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1、水坝建设对滹沱河流域生态环境的影响*国家自然科学基金项目(批准号:40472139)及石家庄市科技局项目(项目编号:04121383A)资助，王秀艳,女,1965年生汉族,黑龙江呼兰人研究员,主要从事环境地质方面研究。石家庄市石岗大街406号，0311-87701351，E-mail: 王秀艳1,2 刘长礼 2 刘平贵2 侯宏冰2 张云 张明(1同济大学土木工程学院,上海,200092;2中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄,050061)摘要:在分析了大量相关资料的基础上，进行了野外水位观测，并对上个世纪70、90年代及2002年三个时相的卫星遥感图像数据进行了解译，综合研究了水坝建
2、设对滹沱河流域石家庄段生态环境的影响。结果表明：由于上游水库的拦截，使下游地表水资源量大幅减少、分布面积显著萎缩;下游河道径流减少，甚至断流;植被分布面积不断减少、湿地消失，河滩沙化严重，成为当地沙尘的主要物源;水库的拦截和坝基的防渗，截断了下游平原区地下水的补给来源，地下水位因此不断下降，形成区域大漏斗，恶化了地质生态环境，引起地下水资源不断减少。关键词: 滹沱河流域石家庄段、水利工程、生态环境、演变0 引言自上世纪50年代以来，截止2003年，全球至少已建成了高15m以上的大型水坝45000座，其中中国有22000座，占48.9%1、2；世界上有一半的河流至少建有1座水库1、2。随着大坝建
3、设的快速发展，大型水坝的负面影响也日益显现。与此同时，人们对有关水坝生态影响的科学研究日益深入，国际社会对这种盲目追求“水利利益”而越来越随心所欲建筑大型水坝的做法开始了怀疑，并在世界范围引发了一场旷日持久的争论。争论的焦点集中在：水坝的经济、社会和生态效益怎样？综合效益又如何？对生态环境影响方面的研究尤其受到关注。滹沱河流域上建立了大型水库2座，中小型水库数十座，对流域尤其是石家庄段生态环境影响十分巨大。本文探讨水利工程对石家庄段生态环境影响。1 研究方法简介本文作者以收集、分析工作区水文、水文地质、环境、生态、气象、水利等方面的资料为主要手段，同时到野外进行GPS定位测量、水位观测等补充地
4、面调查。为了从宏观上研究工作区生态环境的变化趋势，选用了区内1976年11月的MSS卫片（当时只有MSS）、1993年10月的TM卫片、2002年5月的卫片等卫星遥感图像数据，委托专业的机构核工业航测遥感中心进行了生态环境解译。根据已有资料分析研究、地面调查和卫星遥感解译等结果，综合研究了水坝对滹沱河流域石家庄段生态环境的影响。2 滹沱河流域的基本情况滹沱河，发源于山西省繁峙县，流经山西、河北两省，共有256条河流前后汇入，全长513.3 km，流域面积46000 km2。东穿太行山脉流入石家庄市平山境内，在平山县城北有支流冶河汇入，横穿石家庄市北郊，在河北省境内全长206.6km。于献县与滏
5、阳河汇流，再入渤海。滹沱河是海河的三大支流之一，在水资源供求中占有举足轻重的地位。滹沱河流域上游建有大型水库2座、中型水库12座及小型水库和塘坝多处，对洪水起到了一定的调蓄作用3。其中岗南和黄壁庄水库是滹沱河流域内较大的水利工程，分别坐落在河北省平山县和鹿泉市境内。这些水库对石家庄防洪、城市供水、农业灌溉等发挥了重要的作用。但由于这些水库的截流，上游截留了流域近70%的地表水3，减少了下游平原河道流水、地下水补给源。目前, 滹沱河已经常年断流,下游平原生态环境、水环境恶化，地下水资源严重匮乏。曾经是石家庄阻挡北方沙尘屏障的滹沱河，不仅没有成障，反而成为城市沙尘污染的重要源头。下面分别来说明。3
6、、水坝对滹沱河流域石家庄段地表生态环境的影响3.1石家庄地表水状况石家庄市地表水主要由滹沱河及其支流、人工渠及水库构成。滹沱河原为常年性河流，河床宽35km，历史上为一善决善徙的多沙河流。据资料4记载：仅明正德元年(1506年)至清同治十三年(1874年)年间，就发生河水泛滥、决堤、塌地、淹村等较大水灾33次，小水灾不计其数。正定段河水流量：汛期多年平均15002000/m3.s-1；洪水年：1956年为9300/m3.s-1；1963年为8000/m3.s-1。正定京广铁路桥以上现状河槽系1939年洪水后形成，正定至藁城段1950年以后才比较稳定。1958年，国家投资在该河上游修建了岗南和黄
7、壁庄两个水库，由于水库建成、石津干渠开通，70年代后，滹沱河黄壁庄水库下游段，成了不行洪的干河滩。只有特大丰水年水库弃水，河道才会有水，河流湿地已演化成河滩沙地，部分河段变成了污水河。除滹沱河外,区内还分布有北泄洪渠、小青河、石津干渠及其支渠、石津渠、叉河等，主要是供水灌溉，支撑农业发展。3.2 水坝对滹沱河流域石家庄段地表水环境的影响昔日记载4表明，石家庄段滹沱河“雨季水势一望无际，旱季沙洲浅滩罗织，沿河渡口轻舟横渡，上下游则风帆相济。时至民国，河中船舶500有余，往来于正定高家营、深泽乘马等码头。河内鱼虾鳖蟹成群，水面天鹅鱼鹰游弋，两岸飞禽走兽栖息，河滨之地绿草繁茂、间杂牛羊”。然而，自滹
8、沱河上游水坝的建成，特别是上个世纪80年代后，滹沱河变成了河道断流干涸，两岸土地沙化，植被树木稀疏，生物种类锐减，地下水位持续下降，一个丰水区域日趋向贫水区乃至荒水区发展，并已成为主要的风沙扬尘源地，沙尘量占石家庄城区总悬浮颗粒物的2910。水源受到污染，生态环境日益恶化。3.2.1 水利工程对石家庄地表水的影响(1)地表径流减少滹沱河山区河道长,常年有水,岗南、黄壁庄水库建库前多年平均径流量为18.9亿m3/年,且流入平原。据地表水资源评价计算19561960年建库前，滹滏平原地表水资源量为2.75亿m3/年;建库后下游滹沱河成为泄洪河道,1961-1984年地表水资源量为1.98亿m3/年
9、,19851998年为0.39亿m3/年;水库运行到2002年，水库溢洪道弃水总量147.78亿m3方,平均年弃水量3.52亿m3。黄壁庄水库建立在滹沱河从山区流入平原的最后一个出山口,其1960年开始运行。从黄壁庄水库下游黄壁庄水文站资料分析,1960年开始的10年滑动平均径流量基本上处于下降状态,如图1显示。这充分说明，水利工程使地表径流减少。图1 滹沱河径流量10年滑动平均过程线 Fig.1 Slip curve of average runoff of 10 years in Hutuo river (2)水利工程与人类用水量加大，使下游地表水面积萎缩到2002年，尽管养鱼池成片建成，
10、城市内水域增加，建成很多人工河，还修缮了民心河，地表水面积仅为1976年时的64.5%，仍然减少了35.5%。事实上，进入上世纪80年代，滹沱河基本上处于断流状态，只有石津干渠由于主要为引水入津同时也为灌溉服务一直未断流。表1 不同时间地表水分布遥感解译结果对比Tab.1 Surface-water distribution in different times数据类型年份地表水总面积/ m2备注Mss1976.1139604135Tm1993.1023080824减少42%Etm2002.525542222减少35.5%对滹沱河流域石家庄段在上游建了水库后地表水面积的变化的研究，由于滹沱河流
11、域上的大型水库是在1960年前建成，理论上应该研究1960年后石家庄区域水库能够影响的范围内地表水体面积与1960年前面积的变化，但由于卫星遥感数据在1976年才有，因此，我们作了1976年11月、1993年10月和2002年5月三期卫星图象解译，结果如表1。从表1可看出，黄壁庄水库和岗南水库虽然在上世纪60年代就已运行，但直到上世纪70年代，由于大规模的工农业生产尚未展开，下游用水量不大，加上本地区70年代雨量充沛，在枯水期滹沱河和叉河仍未断流。到上世纪90年代初期，大规模经济建设已展开，仅在水坝处有少量连续水，地表水总面积大幅度减少，与1976年比减少了42%。到2002年，尽管养鱼池成片
12、建成，城市内水域增加，建成很多人工河，还修缮了民心河，地表水面积仅为1976年时的64.5%，仍然减少了35.5%。事实上，进入上世纪80年代，滹沱河基本上处于断流状态，只有石津干渠由于主要为引水入津和灌溉,所以一直未断流。3.2.2地表水环境的变化在20世纪60年代之前，本区地表水和地下水资源都较丰富，并且山区河川径流量汇入平原河道，区内浅层地下水埋深13m；西北部山前平原溢出带泉水畅流，洼淀、湿地遍布。20世纪70年代之后，本区水环境发生了显著变化。主要表现如下：降水量减少：根据近40年的降水资料5统计，本区降水量缓慢递减。19561970年本区多年平均降水量为517.6mm，197019
13、80年为495.1mm，19801990年为481.8mm，19901998年为443.6mm.降水量递减率分别为4.3%、2.7%和7.9%.河道断流6：黄壁庄水库蓄水后，滹沱河成为泄洪河道。70年代以前，泄洪量和泄洪次数较多。70年代初曾有4年河道干涸，80年代除1988年泄洪外，其余年份河道无过水，90年代有8年河道干涸。在近30年来，即使河道有水，也仅在汛期1个月左右的时间内，其它时间仍是河道干涸。地表水资源量减少6：19561984年平均地表水资源量为1.98亿m3/年，19851998年为0.39亿m3/年。自1972年以来，研究区内的泉水、洼淀和湿地陆续干涸。3.3水利工程使滹沱
14、河流域植被的分布面积减少水利工程对工作区植被分布的影响,主要通过地表水发挥作用。受水库拦截后,下游断流，地表水不能补给地下水,而地下水的大量开采又使得地下水位不断下降,当低于生态水位后,草地和林地就开始退化,面积减少。遥感对区内植被解译，主要包括林草地和庄稼地两种，结果如下。对工作区内，林草地的遥感图片解译成果见表2。在上世纪70年代，滹沱河内水源充足，河漫滩未被开垦，所以，河漫滩草地面积很大；到1993年，由于滹沱河长时期断流，河漫滩部分被开垦，草地破坏很严重，林草地明显减少（比1976年减少32.4%）。表2. 不同时期林草地状况对比表Tab.2 The comparison among
15、of forest land and meadow in different times数据类型年份林草地总面积/m2备注Mss1976.11194524689Tm1993.10131547026减少32.4%Etm2002.577090362减少60.4%到2002年，滹沱河长期断流，由于人为从河道内取沙和其它各种各样的人为对河床的搅动，致使河道内很多草地被破坏，并且，在上世纪90年代中末期，本地水果价格大幅下滑，挫伤了果农的积极性，很多果农开始伐掉果树，经济林地大面积减少（比1976年减少60.4%）。因此,到2002年，林草地面积急剧减少。当然，上述植被的减少原因，也有人类其它活动的因素，但毫无疑问，水利工程发挥了非常巨大的作用。3.4 水坝使河道湿地减少、沙化增加 3.4.1 湿地在减少表3. 湿地统计状况对比表Tab.3 The comparison among wet land area in different times数据类型年份湿地总面积/m2备注Mss1976.1148898197Tm1993.100无湿地Etm200
