全国河流水系网络化与渤海淡化工程的思考论文
作者:佚名; 更新时间:2018-11-06

  摘要:21世纪水问题将是中国经济发展的首要制约因素。半个世纪来兴建的水利工程,成绩是巨大的、也是有目共睹的[1]。但是随着人口的增加,经济的发展,生活质量的提高,水资源短缺、洪水、干旱、水土肥流失、水污染仍然是严重的问题。20世纪80年代完成的全国土壤侵蚀遥感调查[2],使笔者有机会到各个流域与省区进行路线考察。在复杂的人地系统中,认识到解决中国的水问题,必须依靠水利 - 地理系统工程来解决。由此提出全国水系网络化与渤海淡化的思考[3],这是一个世纪工程,需要得到有识之士的共识,并且进一步地探讨与论证。

  关键词:水资源 水灾害 水土肥流失 水污染 天地信息网络系统 虚拟水环境

  20世纪后半叶,新中国成立以来,中国的水利建设突飞猛进,从1950年只有8座高15 m以上的水库[4],发展到大中小型水库8.5万座,其中大型水库355座,大中型共计3 300余座,全国水库总库容5 200多亿m3;蓄滞洪区总面积达 3.5万km2;中国的江河大多数自西往东流,中下游地区人口稠密,城市集中,几乎所有的沿岸城镇都受到两岸堤防的保护,大中小河流的堤防近27万余km;中国历代都有开渠种田的习惯[5],半个世纪以来修复与修建的灌渠规模之大,网络之密是历史上无法比拟的,东中部几乎所有的平原与盆地都布满了密度不等的灌渠网络,全国有效灌溉面积0.567亿hm2,接近总耕地的1/2(2003年水利部信息中心数据库),结束了完全靠天吃饭的历史。中国水利建设的巨大成就举世瞩目,1/7的世界耕地,1/4的世界人均水资源,养活世界1/5人口,本身就说明了中国对水资源的利用是费尽心血的。

  但是,随着人口的增加,经济的发展,产业种类的增加,生活质量的提高,生态环境的改善,生产用水、生活用水、生态用水、环境用水所需要的淡水水量日益增加、水质要求日益提高。水资源的短缺仍然是制约中国经济、社会、环境协调发展的首要问题。解决淡水资源短缺问题,有识之士提出了各种解决途径。有人提出海水淡化的途径、有人提出凿开喜马拉雅山与青藏高原,把印度洋的水汽引到西北干旱区、有人提出将渤海的海水引入大西北[6],等等。笔者研究认为需要统筹解决洪旱灾害、水质污染、水土肥流失、水资源利用的水利系统工程。在已建水利工程的基础上,首先解决南水北调三纵四横的网络工程,然后考虑全国河流水系网络化以及渤海淡化工程的问题。

  已建3 300多座大中型水库,占据了许多优良坝址。黄河流域的大中型水库的总库容,仅8座大型水库库容501亿m3[7],已经超过了黄河全年的径流总量500亿m3。除了西南地区大江大河尚有一些优良坝址外,很难再找出几千个优良坝址。由于大江大河上游山区的水土流失,中下游河床淤积抬高,半个世纪来大堤普遍加高加厚,显然大堤是不可能无限加高加厚的。盆地与平原区的灌渠网络化,历史悠久,大都是考虑自流灌溉。就是南水北调除了少数地段需要提水外,也是尽量地走自流的路线。沿河工业的点源污染与流域面上的农肥、农药的面源污染使得大江大河也免不了受到污染的侵袭。近十多年来全国加强了水土流失的治理力度,水土保持是卓有成效,但是水土肥流失的面积大,流失的强度也大,水土肥流失仍然严重。上游山区水土肥的流失,不仅使中下游河道河床淤积,还使河水污染。由于河床继续抬高,洪水位随着抬高,年内出现洪水的频率增加、洪水的强度也增加。1998年长江的洪水,抗洪非常艰巨,惊心动魄的一场苦战,保证了两岸城镇免受洪灾之苦[8]。冷静下来思考,浩浩荡荡一江淡水资源都被驱赶到大海中去了,换来的是第二年上下游的偏干旱。

  中国大陆上空多年平均含水汽总量为1 445亿m3,总降水量约是6万亿m3,44%转变为地表径流量,地表径流量约为2.7万亿m3[9],可见雨水的直接应用是很有潜力的。在2.7万亿m3的地表径流中,每年大约有1/4~1/3作为洪水排泄到海洋中去。大约有7 000~9 000万m3的洪水,虽然被已建水库拦蓄了一部分(最大容量5 200万m3),但是每年季节性的洪水由南向北,从2—3月份开始到8—9月份终止,依次从珠江、长江、淮河、黄河、海河、松辽河按照不同的概率发生。同时春旱、夏旱、秋旱,在北方、南方交替发生,而西北地区是长年干旱的。这种季节性的水量空间分布的不均衡性,使得我们不得不在建设了许多水库的前提下,考虑用系统论的思想[10],水系网络化的对策来均衡水量。

  上述分析促使人们思考,21世纪中国的水利建设方略是什么?如何统筹解决洪旱灾害、水质污染、水土肥流失、水资源利用的水利系统工程?在已建、在建、未建水库的基础上,水库与水库之间以地上或地下的方式连接起来,形成水库之间的连通管道,从而使得全国的大江大河、小江小河构成网络化水系。这意味着,从小流域开始,只要发生洪水,立即分流到邻近流域中去,小流域的洪水不再全部汇流到主流、干流中去。大江大河之间的洪水通过大型水库之间的连通相互调剂。使得洪水的频率降低,洪水的强度降低,逐步调平洪水。在水利建设上需要突破一些观念,例如调水的单向性转变为调水的双向性,不仅是南水北调,也可以北水南调,西水东调与东水西调;自流为主转变为提水与自流并重;地表调水转变为地上、地下连通并重;建设地表水库转变为地表水库与地下水库建设并重;水土保持工程中应考虑土与肥保留在原地,水通过下渗流出流域;等等。总之,目标是尽可能地将降水量(6万亿m3)拦蓄在陆地上,增加植被涵养水分的能力,促使降水下渗,先形成地下水(对污染水质可以起到降解的作用),由地下水补给河川径流,人工建设三维的立体水系网络,经过多次地上、地下循环使用,剩余优质淡水集中引导到渤海里去。这是一揽子考虑防止洪水、抗御干旱、水资源充分利用、水土肥保持、降解水污染的水利系统工程。

  渤海湾是地壳沉降区,也是中国地形的最低处,因此网络水系中的弃水最后可注入渤海湾,依托渤海湾的山东半岛与辽东半岛之间的庙岛列岛(现在的长山县),建立海闸、海坝,变渤海为淡水湖。渤海是我国内海,在辽东半岛与山东半岛之间建闸建坝是国内问题,没有国际纠纷。渤海平均水深18 m,老铁山海沟最深处不足80 m,面积约7.7万km2(相当于台湾岛与海南岛面积之和),可容纳1.4万亿m3的淡水(长江年总水量不足1万亿m3,相当于1.5年长江的总径流量),全国的水量调配得好,2~3年渤海就能淡化,或者说2~3年渤海的淡水就可以更新一次。建闸建坝可依靠中国自己的力量,水深从0~80 m,坝长120余km(依托庙岛列岛),开若干个闸门,坝顶修建高速公路。可解决华北京津唐地区与环渤海地区的淡水紧缺问题,还能使环渤海真正构成一个循环交通物流的环渤海经济区。渤海从海水转变为淡水湖,是海域生态与环境系统转变为淡水湖生态与环境系统的问题,生态系统的转化将会带来哪些有利与不利的问题,必须在事先研究清楚。例如中国4大盐田,3个在渤海湾沿岸,究竟是盐田搬家,还是用漂浮输水管道将海水从渤海外传送到盐田?渤海海底是石油油田,究竟是水上开采还是陆上开采?渤海湾的海产是移至渤海湾以外,还是预留海水通道,进行养殖?凡此种种都需要经过严密地论证。这是以水利工程为主导的地理系统工程。

  为此,首要的任务是调查各大中小河流,流域的大气降水、地表水、地下水、壤中水、生态用水、环境用水(所谓环境用水是指河流、湖泊、沼泽、湿地都是有一定容积的水量的,河流中没有了常年流水,就不成其为河流了;湖泊中没有一定水位的水量,也就不成其为湖泊了,所以必须保证河流中的常年流水,湖泊中一定水位的水量,这就是环境用水。)、生产用水是河流水系网络化与城镇体系系统的网络化、基础设施系统的网络化、国民经济系统的网络化等,需要协调一致地建设。前者为水利系统工程,后者为地理系统工程 [11]。

  调研与论证应该采用高新技术,应用天地信息一体化网络系统[12],遥感数据、遥测数据、定位数据与通讯网络、计算机网络结合,计算与设计可以先在计算机上进行虚拟研究,然后再进行物理模型与原型的研究。

  参考文献:

  [1] 钱正英. 中国水利[M]. 北京: 水利电力出版社, 1991 87-663.[2]水利部遥感技术应用中心. 全国土壤侵蚀遥感调查统计表 [M]. 内部资料,1990 1-226.

  [3] 马蔼乃. 21世纪黄河系统工程方略[A]. 首届黄河论坛暨王化云治黄思想研讨会论文集[C]. 郑州:黄河水利出版社,2002.

  [4] 曹楚生. 中国的坝工[A]. 钱正英. 中国水利[M]. 北京: 水利电力出版社, 1991 478.

  [5] 朱惠琴. 中国的水利史[A]. 钱正英. 中国水利[M]. 北 京: 水利电力出版社, 1991 43-59.

  [6] 陈昌礼. 海水西调与我国沙漠和沙尘暴的根治[J]. 中国工程科学,2001, 3(10):13-21, 27.

  [7] 陈霁巍. 黄河治理与水资源开发利用(综合卷)[M]. 郑 州:黄河水利出版社, 1998 308.

  [8] 李德华、丘久钦. 众志成城 '98长江抗洪图[M]. 武汉:湖北教育出版社, 1998 1-241.

  [9] 水利电力部水文局. 中国水资源评价[M]. 北京: 水利电力出版社, 1987 15, 21, 46.

  [10] 钱学森,于景元,戴汝为. 一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论[A]. 钱学森. 论地理科学[M]. 杭州: 浙江教育出版社, 1994 94-112.

  [11] 马蔼乃. 论地理科学[J]. 地理与地理信息科学,2003,1(1):1-6.

  [12] 马蔼乃. 航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用[J]. 北京大学学报(自然科学版),1998, 34(4): 533-541.

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