我國海洋水庫建設(shè)研究與思考

王越 孫永福 楊樹清 宋玉鵬 王柯萌

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)與人口重心向沿海地區(qū)的快速轉(zhuǎn)移，水資源成為制約沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。為解決日益緊迫的淡水問題，我國采取包括海洋水庫在內(nèi)的諸多措施。文章簡述海洋水庫的概念與分類，回顧海洋水庫的修建歷程，并對海洋水庫修建的關(guān)鍵性問題進(jìn)行探討。研究結(jié)果表明：綜合對比地下水開采、內(nèi)陸水庫、海水淡化、污水回用、跨流域調(diào)水和海洋水庫等水資源管理方式，加之考慮沿海地區(qū)水資源的分布特征，海洋水庫在沿海地區(qū)具有良好的技術(shù)可行性、環(huán)境持續(xù)性以及明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益;海洋水庫的建設(shè)有利于沿海水資源的充分利用，是解決沿海地區(qū)淡水危機(jī)的重要措施和實現(xiàn)“陸海統(tǒng)籌”的關(guān)鍵技術(shù)，有利于“山頂?shù)胶Ｑ蟆比^程的監(jiān)控、管理和開發(fā);結(jié)合海洋水庫的修建現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出海洋水庫建設(shè)的思考與建議。

關(guān)鍵詞：海洋水庫;淡水資源;水資源管理;水利工程;陸海統(tǒng)籌

中圖分類號：TV62;P748文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-9857（2019）12-0038-09

Research on Construction of Marine Reservoir in China

WANG Yue1，SUN Yongfu1，2，YANG Shuqing3，SONG Yupeng1，2，WANG Kemeng1

（1The First Institute of Oceanography，MNR，Qingdao 266061，China;

2Marine Geology and Environment Laboratory Process，Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology，Qingdao 266237，China;

3School of Civil，Mining and Environmental Engineering，University of Wollongong，Wollongong 2522，Australia）

Abstract：Water resource becomes an important factor restricting the economic development with the rapid transfer of economy and population center to coastal areas.The government and related departments had put forward many solutions，including marine reservoirs to solve the shortage of fresh water.This paper briefly described the concept and classification of marine reservoir，reviewed the construction process，and discussed the key problems of reservoir construction.Comprehensive comparison of groundwater exploitation，inland reservoir，water desalination，wastewater recycling，interbasin water transfer，and marine reservoir，combined with the coastal water resources distribution characteristics，discovered marine reservoir had good technical feasibility，environmental sustainability and obvious social and economic benefits.The construction of marine reservoir was conducive to the utilization of coastal water resources，and solve the coastal water crisis.It is also a key technology to realize and the monitoring，management and development of the whole process of “mountaintop to ocean”.In the end，this paper put forward some suggestions based on the current situation and developing trend of marine reservoir construction.

Key words：Marine reservoir，F(xiàn)reshwater resources，Water resources management，Hydraulic engineering，Landsea coordination

0引言

水資源是世界上最重要的自然資源之一，充足的淡水資源不僅為社會發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)，而且為人類文明提供精神支持[1]。隨著社會的快速發(fā)展，清潔水資源的供應(yīng)壓力與日俱增：聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）指出2025年將有23的世界人口面臨缺水的問題[2];美國國家工程學(xué)院將清潔水源的獲取列為21世紀(jì)最大的挑戰(zhàn)之一[3];聯(lián)合國《2018年世界水資源開發(fā)報告》顯示全球水資源的需求正以每年1%的速度快速增長，且增長速度在未來20年呈遞增趨勢[4]。水危機(jī)在當(dāng)代不僅是社會問題，更是經(jīng)濟(jì)問題，甚至成為制約未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

由于巨大的人口和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力，沿海地區(qū)淡水資源緊張的問題更為突出。我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項（908專項）顯示，我國11個沿海?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）所轄52個沿海城市有90%存在不同程度的缺水問題[5]。目前沿海地區(qū)的水資源供應(yīng)已不能滿足需求，探索新的水資源供應(yīng)方式刻不容緩，其中建設(shè)海洋水庫（coastal reservoirs）是解決沿海淡水危機(jī)的重要措施之一，也是陸海統(tǒng)籌的時代要求。本研究就沿海水資源的特殊性、海洋水庫的建設(shè)歷史以及建設(shè)的關(guān)鍵問題，對沿海地區(qū)建設(shè)海洋水庫進(jìn)行分析論證。

1沿海水資源的特征

我國降水存在嚴(yán)重的區(qū)域差異，絕大部分降水集中在沿海地區(qū)，其中近23的降水匯入海洋，僅有16的降水得到有效利用[6]。因此，沿海地區(qū)雖然降雨量大、徑流總量大和淡水資源豐富，但徑流的季節(jié)性差異導(dǎo)致水資源無法被充分利用：雨季降雨量大，且水質(zhì)較好，但蓄水能力不足，往往引發(fā)洪澇災(zāi)害，大量淡水在洪期匯入海洋;而旱季徑流較小，且水質(zhì)較差，無法滿足正常的生產(chǎn)和生活需求。同時，沿海地區(qū)位于流域匯水的末端，受上游污染的影響，水質(zhì)較差，該問題在中小型河流中更加突出。

此外，沿海地區(qū)的地理位置特殊，受海洋潮汐作用的影響，地表水資源與地下水資源往往淡咸交錯，易受海水入侵的影響。地貌通常為河口三角洲平原或海積平原，地勢較為低平，地表蓄水能力差，不易建造大型平原蓄水水庫，但存在海灣和潟湖等天然蓄水地貌。

2水資源管理方式

數(shù)十年來，絕大部分的城市供水依靠河流、水庫和地下水開采，但相對單一的水資源供應(yīng)模式難以解決當(dāng)前與未來的水資源緊缺問題。為保證清潔和安全供水，相關(guān)政府部門開展海水淡化、跨流域調(diào)水和廢水回用等諸多嘗試，有些成效卓越，有些成效欠佳，但積累了寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)。目前沿海地區(qū)的水資源供給方式多為內(nèi)陸水庫、地下水開采、海水淡化、廢水回收、跨流域調(diào)水和海洋水庫等。

21地下水開采

地下水開采在我國水資源供應(yīng)中占比很大，目前全球的地下水普遍處于過度開采的狀態(tài)，且沿海地區(qū)的地下含水層與海洋相連，過度開采引發(fā)的海水倒灌會導(dǎo)致地下水資源被進(jìn)一步污染，還可能引發(fā)地下漏斗、土壤鹽漬化和地面沉降等諸多問題。目前沿海地區(qū)常建設(shè)攔蓄補(bǔ)源性工程和地下水庫以治理海水入侵，但建設(shè)成本以及對水文地質(zhì)條件的要求較高。

22內(nèi)陸水庫

除地下水與河流供水外，內(nèi)陸水庫在數(shù)十年間發(fā)揮了不可替代的作用。與其他供水方式相比，內(nèi)陸水庫的選址須綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、環(huán)境、人口和生態(tài)等方面，因此壩址難尋，土地利用成本也愈加高昂，且會占用耕地并導(dǎo)致一定數(shù)量的人口遷移。此外，內(nèi)陸水庫存在決堤和泥石流等潛在災(zāi)害風(fēng)險，水土流失和泥沙淤積會導(dǎo)致水庫庫容不斷下降——全球內(nèi)陸水庫總庫容每年減少10%～15%[7]，未來30年內(nèi)將喪失部分蓄水能力。與此同時，水庫對徑流的攔截使硅、氮和磷等營養(yǎng)元素留在水庫中，不僅增加水華的發(fā)生頻次，也對近海的生態(tài)環(huán)境和初級生產(chǎn)力產(chǎn)生難以預(yù)計的影響。

23海水淡化

與其他供水方式相比，海水淡化不依賴于降水，其設(shè)施建于海岸，生產(chǎn)的淡水主要供應(yīng)沿海地區(qū)。截至2018年，我國已建成海水淡化場160個，日產(chǎn)淡水總規(guī)模達(dá)1226萬t[8];2015年海水淡化超過220萬m3d，對沿海缺水地區(qū)新增工業(yè)供水量的貢獻(xiàn)率超過5%[9]。目前最常用的海水淡化技術(shù)為反滲透和低溫多效蒸餾，淡化成本為5～8元m3，相對高昂。此外，淡化過程中的濃排水處理也具有很高的維護(hù)成本和生態(tài)成本[10-11]，濃排水會改變附近海域的鹽度，對沿海生態(tài)系統(tǒng)的功能及其完整性造成難以估計的損害[12-13]。高壓泵和渦輪的噪聲污染也會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響[14]?？傮w上看，海水淡化相對于海洋水庫來說存在更高的生產(chǎn)成本、能耗損失和污染風(fēng)險，且其淡水生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足沿海地區(qū)的需求。

24污水回用

污水回用是指城鎮(zhèn)污水經(jīng)處理后形成再生水，回用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[15]。再生水的利用也不依賴于降水，還可減少污水排放和緩解城市排水管道負(fù)荷，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益[15]。目前我國再生水利用率可達(dá)15%，規(guī)模達(dá)3 885萬m3d，平均制水成本為15～35元t。雖然再生水的制水成本不高，但由于再生水系統(tǒng)獨立于市政管網(wǎng)之外，導(dǎo)致運輸成本高昂，達(dá)15～20元t[15]。此外，再生水尚未享受稅收優(yōu)惠政策，僅靠財政補(bǔ)貼，對企業(yè)生產(chǎn)積極性和再生水水質(zhì)有很大影響。

25跨流域調(diào)水

跨流域調(diào)水在一定程度上可以緩解區(qū)域性水資源分布不均的問題，是沿海地區(qū)重要的供水方式之一，如美國加州調(diào)水工程以及我國“南水北調(diào)”工程和“引黃濟(jì)青”工程等。但跨流域調(diào)水耗資巨大，須克服許多工程和技術(shù)上的難題，如引水沿途的污染問題以及工程建設(shè)帶來的社會問題和生態(tài)問題等。我國“引黃濟(jì)青”工程耗資8億元，“南水北調(diào)”東線一期工程耗資500億元，導(dǎo)致山東段引水水價是地表水的5倍以上[5]，且“南水北調(diào)”東線的穿黃隧道自建成至今投入使用較少，對社會資源造成極大浪費?？傮w來看，跨流域調(diào)水的水資源供應(yīng)方案耗資巨大和影響范圍廣，應(yīng)在沒有替代水資源時才予以考慮。

26水資源供應(yīng)方式對比

在沿海城市建設(shè)海洋水庫，在淡水資源的成本管理、供應(yīng)范圍以及對生態(tài)環(huán)境的影響等方面存在明顯優(yōu)勢（表1）。

由表1可以看出，綜合考慮社會、環(huán)境、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等因素，海洋水庫不占用土地資源，不易引發(fā)泥石流、滑坡和堰塞湖等潛在地質(zhì)災(zāi)害，避免大規(guī)模人口遷移，并充分利用自然條件提供清潔安全的淡水，同時減小沿海地區(qū)雨季的洪澇災(zāi)害，將洪期優(yōu)質(zhì)的淡水資源存蓄入海，滿足沿海地區(qū)日益擴(kuò)大的水資源需求。

3海洋水庫

31概念和類型

在過去數(shù)十年間，我國絕大部分蓄淡方式是建造蓄淡工程。蓄淡工程一般分為依江河而建的內(nèi)陸水庫和依海而建的海洋水庫2種形式，其中海洋水庫是指在沿海建造的儲存淡水資源的蓄水工程[6，16]，包括建設(shè)于河口、灘涂和海灣等的蓄淡水庫，根據(jù)攔河壩、水質(zhì)、地質(zhì)和水源等方面的要求選擇建庫位置[10]。

（1）河口海洋水庫修建于河流入?？?，在河口段建壩成庫，通常建設(shè)在集水面積較小的流域，內(nèi)蓄淡水、外避咸潮，如浙江胡陳港水庫和象山大塘沽水庫等。

（2）灘涂海洋水庫也稱海涂水庫，在河口淺灘或潮灘修筑堤壩和圍灘建庫，屬于避咸蓄淡水庫，根據(jù)筑壩地點分為河口淺灘海洋水庫和潮灘海洋水庫。典型的河口淺灘海洋水庫包括上海寶鋼水庫、陳行水庫和青草沙水庫，其中青草沙水庫建于長江河口江心，與一般的河口淺灘水庫稍有差別，屬于河口江心水庫;典型的潮灘海洋水庫有江蘇如東東陵水庫。

（3）海灣海洋水庫要求集水面積較大，即在海灣建壩成庫。早期著名的海洋水庫工程如荷蘭須德海工程、韓國新萬金工程和香港船灣水庫等均屬于典型的海灣海洋水庫。

除根據(jù)建設(shè)位置對海洋水庫進(jìn)行分類外，根據(jù)建設(shè)時間和蓄水方式可將海洋水庫分為第一代海洋水庫和第二代海洋水庫[3，16]：①第一代海洋水庫直接建壩封堵河流入海成庫，對入庫水源不存在按需擇優(yōu)入海的理念，缺少水質(zhì)管理和分類的基礎(chǔ)設(shè)施，其水質(zhì)往往極大地受水源的影響，艾瑟淡水湖、Sihwa淡水湖和陳行水庫等早期建設(shè)的海洋水庫絕大部分屬于第一代海洋水庫;②與第一代海洋水庫不同，第二代海洋水庫不直接封堵河口，而是通過建設(shè)相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)河水等水源的按需擇優(yōu)入海，從源頭控制水庫水質(zhì)，如上海青草沙水庫。

32建設(shè)歷程

海洋水庫的正常蓄水位略高于海平面，沿海淡水湖和潟湖可視為天然的海灣水庫[10]。早期的海洋水庫建設(shè)主要依托于填海造陸工程，是填海造陸工程的附屬品。最早的海洋水庫依托于1918年荷蘭建設(shè)的須德海工程，該工程建壩圍海，于1932年形成艾瑟淡水湖，屬典型的海灣海洋水庫，水域面積達(dá)1 240 km2[10]，水深5～6 m，可供農(nóng)業(yè)、漁業(yè)與生活用水[17]。1965年日本為解決水資源短缺問題，先后在利根川等河流修建河口和海灣海洋水庫，不僅為城市生產(chǎn)提供充足的淡水資源，而且減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生[18]。20世紀(jì)80年代韓國建設(shè)新萬金工程[19]，通過圍海造陸增加農(nóng)業(yè)用地，并在漢城（首爾）附屬建設(shè)Sihwa淡水湖，原計劃為當(dāng)?shù)靥峁┏渥愕纳詈凸まr(nóng)業(yè)用水，但蓄水時清污并蓄導(dǎo)致水質(zhì)欠佳，原計劃被迫修改，現(xiàn)成為世界最大的潮汐發(fā)電廠。新加坡缺少可供利用的淡水資源，但年降雨量巨大，為擴(kuò)大集水面積和積蓄清潔雨水，于2008年建設(shè)濱海灣大壩圍海成庫，形成典型的海灣海洋水庫，除滿足新加坡10%的淡水資源需求外，還抵擋咸潮和海水入侵，保障灣內(nèi)水質(zhì)和居民生活。

我國最早的天然海洋水庫可追溯至6 000年前的杭州西子湖，杭州西子湖曾與海域相連，后由于地質(zhì)運動與泥沙淤積逐漸與海洋分離，被改造成可供利用的淡水湖泊[20]。香港海洋水庫的建設(shè)極大地降低其淡水資源的獲取成本，不必依賴于海水淡化等昂貴的取水方式，保障經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展：1968年香港修建用于城市供水的船灣水庫，其主體工程長2 070 m、高40 m，庫容達(dá)23億m3，使香港的蓄水能力增加2倍，是當(dāng)時世界最大的達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的淡水水庫，也是世界第一座以城市供水為目的而建設(shè)的海洋水庫;1978年香港修建2條高達(dá)百米的大壩封閉海灣，修建萬宜水庫，庫容達(dá)273億m3，使香港的供水能力翻番，基本解決其迫在眉睫的淡水危機(jī)[18，21]。

20世紀(jì)80年代我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速增長，為保障供水和飲水安全，我國在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)興建一批以防潮和灌溉為目的的海洋水庫[22]，如浙江的四灶浦海涂水庫、大塘沽水庫和胡陳港水庫，上海的寶鋼水庫和陳行水庫，廈門的杏林灣水庫等。除水庫外，福建九龍江支流兩溪，廣東潮陽龜頭、汕頭、韓江三角洲和湛江等地區(qū)均修建大量的擋潮閘，以阻擋外潮和內(nèi)蓄河水。雖然擋潮蓄淡工程可提供大量淡水資源，但該類工程嚴(yán)格意義上僅是海洋水庫的初始階段，即僅在出?？趯搅鬟M(jìn)行攔截，多數(shù)未考慮與周邊的間接匯水面積和配套開發(fā)，建設(shè)也較粗糙。2011年上海為解決地區(qū)供水危機(jī)而修建青草沙水庫，集水面積達(dá)6616 km2，壩長484 km，有效庫容達(dá)438億m3;青草沙水庫的修建開辟上海地區(qū)新的供水源地，且綜合考慮供水、排污和景觀設(shè)計等功能，建立較完備的現(xiàn)代海洋水庫系統(tǒng)，可為上海地區(qū)持續(xù)供水。

我國早期的海洋水庫建設(shè)以河口水庫和灘涂水庫為主，水庫建設(shè)的規(guī)劃性和設(shè)計性較弱，且絕大部分未與區(qū)域內(nèi)的淡水資源相聯(lián)系和建設(shè)配套引水工程，而是僅解決小范圍區(qū)域的淡水供應(yīng)問題。新建的海洋水庫（如上海青草沙水庫）已初步形成集供水、排污、凈化和休閑為一體的現(xiàn)代海洋水庫。

33主要功能

331提供清潔淡水

海洋水庫的主要功能是提供清潔淡水，滿足當(dāng)?shù)睾椭邢掠蔚挠盟枨?，緩解地下水和?nèi)陸水庫等的供水壓力。不同庫址的海洋水庫可為供水區(qū)域提供不同的水資源，以減少清潔和淡化壓力，如位于長江口的陳行水庫和寶鋼水庫可分別滿足上海地區(qū)的生活和工業(yè)用水需求。

332防洪減災(zāi)

除供水外，海洋水庫的建造在一定程度上可起到防洪減災(zāi)、抵御咸潮和防止海水入侵的作用。與內(nèi)陸水庫相似，海洋水庫可在雨季洪峰到達(dá)前排空庫內(nèi)蓄水，積蓄洪期淡水，在關(guān)鍵時刻發(fā)揮分洪減災(zāi)的作用，減少沿海地區(qū)的洪澇災(zāi)害。同時，水庫大壩可用做防潮堤，在一定程度上防止潮流侵襲以及風(fēng)暴潮和地震海嘯引起的災(zāi)害。作為沿海與海岸的隔離帶，庫內(nèi)淡水還可抵御咸潮入侵和補(bǔ)充沿海地下水資源。

333生態(tài)修復(fù)和環(huán)境保護(hù)

由于河口進(jìn)入海洋的污染物占海洋污染物總量的70%～80%，利用海洋水庫凈化入海淡水是海洋環(huán)境“源頭治理”的有效手段，對于渤海灣和深圳灣等污染重災(zāi)區(qū)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)具有重要意義。同時，水庫的附屬設(shè)施建設(shè)（如濕地等）可在處理城市污水和徑流污染的同時，營造城市景觀，建設(shè)城市生態(tài)文明。海洋水庫的建設(shè)也可調(diào)節(jié)入海水量，以調(diào)研和計算為基礎(chǔ)，在控制優(yōu)質(zhì)淡水入海的同時，可允許上游適量攔壩提水。

4海洋水庫建設(shè)的關(guān)鍵性問題

41選址建堤

海洋水庫的主要功能是為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活提供優(yōu)質(zhì)的淡水資源，汛期洪水入海，枯季淡水沿河道上提，向河道輸入清潔淡水[23]。主體大壩可依據(jù)水源水質(zhì)、區(qū)域地形地貌、開發(fā)活動和設(shè)計要求等選擇建筑材料，一般為混凝土壩和土壩等固體大壩，且攔河壩排列方式與內(nèi)陸水庫相同[24]。目前我國絕大部分海洋水庫由攔河壩在河口形成，積蓄洪期徑流[25]。

我國早期的海洋水庫絕大部分使用固體大壩等硬結(jié)構(gòu)建造，建造成本高昂，主體壩位于海水之中，其設(shè)計長度和庫容與海底形態(tài)和地質(zhì)等因素有關(guān)。青草沙水庫等新一代海洋水庫就地取材，采用土工布沙袋的方式建設(shè)水庫大堤，具有建設(shè)成本小和速度快等優(yōu)點;壩高須考慮潮汐波高等因素，以防止潮流與咸水入侵;由于海洋水庫壓差較低，建設(shè)過程不必過分考慮滲流問題[25]。此外，我國早期的海洋水庫約有50%為灘涂水庫，與河口和海灣水庫相比建筑物較簡單，由壩體、抽水站和放水閘組成，技術(shù)難度較低;壩體常為大斷面均質(zhì)土壩，迎水坡設(shè)干砌石護(hù)坡，抽水站按設(shè)計水量裝機(jī)，防水閘為涵洞式，用于供水河網(wǎng)和水庫泄空[26]。

河口和海灣水庫一般建設(shè)防波堤圍海建庫，如韓國新萬金工程相繼修建4條防波堤，匯錦江、萬傾江和東津江三江淡水存儲入庫[19]，故庫址要求滿足一定的集水面積，且雨季有大量的淡水匯入或有持續(xù)穩(wěn)定的徑流輸入。

硬結(jié)構(gòu)的不透水性導(dǎo)致水庫無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃粨Q，且水庫徑流挾污和海水倒灌等問題難以解決，因此可通過軟壩和兩級屏障實現(xiàn)徑流分配和污水分離[6]：主屏障采用固體大壩，高于潮汐和波浪高度，以防止海水入侵;次屏障采用軟壩分離海水，通過設(shè)置緩沖區(qū)，區(qū)分污水和清潔淡水[10]，既防止海水污染水庫淡水，又避免陸地徑流污染海水，從而儲存高質(zhì)量的淡水資源。

相較于傳統(tǒng)海洋水庫，適當(dāng)采用橡膠軟壩等軟結(jié)構(gòu)不僅可降低水庫建設(shè)成本和提供更加靈活的設(shè)計方案，而且可進(jìn)一步選擇水源、提升水質(zhì)、降低水庫運營成本及其潛在的生態(tài)影響。如使用軟壩可預(yù)留魚類的季節(jié)性洄游通道，減少人工設(shè)施對海洋生態(tài)的影響[25]。

42淡化排咸

水庫建成蓄水后，水質(zhì)咸化會限制水庫的功能和淡水資源的有效利用。水體咸化與降雨量、蒸發(fā)量、鹽淡水摻混率、閘壩泄漏、海水滲透入侵、灘地返咸和底泥鹽分釋放等因素有關(guān)[27-28]，如大塘沽水庫在1979年和1986年旱季因底泥處理和海水未徹底抽排而兩度返咸，河口海洋水庫和海灣海洋水庫的水體鹽度常因蒸發(fā)量和降雨量呈現(xiàn)季節(jié)性變化。

已有學(xué)者對水庫的返咸機(jī)理和淡化過程進(jìn)行研究。Rimmer[29]、高增文等[30-31]和張效龍等[32]先后利用室內(nèi)土柱和水槽實驗研究底泥釋放鹽分的機(jī)理;毛獻(xiàn)忠等[33]利用Delft 3D研究漩門二期海洋水庫在流域徑流下的自然淡化過程;余堃[34]對水庫內(nèi)鹽分的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測;French等[35]采用數(shù)值模擬的方法研究底泥鹽分釋放對海洋水庫鹽度變化的過程。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，河口海洋水庫與海灣海洋水庫至少需要10年的自然淡化才可達(dá)到工農(nóng)業(yè)和生活用水的標(biāo)準(zhǔn)[36]，灘涂海洋水庫需15年的自然淡化才可正常運行，在此期間水庫蓄水只適宜養(yǎng)殖、灌溉或工業(yè)用水，不可供生活用水[37]。

除自然淡化外，相應(yīng)的工程措施可加快海洋水庫的淡化排咸過程。在建庫前與建庫初期，對庫內(nèi)灘地與庫周灘地采取先旱作后水作、種植利于脫鹽的草類和增加排咸溝等措施，可加速脫鹽過程[34]。對庫內(nèi)深層鹽水的機(jī)械抽排可緩解旱季返咸現(xiàn)象。徐永崗等[38]證明采用水泵抽取水庫底部的高濃度咸水可加速水庫淡化;王高正等[39]進(jìn)一步證明采用小流量機(jī)組抽排水庫底部的高濃度海水具有更好的工程效益，如大塘沽水庫采取深層小流量機(jī)械抽排的效果顯著;除使用群泵抽吸深水潭高濃度鹽水外，相關(guān)實驗證明在蓄水前開挖排咸溝并結(jié)合抽排措施，可較好地抑制海洋水庫咸化[40];此外，可設(shè)置低空出流，以優(yōu)先排出底層高濃度鹽水的方式解決庫內(nèi)深層鹽水的問題[16]。然而目前對排咸溝的研究較少，相關(guān)研究主要集中在高鹽海水的機(jī)械抽排。

43分流去污

海洋水庫常建設(shè)在河口或河口外側(cè)毗鄰海域的區(qū)域，以便最大限度地匯集徑流，若徑流未經(jīng)處理和選擇地排放入庫，徑流中的污染物也將最大限度地匯入水庫，故徑流水質(zhì)直接決定水庫水質(zhì)。在徑流污染率較高的情況下，若不解決非點源污染的問題，水庫水質(zhì)將受到極大的影響，以至于無法達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。韓國的Sihwa淡水湖正是由于清污并蓄，被迫放棄水庫的原有功能[25]。

干旱期后的初期暴雨一般會攜帶較多污染物，但雨季是海洋水庫清潔淡水的主要來源，故徑流的水質(zhì)存在時間差異，其中7—10月徑流水質(zhì)較好，屬優(yōu)質(zhì)淡水資源[16]。區(qū)分徑流水質(zhì)和按需入庫是水庫建設(shè)的難點所在，目前可通過閘門選擇徑流的入庫時間，也可建造相應(yīng)附屬設(shè)施以防止劣質(zhì)水源入?；虺醪絻艋笕牒?。人工濕地的建設(shè)可凈化徑流水質(zhì)，將人工濕地與海洋水庫并行建設(shè)以凈化徑流水質(zhì)是近年來海洋水庫建設(shè)的嘗試之一，如上海青草沙水庫在設(shè)計時考慮徑流污水的處理和排放，擬建設(shè)城市濕地對生活廢水和徑流污水進(jìn)行處理。分流保護(hù)減災(zāi)（SPP）策略的目的是根據(jù)水質(zhì)，將水源在時間與空間上分離，通過不同水閘將清潔淡水匯入水庫，污染水源通過旁路排放于排污渠處理，以免發(fā)生外部污染[16]。目前河口海洋水庫和灘涂海洋水庫的建設(shè)均綜合考慮區(qū)域供水，加大集水面積，建設(shè)水庫排污的配套設(shè)施。

除污染外，水體富營養(yǎng)化是庫內(nèi)水質(zhì)惡化的重要原因，徑流污染也會加劇水體富營養(yǎng)化的程度。因此，除治理污染外，控制水體在庫內(nèi)停留的時間是治理富營養(yǎng)化的有效途徑。張宏偉等[41]提出通過優(yōu)化閘門調(diào)度，控制庫內(nèi)水體停滯時間，如上游漲潮引水和落潮擋水，下游漲潮擋水和落潮開閘排水，以提高水體運行效率，防止藻類大量滋生影響水質(zhì)。

5對海洋水庫建設(shè)的思考

51系統(tǒng)權(quán)衡

沿海海域一般具有水產(chǎn)、港口、潮汐和灘涂等優(yōu)勢海洋資源，不同海洋資源的開發(fā)互相疊置、互相牽制，存在較強(qiáng)的功能沖突。海洋水庫的建設(shè)不僅要利用部分海洋空間資源，而且可能犧牲灘涂養(yǎng)殖和港口開發(fā)等活動。海洋資源之間若不能得到及時有效的協(xié)調(diào)，不僅影響近海資源的開發(fā)利用，而且會對近海生態(tài)環(huán)境和資源造成難以挽回的損失，對水庫建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響。因此，在進(jìn)行海洋水庫建設(shè)評估時，不應(yīng)完全從地質(zhì)地貌方面評估，更應(yīng)從綜合開發(fā)近海資源的角度考慮，將海洋水庫建設(shè)列入近海綜合開發(fā)規(guī)劃，考慮其長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。此外，依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)地貌條件選擇合適的海洋水庫類型，并與周邊基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行配套設(shè)計。

52綜合設(shè)計

海洋水庫在設(shè)計時應(yīng)在當(dāng)?shù)厮Y源管理系統(tǒng)下對取、蓄、供、用、排進(jìn)行全過程的統(tǒng)籌管理。取水環(huán)節(jié)綜合利用各類水資源供應(yīng)方式，實現(xiàn)各種水資源的聯(lián)合利用。將土地規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與水庫開發(fā)相結(jié)合，污水處理廠等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)須綜合考慮水庫防污工程，提高防污標(biāo)準(zhǔn)和污水治理力度[41]。蓄水環(huán)節(jié)應(yīng)預(yù)咸與排污兼顧，將水資源與防洪工程和防污工程相結(jié)合，同時完善水質(zhì)管理系統(tǒng)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)體系，檢測水源水質(zhì)，設(shè)計排水方案，對不同水質(zhì)的水資源做到分區(qū)蓄水。將海洋水庫建設(shè)與生態(tài)用地規(guī)劃和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等相結(jié)合，滿足水面率和生態(tài)用地的要求，進(jìn)行總體優(yōu)化，最大限度地節(jié)約投資和土地資源。

53協(xié)同開發(fā)

建設(shè)海洋水庫并不意味著傳統(tǒng)的蓄水模式和水資源管理方式失去價值，海洋水庫不可能完全替代內(nèi)陸水庫、海水淡化和污水處理等淡水資源獲取方式，而是對現(xiàn)有蓄水方式的補(bǔ)充，在一定程度上可緩解沿海地區(qū)淡水資源的短缺問題。若海洋水庫滿足部分城市的用水需求，現(xiàn)有淡水資源供給方式可適當(dāng)調(diào)整，向內(nèi)地供水適當(dāng)傾斜，緩解徑流上游過度攔水和地下水過度開發(fā)等問題。再生水供水設(shè)施、污水處理設(shè)施和管網(wǎng)建設(shè)應(yīng)加大投入，完善相關(guān)政策法規(guī)，建立污水回用管理體系和合理的價格機(jī)制。

徑流與其泥沙和污染物將陸地與海洋聯(lián)結(jié)，并構(gòu)成陸海統(tǒng)籌的重要方面，關(guān)系到水資源、水環(huán)境和海岸線等重要領(lǐng)域。因此，不同部門的協(xié)同監(jiān)管和適當(dāng)開發(fā)對于陸海生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升具有重要意義。

54不良影響

541動力機(jī)制

目前世界海洋水庫建設(shè)歷史較短，海洋水庫建設(shè)對海洋生態(tài)環(huán)境的影響尚未完全凸顯。攔海大壩的建設(shè)不可避免地會改變海域的動力和物質(zhì)條件，打破原有平衡，改變物質(zhì)輸運過程、河口水文過程和海底地形地貌。

542生物生態(tài)

海洋水庫及其附屬設(shè)施建設(shè)將人為改造原有的海洋或濕地生態(tài)系統(tǒng)，尤其是促淤和填海工程將迫使海洋生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，直接影響海洋生態(tài)效益。庫內(nèi)水體鹽度在旱、澇季的驟然變動和納潮量的改變可能對庫內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生極大的威脅，并可能改變庫內(nèi)原有的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使種群結(jié)構(gòu)向單一化、低級化和淡水化演變，更易發(fā)生單一種群的暴發(fā)式增長。庫區(qū)與水源地的開發(fā)建設(shè)可能對自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)造成一定的影響[41]，若水庫建設(shè)海域位于魚類洄游區(qū)，攔口壩的建設(shè)會影響魚類的季節(jié)性洄游甚至生物資源的可持續(xù)發(fā)展。水庫建設(shè)對入海徑流的攔截會影響硅、磷等營養(yǎng)物質(zhì)向海洋的輸送，進(jìn)而影響近海海洋生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)和生產(chǎn)力的儲存。

543水質(zhì)污染

徑流污染是海洋水庫建設(shè)亟須解決的問題，雖然目前可通過軟、硬壩組合建設(shè)，修建城市生態(tài)濕地和監(jiān)測徑流污染等手段防控徑流污染，但在沿海海域水質(zhì)普遍較差的大環(huán)境下，控制海洋水庫的水質(zhì)可能比預(yù)想中的更為困難。此外，潮汐作用減弱引起的水體交換不暢可能導(dǎo)致對入海污染物的稀釋能力下降，使海域生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化[37]。雨季徑流沖刷帶來的泥沙在水庫中淤積，將導(dǎo)致水庫庫容減少，若水庫在旱期蓄淡避咸期間由于庫內(nèi)水體運轉(zhuǎn)不暢導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，將對海洋水庫的水質(zhì)產(chǎn)生較大影響[41]。

6結(jié)語

我國沿海地區(qū)優(yōu)質(zhì)淡水資源短缺的問題亟須解決，雖然政府部門已嘗試跨流域調(diào)水等措施，但新的水資源管理方案亟待提出。相較于傳統(tǒng)水庫，海洋水庫具有成本低、影響小和不占用耕地等優(yōu)點，且可充分利用沿海時空分布不均的淡水資源，將排洪入海轉(zhuǎn)變?yōu)樾詈橛诤?，減輕洪澇災(zāi)害對沿海城市的威脅。入海淡水資源具有自然資源屬性，應(yīng)納入國家戰(zhàn)略資源，統(tǒng)籌“山頂?shù)胶Ｑ蟆比^程的監(jiān)控、管理和開發(fā)?？傮w來說，海洋水庫的建設(shè)具有良好的技術(shù)可行性、環(huán)境持續(xù)性和社會經(jīng)濟(jì)效益，有利于沿海水資源的充分利用，是解決沿海淡水危機(jī)的重要措施，也是實現(xiàn)陸海統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)發(fā)展的重要方向。

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