縮耕地面積、調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)外，還需重點(diǎn)從以下兩個(gè)方面入手。一是減小灌水定額，實(shí)行小畦灌溉、溝灌和膜下滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)。試驗(yàn)表明，對(duì)棉花進(jìn)行膜下滴灌時(shí)，平均用水量減小到3 750～4 500 m3/hm2，相當(dāng)于大水漫灌的1/3，而且產(chǎn)量提高10%以上，化肥、農(nóng)藥的施用量減少了一半［19-21］。制種玉米采用膜下滴灌技術(shù)后，生育期灌水量減少到2 745 m3/hm2，比壟作溝灌節(jié)水34.0%，節(jié)肥23.6%［17］。石羊河流域的棉花、玉米、果樹(shù)、大田蔬菜的生產(chǎn)均可采用膜下滴灌技術(shù)，一般情況可比裸田節(jié)水3 000 m3/hm2以上。二是減小棵間蒸發(fā)，采用地膜覆蓋和秸稈覆蓋技術(shù)［22］。據(jù)測(cè)定，玉米地膜覆蓋后，水分可以在膜內(nèi)自由循環(huán)［23］，可以減少棵間蒸發(fā)水分90%，增加土壤濕度。利用秸稈覆蓋玉米，可使60 cm土層水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高3%～4%，減少棵間蒸發(fā)74%，而且具有抑制雜草，減少中耕次數(shù)，增加土壤腐殖質(zhì)的效果。小麥采用少免耕壟作栽培技術(shù)，免安冬水，留茬越冬，比常規(guī)灌溉可節(jié)水3 000 m3［24-25］。

4.4 培育政府調(diào)控與市場(chǎng)調(diào)節(jié)相結(jié)合的水資源管理模式

4.4.1 明晰水資源產(chǎn)權(quán) 促進(jìn)水資源的合理配置，明確上游和下游、農(nóng)業(yè)用水和城市用水、經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水水資源分配定額和產(chǎn)權(quán)，做到水資源產(chǎn)權(quán)明晰。水資源產(chǎn)權(quán)明晰化將會(huì)改變舊的用水觀念和用水方式，水資源產(chǎn)權(quán)主體將因?yàn)樗Y源產(chǎn)權(quán)的明晰化制度而輕松獲得水資源的產(chǎn)權(quán)，而這些水資源產(chǎn)權(quán)具有有價(jià)流轉(zhuǎn)性，即在交易的過(guò)程中可以獲取個(gè)人或公共利益（水資源流轉(zhuǎn)稅金），這必將大大增強(qiáng)水權(quán)交易主體積極主動(dòng)的保護(hù)其獲得的用益物權(quán)以及建立在其用益物權(quán)基礎(chǔ)上的水資源。水資源產(chǎn)權(quán)明晰化，還有利于保障和維護(hù)流域中下游地區(qū)群眾的用水權(quán)益，解決中下游之間的用水矛盾和行業(yè)之間的用水沖突等問(wèn)題。

4.4.2 盡快完善水量精確量測(cè)系統(tǒng) 建立完善石羊河流域的配水制度，更新其輸水系統(tǒng)，使用戶實(shí)現(xiàn)“即需即取”的精準(zhǔn)模式。通過(guò)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，分步實(shí)施，通過(guò)工程措施，逐步實(shí)現(xiàn)以井灌區(qū)為主的流域管網(wǎng)輸水量測(cè)系統(tǒng)，繼續(xù)完善渠灌區(qū)的量水設(shè)施，提高量水的精確度，為明細(xì)水權(quán)，進(jìn)行水權(quán)交易奠定量化基礎(chǔ)。

4.4.3 建立水權(quán)交易制度 建立水權(quán)交易制度，利用市場(chǎng)配置資源的優(yōu)越性和合理性，合理分配、利用稀缺的水資源，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展和人與水資源的和諧發(fā)展，以達(dá)到區(qū)域和社會(huì)整體的水資源分配、利用、管理的實(shí)質(zhì)公平。水權(quán)交易制度的核心和宗旨是解決如何運(yùn)用有限并且稀缺的水資源使其達(dá)到最合理的配置，使其價(jià)值發(fā)揮到最大限度的水資源的管理體制和運(yùn)行機(jī)制。

4.4.4 實(shí)行水權(quán)交易嚴(yán)格審批制度 嚴(yán)格的水權(quán)交易審批制度，可確保水權(quán)交易市場(chǎng)管理和交易有序進(jìn)行。除審核水權(quán)交易主體資格和水權(quán)交易主體權(quán)利能力外，應(yīng)重點(diǎn)審查水權(quán)交易的正義性。正義性的主要內(nèi)容除應(yīng)該包括水權(quán)交易合同的主體雙方除遵守合同交易基本原則外，還必須堅(jiān)持保護(hù)環(huán)境、節(jié)約水源的原則。審批過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持滿足生活用水安全需求，滿足基本糧食生產(chǎn)用水需求，滿足最小生態(tài)環(huán)境用水的需求，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水需求的主次層次原則。

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