林鵬智 龔澤林
摘要:河口海岸水庫是指修建在河口或者海岸地區(qū)的水庫,其主要特點是利用堤壩分隔海水與淡水,從而達到在海洋環(huán)境中蓄積淡水的目的。首先回顧了中國歷史上的河口水庫,探討了河口海岸水庫從雛形發(fā)展至今的歷史進程,并結(jié)合實例介紹了現(xiàn)代河口海岸水庫發(fā)揮的重要作用。在整理并總結(jié)不同類別的河口海岸水庫資料的基礎(chǔ)上,提出了河口海岸水庫的科學(xué)分類,當(dāng)以建造位置為分類標(biāo)準(zhǔn)時,可將其細分為河口型、海灣型、海岸線型和島嶼型水庫;歸納了建造過程中亟需解決的技術(shù)難題;討論了河口海岸水庫可能造成的生態(tài)環(huán)境影響。結(jié)合我國主要流域的水文與地貌特點,在最后展望了未來可以修建河口海岸水庫的重點區(qū)域,特別提出了在珠江三角洲粵港澳大灣區(qū)建設(shè)河口海岸水庫的設(shè)想,討論了在臺灣、海南、舟山等幾大主要島嶼修建島嶼性水庫的可行性。
關(guān) 鍵 詞:河口海岸水庫; 咸潮入侵; 島嶼型水庫; 珠江三角洲
1 研究背景
我國是一個缺水的國家,水資源總量約為28 000億m3/a,人均不足2 400 m3/a,僅為世界平均水平的1/4。沿海地區(qū)雖然只有國土面積的13%,卻居住了全國40%的人口,提供了60%以上的國民生產(chǎn)總值。這一地區(qū)由于人口稠密,經(jīng)濟發(fā)達,水資源供需矛盾尤為突出。大部分沿海城市人均水資源量低于500 m3/h,其中天津、上海、大連、青島、連云港等城市甚至在200 m3/h以下[1]。
沿海地區(qū)常有大小河流流入并入海,在水資源總量統(tǒng)計時,其中的區(qū)域地表水入境水量增量一般都很小,這是因為出境徑流總量一般都簡單考慮為入海水量,與入境徑流總量大致相當(dāng);即便入境徑流量很大,因為入海水量未被充分利用,導(dǎo)致河流徑流對水資源總量的貢獻不大。沿海地區(qū)入境徑流利用率低的主要原因是沿海地區(qū)一般地勢平坦,且受咸潮影響,不易建設(shè)大型的內(nèi)陸水庫。由于缺乏足夠的水庫,大部分入境徑流未被充分利用即流入大海。
第一次全國水利普查公報顯示[2],我國現(xiàn)有水庫98 002座,總庫容9 323.12億m3(表1)。而根據(jù)2017年中國河流泥沙公報[3]的數(shù)據(jù),我國河流年徑流量排名前三的河流分別為長江、珠江、閩江,年徑流量總計13 127.5億m3,為全國現(xiàn)有水庫總庫容的大約1.5倍。如果我們能充分利用河流入海淡水資源,將可以大大緩解沿海地區(qū)的水資源短缺問題。
在沿海地區(qū),如何尋找足夠大的空間儲存河流入海淡水是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。近年來一個革命性的方法是將淡水直接儲存在海洋環(huán)境中,最為典型且成功的例子是上海的青草沙水庫,它目前已經(jīng)成為上海最主要的供水水源[4]。事實上,在河口與海岸地區(qū)修建淡水水庫的想法歷來有之,古今中外均有建成的實例[5-7],但將其作為系統(tǒng)解決沿海地區(qū)水資源短缺的重要方式提出,楊樹清無疑是最早的倡導(dǎo)者[8-11]。除此之外,高學(xué)平等[12]、王文等[13]也曾對中國的海岸水庫發(fā)展進行了探索與研究。
第7期? ?林鵬智,等:中國河口海岸水庫發(fā)展現(xiàn)狀與展望? ? 人 民 長 江2019年 上文中的河口海岸水庫指修建在河口或者海岸地區(qū)的水庫,其主要作用是利用其堤壩抵擋咸水入侵,并在恰當(dāng)?shù)臅r間段蓄積淡水。這一思想很早即在中國有所實踐,如自唐代以來逐次修建的它山堰、木蘭陂、金清閘等一批河口水利工程,皆為現(xiàn)代河口海岸水庫之雛形。新中國成立以來,中國又建設(shè)了珊瑚沙水庫、寶鋼水庫、青草沙水庫等一系列河口海岸水庫,將河口海岸水庫的設(shè)計、建設(shè)與運行推向了新的高度。本文將首先回顧河口海岸水庫在中國從雛形發(fā)展至今的歷史進程,闡明不同河口海岸水庫的特點與解決的問題;根據(jù)水庫所處的具體位置提出河口海岸水庫的科學(xué)分類;討論河口海岸水庫建造中可能遇到的技術(shù)難題以及生態(tài)環(huán)境影響;最后展望未來河口海岸水庫在中國的發(fā)展前景。
2 中國河口海岸水庫概覽
河口海岸水庫在中國的實踐最早可以追溯到一千多年前的浙江寧波它山堰,和其它修建在河口的古代水利工程(如木蘭陂、金清閘等)一樣,其主要功能是御咸蓄淡。建國以后,初期的河口海岸水庫延續(xù)了在河口修建閘門的思路,其主要目的仍是防御咸潮。20世紀(jì)70年代以后,防御性的思想逐漸被擴展性的思想所取代,通過將堤壩延伸到河口以外的灣區(qū)甚至封堵全部灣區(qū),將河口海岸水庫的建造位置向海洋突進,擴大了水庫的水面面積,從而發(fā)揮了更為積極的蓄積淡水的作用。在世界河口海岸水庫的發(fā)展歷程中,中國故事尤其精彩,許多案例獨樹一幟,對在世界范圍內(nèi)解決沿海城市缺水問題有很好的借鑒意義和推廣價值。
2.1 古代中國
古代中國修建了許多大型水利工程,其中如都江堰、鄭國渠、靈渠、它山堰(圖1)被譽為中國古代四大水利工程。相較于前3個修建于內(nèi)陸的古代水利工程,位于浙江省寧波市的它山堰工程(圖2)是唯一一個以御咸蓄淡引水灌溉為主要目的的水利工程,稱得上是現(xiàn)代河口海岸水庫的“雛形”。 它山堰始建于唐太和七年(公元833年),位于甬江支流鄞江之上[14]。據(jù)史料記載,古時鄞江江水“與海潮接,成不可溉田”,江潮上漲時,“民不能飲,禾不能灌”。該區(qū)域雖然降水充沛,但是由于咸潮侵蝕,附近的明州城經(jīng)常缺少淡水??h令王元瑋為了解決缺水問題,在“兩山夾流,鈴鎖兩岸”的它山修建了御咸蓄淡并兼具引水功能的它山堰。它山堰建成之后,發(fā)揮了與都江堰類似的旱澇季節(jié)不同的分水功能,“堰上之水,旱時七分入河,三分入江;澇時七分入江,三分入河?!彼缺WC了縣內(nèi)七鄉(xiāng)的農(nóng)田灌溉,又確保了明州城區(qū)用水之需[15-16]。它山堰在現(xiàn)代仍在發(fā)揮作用,如1967年,寧波大旱,海水倒灌入甬江、奉化江、鄞江,它山堰將咸潮擋在了堰外;再如2009年,莫拉克臺風(fēng)席卷寧波,四明大地暴雨如注,山洪從四明山奔騰而瀉,它山堰水利系統(tǒng)工程及時泄洪,保住了鄞西的農(nóng)田。
位于濱海的福建莆田同樣遭受咸潮侵蝕。為解百姓困苦,相傳當(dāng)?shù)劐X四娘于北宋治平元年(1064年)攜巨金動工截流筑堰,但因水流湍急,建起來的陂堰很快被山洪沖垮。后人鍥而不舍,在北宋元豐六年(1083年)由侯官人李宏筑陂成功。木蘭陂全長110 m,高7.5 m。900年來,木蘭陂經(jīng)歷了無數(shù)次洪水與海潮的襲擊,今天仍巍然屹立并繼續(xù)發(fā)揮作用。當(dāng)?shù)卣?961年擴建木蘭陂灌區(qū)至20多萬畝,整個灌區(qū)做到了“未旱先蓄,未澇先排”,既能防洪排澇,又能防旱御潮[17]。位于東海之濱的浙江臺州,當(dāng)?shù)匕傩諡榱说钟捎诘貏莸屯輲淼纳嫌魏闈骋约昂K疂q落淹沒浸沒的雙重侵害,于宋淳熙十年(1183年)首次修建了金清閘。在此后的八百多年風(fēng)雨之中,金清閘為當(dāng)?shù)匕傩沼行У钟怂?,起到了御咸蓄淡排除洪澇的功效[18]。以上列舉的它山堰、木蘭陂、金清閘等河口水利工程都是中國古代御咸蓄淡的代表,它們是現(xiàn)代河口海岸水庫的雛形,其建成和運行為后世提供了很好的參考價值。
2.2 現(xiàn)代河口海岸水庫
新中國建國后,沿海地區(qū)的水利工程建設(shè)經(jīng)歷了不同時期的發(fā)展,從早期御咸為主的河口水庫逐漸發(fā)展到今天以蓄淡為主的海岸、海島甚至海洋水庫。圖3繪制出了新中國成立后修建的代表性河口海岸水庫的分布圖。從圖中可以看出,北至河北、天津,南到廣東、香港,均有河口海岸水庫的身影,在江蘇和浙江兩省以及上海尤為集中。從修建年代看,則是20世紀(jì)50~70年代較為密集,其中50年代修建的大多是被動防御性的御咸型河口水庫,60~70年代香港先后在境內(nèi)修建了兩大水庫,這兩個水庫都是在海中通過連接天然的島嶼以圍成半人工半天然庫區(qū)。從20世紀(jì)90年代至今,河口海岸水庫迎來了建設(shè)的第二高峰,水庫類型以外延性的蓄淡型海岸水庫為主,將擋水建筑物從河道與河口處外移到灣區(qū)與海中。在第二次修建高峰中,上海起到了很好的先鋒示范作用,從20世紀(jì)90年代的寶鋼水庫、陳行水庫,到21世紀(jì)的青草沙水庫、東風(fēng)西沙水庫,無一例外都成為了行業(yè)的標(biāo)志性工程。
建于20世紀(jì)50年代的蘇北射陽閘、海河防潮閘是新中國第一批將水利工程修建于河口海岸的工程。這類工程廣泛修建于長江以北地區(qū)大大小小的河口區(qū)域,其目的都是抵擋海潮對河道的侵蝕。通過調(diào)節(jié)防潮閘的啟閉,可以有效防止海水侵入上游河道,但缺點是阻隔了河口地區(qū)的物質(zhì)交換,長期運行也面臨河道泥沙淤積的問題。另外,因為防潮閘修建的主要目的是防擋海潮,所以上游河道儲蓄的淡水資源一般相對有限。
20世紀(jì)60年代,香港經(jīng)濟和社會高速發(fā)展,人口越來越密集,飲用水短缺的問題日益凸顯。時任香港水務(wù)署署長的T.O. Morgan在船灣游船時大膽設(shè)想:船灣三面環(huán)島,如能修建堤壩把島嶼連起來,便能在海洋中蓄積淡水,有望解決當(dāng)時嚴重的水荒。此設(shè)想很快即付諸實踐,香港于1968年建成全球第一個現(xiàn)代海灣水庫——船灣淡水湖(圖4)。船灣淡水湖庫容2.3億m3,是香港水面面積最大而庫容第二的水庫,其庫容僅次于十年后修建的萬宜水庫,后者的庫容為2.73億m3[19]。萬宜水庫同樣建于海中,為了對抗外海海浪的侵蝕,東西兩條主壩均有主副壩,主壩攔蓄淡水,副壩(弱波堤)對抗海浪侵蝕,主壩和副壩之間建有緩沖區(qū)。
20世紀(jì)70年代起,華東地區(qū)亦開展了河口海岸水庫的建設(shè)。大塘港水庫和胡陳港水庫都修建于1973年。大塘港水庫位于浙江省象山縣南部,大塘港水庫水面面積4.7 km2,總庫容4 675萬m3,正常蓄水位庫容3 135萬m3[20],其主要功能是灌溉、防洪、排水和淡水養(yǎng)殖。而胡陳港水庫位于浙江省三門灣,水庫自北向南呈狹長形分布, 水面面積9.4 km2,總庫容8 173萬m3[21]。這兩個水庫都在一定程度上解決了來自東海的潮汐和海水入侵問題,為沿海城市提供淡水。位于浙江省杭州市錢塘江畔的珊瑚沙水庫建于1979年8月,水面面積0.4 km2,水庫總庫容近190萬m3,有效庫容160萬m3。珊瑚沙水庫在退潮時期儲存錢塘江的淡水,是杭州市重要的應(yīng)急水源之一[22]。20世紀(jì)80年代,上海市為了解決寶鋼公司煉鋼用水的水質(zhì)問題,也在1985年建成了寶鋼水庫(圖5)。該水庫水面面積1.8 km2,庫容1 200萬m3,為寶鋼安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。在這之后不久的1992年,上海市在寶山區(qū)長江江堤外建成了陳行水庫(圖5)。該水庫呈矩形,水面面積1.35 km2,庫容830萬m3[23]。
進入21世紀(jì)以后,上海市先后在長江河口建立了青草沙水庫(圖6)和東風(fēng)西沙水庫,其中青草沙水庫是目前全世界最大的河口海岸水庫,最大有效庫容達5.53億m3,設(shè)計有效庫容為4.35億m3。水庫擁有總長43 km的大堤,圈圍近70 km2的水面,相當(dāng)于10個杭州西湖[24]。全部工程始建于2006年,于2010年完工。目前上海市50%的飲用水都由青草沙水庫提供,從而改寫了上海市飲用水主要來自于黃浦江的歷史。而東風(fēng)西沙水庫位于上海長江口南支上段的北側(cè)、崇明島西南部,主要包括水庫圍堤、取水泵站和輸水泵站、管理區(qū)、涵閘等。水庫總庫容976.2萬m3,有效庫容890.2萬m3,最高蓄水位5.65 m。2014年1月17日,東風(fēng)西沙水庫正式實現(xiàn)了通水。該水庫取水口有兩根直徑達3.2 m、總長度達450 m的水管,就像探針一樣伸向庫外的江心深處取水,確保取到水質(zhì)穩(wěn)定的長江好水。工程設(shè)計近期供水規(guī)模為21.5萬m3/d,遠期供水規(guī)模為40萬m3/d[25]。
3 河口海岸水庫的分類、技術(shù)難題及生態(tài)環(huán)境影響
3.1 河口海岸水庫的分類
按照水庫在河口海岸地區(qū)所處的位置及發(fā)揮的作用,筆者將河口海岸水庫分為以下幾種主要類別(圖7)。
(1) 河口型水庫(River Mouth Reservoir)。通過封堵已有的入海河道或河口,從而阻止咸潮入侵,進而在上游河道蓄積淡水的水庫。這類水庫是河口海岸水庫在早期常采用的形態(tài),其擋水建筑物可以是河道中的堰或堤壩,如它山堰,也可以是閘門,如海河防潮閘;前者一般修建在比較上游的河道中,而后者則一般位于下游靠近河口處。
(2) 海灣型水庫(Estuarine Reservoir)。利用海灣的地勢,通過封堵部分或全部海灣形成封閉的庫區(qū),從而達到蓄積淡水的目的。與河口型水庫相比,海灣型水庫一般具有更大的水面面積和水庫庫容,因而能發(fā)揮更大的淡水蓄積作用,如新加坡的濱海灣(Marina Bay)就是典型的海灣型水庫。因地形限制,有時也可通過連接近海的數(shù)個島嶼形成人工海灣,其典型代表是香港的船灣水庫。
(3) 海岸線型水庫(Coastline Reservoir)。利用天然海岸線的一部分,通過在海中建造堤壩分隔淡水與海水,形成包含原海岸線的庫區(qū),從而達到蓄積淡水阻擋咸潮的目的。與河口型水庫與海灣型水庫不同,海岸線型水庫一般不封堵河口,不影響河道水流與海水的正常交換,淡水蓄積一般通過管道和人工渠道導(dǎo)入庫區(qū),對生態(tài)環(huán)境的影響相對較小。海岸線型水庫的代表有上海的寶鋼水庫和陳行水庫。
(4) 島嶼型水庫(Island Reservoir)。利用河口三角洲或者海中島嶼的部分岸線,修建圍水建筑物,從而形成一個與海水隔絕的區(qū)域,用以蓄積淡水。這類水庫依托島嶼岸線作為庫岸的一部分。島嶼型水庫如建在河口處而河流流量充足,一般可在低潮時取水;如建在遠海處,則需就近尋找水源,如汛期洪水、臺風(fēng)降雨等。島嶼型水庫的代表有上海的青草沙水庫和東風(fēng)西沙水庫。
除了按照河口海岸的建造位置進行分類之外,還可以參照陸上水庫的分類形式,按照庫容(如大、中、?。?、功能(如擋咸、蓄淡、防洪、景觀、生態(tài)等)、水庫形態(tài)等指標(biāo)將河口海岸水庫進一步分類。
3.2 河口海岸水庫的技術(shù)難點
河口海岸水庫在諸多方面都與傳統(tǒng)的陸地水庫不同,因為海岸地質(zhì)環(huán)境和浪潮動力環(huán)境的復(fù)雜性,需要考慮的因素更為繁雜,建造與運行過程中的技術(shù)難題有其獨特性。一般來講,河口海岸水庫由以下幾個主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成,現(xiàn)分別簡要論述其建造與運行過程中的技術(shù)難題。
(1) 堤壩。堤壩是主要擋水建筑物。和陸上高壩相比,海洋水庫堤壩兩邊不存在巨大的水頭差,無需承受長期的單邊水壓作用,所以其主體結(jié)構(gòu)形態(tài)一般內(nèi)外對稱,甚至可以采取軟體結(jié)構(gòu)形式。因施工時一般需要在水中作業(yè),所以對海上施工技術(shù)要求較高,結(jié)構(gòu)材料需要能夠抵御海水的長期腐蝕作用。為了減少海水從底部滲入,底部防滲細節(jié)處理要求較高;為了抵御風(fēng)暴潮期間的大浪越頂,需對頂部防浪進行特別設(shè)計,或采用香港萬宜水庫的雙壩形式。
(2) 閘門。閘門是調(diào)節(jié)庫區(qū)水位的主要攔擋結(jié)構(gòu)物。對于河口與海灣水庫,閘門一般在高潮時關(guān)閉,低潮時開啟,以達到擋咸蓄淡的作用。對于庫容較大有納洪功能的海灣水庫,可以像運行陸地水庫那樣,在暴雨來臨之前,提前開閘泄水,降低庫區(qū)水位,騰出庫容接納洪水,從而減小城市內(nèi)澇的風(fēng)險。
(3) 泵站與取水。泵站是河口海岸水庫正常運行的重要設(shè)施。因為建造在海洋環(huán)境中,如何獲取優(yōu)質(zhì)淡水是水庫取水的主要挑戰(zhàn)。一般情況下,水庫取水有3種方式:① 依賴上游來水,如河口水庫與海灣水庫;② 通過引水渠從外部陸地引水,如海岸線型水庫;③ 在外部海洋環(huán)境中取水,如青草沙水庫與東風(fēng)西沙水庫。第三種取水方式一般需在特定的時段(如低潮)與特定的位置(如江心)進行,這時往往需要泵站與取水結(jié)構(gòu)聯(lián)合工作,達到抽取優(yōu)質(zhì)淡水的目的。在有防洪功能的海灣水庫中,泵站往往需要和閘門聯(lián)合運行以達到在高潮位時排水的作用。
3.3 河口海岸水庫的生態(tài)環(huán)境影響
河口海岸水庫作為建造在河口海岸區(qū)域的大型水利工程,必然會對周邊的陸地與海域造成一定的生態(tài)環(huán)境影響。這些影響是多方面的,既有正面的也有負面的,需要長時期的觀察與研究才能客觀地評估其綜合效應(yīng)。一般情況下,我們可以從以下幾個主要方面來評估其影響。
(1) 河勢。如果河口海岸水庫建造位置離河口較近,應(yīng)考慮水庫建造后對河床與河道長期演變的影響,確保水庫的修建對河勢穩(wěn)定沒有負面影響,保證河流的健康生命和水庫的長期安全運行。
(2) 生態(tài)。水庫的修建不應(yīng)對海岸地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的傷害,不應(yīng)造成原有生物物種數(shù)量的減少。海岸水庫雖然占用了海岸地區(qū)的部分海洋用地,但與填海造地不同的是,這些海洋用地的水屬性并未改變,改變的只是將原有的海水轉(zhuǎn)化成了淡水,更有利于增加海岸地區(qū)的生物物種多樣性,也能有效改善庫區(qū)內(nèi)側(cè)土壤的鹽堿化程度。不可否認的是,水庫的建造將不可避免地減少甚至隔斷庫區(qū)內(nèi)外的物質(zhì)交換,但如果措施得當(dāng),其生態(tài)影響可局限到庫區(qū)附近而非整個周邊海域。如果水庫取水量較大,可能會減少河流沖淡水的影響范圍,對生態(tài)的長期影響尚需繼續(xù)研究。
(3) 環(huán)境。水庫修建后,水庫內(nèi)外的水環(huán)境都將發(fā)生改變。庫區(qū)內(nèi)如果能確保取水時取到的是優(yōu)質(zhì)淡水源,庫區(qū)內(nèi)的水質(zhì)一般會高于庫區(qū)外的水質(zhì),如青草沙水庫。當(dāng)然,因為庫區(qū)內(nèi)水體流動緩慢,必須持續(xù)監(jiān)測水質(zhì)變化,避免庫區(qū)水體富營養(yǎng)化與藻類爆發(fā)性生長,也應(yīng)關(guān)注水庫長期運行的泥沙淤積問題。庫區(qū)外與海洋相連,因水體巨大,一般情況下水質(zhì)不會受到水庫建造的影響。
4 河口海岸水庫未來發(fā)展與展望
雖然河口海岸水庫在中國經(jīng)歷了很長的歷史發(fā)展階段,但現(xiàn)代河口海岸水庫的概念還是近年來才逐漸形成的,而相關(guān)工程的建設(shè)與運行也只有數(shù)十年的時間。河口海岸水庫發(fā)揮的水資源綜合利用的作用及其對生態(tài)環(huán)境的影響尚需時日才能客觀而準(zhǔn)確地進行評價。但有鑒于中國沿海城市面臨的水資源短缺問題,我們?nèi)杂斜匾诮裉鞂涌诤0端畮斓奈磥戆l(fā)展進行一些思考,分析未來可能開展的河口海岸水庫建設(shè)工作(圖8)。
4.1 適合河口海岸水庫開發(fā)的各大流域
以2017年為例,在我國主要河流的年徑流量排名中,長江、珠江、閩江分別以9 378,3 216,533.5億 m3排在前三位置。而松花江、淮河、錢塘江、黃河、遼河、海河分列4~9位。
長江是我國徑流量第一大的河流,2017年徑流量為9 387億m3,年輸沙量為10 400萬t。在其河口地區(qū)已經(jīng)建成了青草沙水庫、陳行水庫等一系列河口海岸水庫,這些水庫在陸海統(tǒng)籌水資源優(yōu)化配置與利用方面發(fā)揮了巨大的作用。未來長江口可以繼續(xù)挖掘潛力,通過建設(shè)地區(qū)性海岸線型水庫和島嶼型水庫滿足當(dāng)?shù)匕l(fā)展的用水需求。
珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟繁榮、人口眾多,水資源短缺與社會經(jīng)濟發(fā)展的矛盾十分突出。2017年珠江年徑流量達3 216億m3,年輸沙量達3 450萬t,流量豐盈且支流眾多。由于該區(qū)域地勢平緩且土地價高等因素,在內(nèi)陸建設(shè)大型水庫的成本很高。而不占用陸上土地資源的海洋水庫無疑是有很大吸引力的。2016年廣東省水資源公報[26]的數(shù)據(jù)顯示,廣東省內(nèi)陸水庫總庫容220.7億m3,如果能將珠江年徑流量的5%,即160億m3淡水資源利用河口海岸水庫儲存起來,可大大緩解珠江三角洲的用水緊張問題。
閩江徑流量僅次于長江和珠江,多年平均年徑流量533.5億m3,年輸沙量38.5萬t。其河口地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口密集,且河口狹窄、淡水資源豐富,適合建設(shè)河口海岸水庫。閩江河口的川石島位于閩江河口位置,其三面環(huán)山,且河口形狀狹窄、流速較大,有利于淡水資源的獲取,可以參考香港船灣水庫建設(shè)島嶼型河口海岸水庫。
松花江年徑流量475.5億m3,年輸沙量為645萬t。發(fā)源于長白山天池,流經(jīng)黑龍江、吉林,最終在俄羅斯流入太平洋,不在本文討論的中國河口海岸水庫范疇內(nèi)。
淮河位于中國東部,介于長江與黃河之間,年徑流量374億 m3,年輸沙量332萬t。由于歷史原因,淮河并沒有天然入???,目前利用人工修建的渠道入海。并且該地區(qū)主要依靠洪澤湖蓄積淡水,淡水利用率較高,修建河口海岸水庫的必要性不高。
錢塘江2017年年徑流量達201.1億m3,年輸沙量達318萬t。錢塘江入海處的杭州灣是一個巨型的喇叭形海灣,灣口寬約95 km,自口外向口內(nèi)快速收窄。海灣口寬度的急劇收窄加上天體引力以及地球自轉(zhuǎn)離心力的作用,促成了天下第一大潮——錢塘江潮的形成。由于杭州灣灣區(qū)面積寬廣,易受咸潮影響,所以一般不適合在靠近灣區(qū)口外側(cè)建設(shè)河口海岸水庫(除非庫區(qū)水源從外部引入),但是可以在受咸潮影響較少的口內(nèi)側(cè)建設(shè)類似于珊瑚沙水庫的海岸型水庫。
黃河全長約5 464 km,流域面積約68.22萬km2。2017年年徑流量為197.7億m3,年輸沙量為13 000萬/t。目前河口地區(qū)未有成型的海灣或島嶼,且岸基泥沙含量高,河口海岸水庫修建難度較大。
遼河發(fā)源于河北省平泉縣七老圖山脈的光頭山,流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧四?。ㄗ灾螀^(qū))后注入渤海,全長1 345 km,流域面積21.9萬km2。由于人為因素,遼河目前污染嚴重。遼河河口岸坡平緩,可以參考上海寶鋼水庫建設(shè)海岸型水庫,在汛期將污染相對較小的洪水導(dǎo)入庫中。
海河位于京津冀地區(qū),2017年年徑流量為16.22億 m3,年輸沙量31.7萬t,是中國華北地區(qū)最大的水系。早在1958年天津市就在其入海口修建河口型河口海岸水庫,一定程度上阻止了咸潮入侵。
4.2 適合河口海岸水庫開發(fā)的島嶼
全國海域海島地名普查結(jié)果顯示,我國共有海島11 000余個,海島淡水資源匱乏[27]。截至2016年底,已建成水庫和大陸引水工程522個和108個,較2015年分別增加10個和7個。海島淡水存儲和供應(yīng)能力有所提升,但淡水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和保護力度仍需加強。按照島嶼面積排名,我國前五大島分別為:臺灣島、海南島、崇明島、舟山島與平潭島。其中除崇明島建有東風(fēng)西沙水庫外,其它島嶼均未有大型的河口海岸水庫。以下將就在其它4個主要島嶼建設(shè)海島型水庫的可行性進行簡要討論。
臺灣島是我國第一大島,面積約3.62萬km2。臺灣島雨量豐沛,大、小河川密布。由于最大分水嶺中央山脈分布位置偏東,使得主要的河川大多分布在西半部,包括長度最長位居中部地區(qū)的濁水溪,流域最廣位居南部地區(qū)的高屏溪,以及長度與流域面積均為第三而位居北部地區(qū)的淡水河。臺灣島受臺風(fēng)影響大,山區(qū)水庫庫容小,泥沙含量高,易淤積,水庫壽命短。臺風(fēng)期間暴雨易引發(fā)滑坡泥石流,加之處于地震活躍區(qū),為大壩安全考慮,山區(qū)水庫難以在汛期大量蓄水,而海岸水庫卻可在臺風(fēng)期間大量蓄積淡水。未來可考慮在人口密集且水質(zhì)較好的淡水河河口附近建設(shè)河口海岸水庫,但堤壩設(shè)計應(yīng)充分考慮地震和臺風(fēng)大浪的影響。
海南島是中國南方的熱帶島嶼,面積3.54萬km2,人口925萬,島上熱帶雨林茂密,沿岸海水清澈蔚藍,一年中分有旱季和雨季兩個季節(jié)。海南島四周低平,中間高聳,呈穹隆山地形,河流大多發(fā)源于中部,共有河流214條,獨流入海的河流154條。海南島上湖泊很少,人工水庫居多,著名的有松濤水庫、牛路嶺水庫等。北部的南渡江長311 km,西部的昌化江長230 km,東部的萬泉河長163 km。未來河口水庫的修建可考慮在三條主要河流的入海口附近選址,但需嚴格評估其可能帶來的生態(tài)環(huán)境影響。
舟山群島是我國第一大群島,其中舟山島面積約485 km2,人口約42萬。舟山群島中大部分島嶼四面環(huán)海的地理條件,使得缺水一直是制約其發(fā)展的重要原因。據(jù)統(tǒng)計,舟山群島人均水資源占有量僅為700 m3,只有浙江省人均水資源占有量的1/4,屬于嚴重缺水地區(qū)[28]。目前舟山群島已建成水利工程可蓄水量達1 595萬m3,而平均天然徑流總量為6 916.5萬m3,其水資源可儲蓄量與徑流量嚴重不匹配,可挖潛力巨大。考慮到海島土地資源寶貴,建設(shè)大規(guī)模陸上水庫勢必會和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生矛盾,未來可優(yōu)先建設(shè)不占用陸地資源的河口海岸水庫。由于舟山群島距離錢塘江距離較遠,且錢塘江河口區(qū)域開闊,受咸潮影響較大,因此其水源應(yīng)以攔截天然徑流和臺風(fēng)期降雨為主。
平潭島與福建省陸區(qū)相比,海島地域狹窄,降水量低,徑流入???,蒸發(fā)量大,屬于資源性缺水,淡水總量不足,同時面臨地面水庫庫容規(guī)模過小,調(diào)節(jié)能力不足等問題。擴大現(xiàn)有水庫蓄淡能力,并在島嶼海岸地區(qū)修建新的蓄淡水庫可以緩解制約平潭島社會經(jīng)濟發(fā)展的三大矛盾:淡水貧乏、土地短缺、臺潮侵襲,并為解決沿海島嶼水資源利用不足提供借鑒。
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(編輯:鄭 毅)