进入21世纪,我国社会经济发展将从小康水平向中等发达国家的水平前进。城市(包括不以农业生产为主体并具有一定规模的集镇)的发展必将突飞猛进。城市是社会和经济活动的中枢,是大生产的基地,是文化教育和信息交流的中心。城市的发展将带动整个国家前进,城市发展也将给全社会的防灾减灾和水资源开发利用带来一系列新因素和新要求。21世纪的水利将以城市水利为中心,带动水利事业的全面发展。
据统计,1992年全国非农业人口为2.69亿人,全国正式设市662处,还有不设市的县属集镇1万多处 [1] 。这些城市(包括县属大集镇,下同)工农业生产总值和国民收入占全国80%以上。据有关方面研究,2000年全国人口将超过13亿人,城市集镇实际人口将超过4亿人,人口和社会财富进一步向城市集中,城市范围迅速扩大,将出现许多的城市群或城市带,城乡的界限将进一步模糊。我国大中城市主要分布在沿海和大江大河两岸,城市的发展与江河湖海有密不可分的关系,城市的发展与江河湖海的治理和水资源的开发利用既有相互促进,又有相互制约的作用。新中国成立40多年来,以大江大河治理和水资源开发利用为中心的水利建设,主要服务于农业生产,虽然在城市防洪、供水、供电和水运方面发挥了积极作用;但是把城市水利作为一个主体,进行全面研究、总体规划、与城市发展有机结合进行建设的工作是十分薄弱的,已经不能适应以城市为中心的社会经济发展需要。面对未来,城市水利将有七大任务。
1.城市防洪
城市的迅速发展和扩大,已经突破了原有城市防洪设施的保护范围,同时将出现分布于广大面积上的城市群或城市带,像珠江三角洲、太湖流域、长江中下游沿江地带,以及主要交通干线两侧的情况特别突出。面对这种情况,过去那种修筑城市防洪堤保护主要市区和遭遇超标准洪水在城市郊区采取分蓄洪措施的办法,既不适应防洪要求,也在运用中产生新的困难,如果运用不当,将会造成巨大损失和广泛的社会影响。可能的出路是根据城市密集程度和社会经济的重要性,采取较大范围区域性防洪,按照不同区域,采取不同防洪标准和措施。在遭遇超标准的特大洪水时,牺牲经济不发达地区保护经济发达的精华地区,仍不失为一种可选择的措施。因此,防洪区域的划分,临时分蓄洪区的选择,都要在社会经济发展的总体规划、城市发展布局与江河流域综合规划密切结合下,统一考虑、统一安排、统一管理。在我国防洪的严峻形势下,城市防洪充分考虑非工程措施是非常必要的,特别对于一些采取工程措施提高防洪标准十分困难的地区,在民用建筑和公共设施修建时,要采取必要措施,准备在非常情况下能抗御暂时的洪水淹没,保证人身安全和尽量减少财产损失。
2.城市排水
我国主要城市的排水系统很不健全,经常发生暴雨积水灾害,造成很大损失,上海、武汉以及太湖周边城市,情况特别严重。由于城市化对水文因素的影响,如热岛效应、凝结核效应、高层建筑障碍效应等作用的增强,城市年降水量增加(在大城市一般增加5%以上),汛期雷暴雨次数和暴雨量增加(一般可达10%以上) [2] 城市不透水面积的比重大幅度增加,降雨后截流、填洼,下渗损失明显减少,地表径流的汇流历时和滞后时间缩短,地表径流量增加、流量峰值提高,给市区排水增加了巨大压力。根据有关方面关于海平面上升对海岸带影响的研究:由于温室效应和沿海地带过量抽取地下水造成地面沉降,我国沿海地带海平面将持续升高,可能受害面积达到3.5万km 2[3] 。这些地区都是城市工业密集带,排水的困难增加了新的因素。我国著名的历史古城,如北京、南京、长安、洛阳等城市,在发展过程中,都曾形成过市内河湖水系,以供蓄泄暴雨积水 [4] ,在当代继续发展中,任意占用城区河湖水面,变水为陆,或成为容纳污水垃圾的场所,使其丧失原有的功能,给城市发展带来极为不利的后果。随着城市现代化和人民生活质量的提高,建立完善和畅通的排水系统,清污分流,改善环境,实在是最迫切的任务之一。
3.城市供水
我国大中城市大多数供水不足,影响人民的正常生活和生产的持续增长。城市缺水,除了市区水厂和供水管网建设跟不上需要外,北方水源不足、南方水质污染恶化是主要原因。北方多数城市,在20世纪50年代,主要靠在城市近郊抽取地下水供城市使用,随着城市的发展,地下水难以满足需要,遂逐步挤占农业灌溉水源。但由于北方水资源总量的不足,当地地表水和地下水都不能满足城市供水需要,于是普遍超采地下水和过分占用农业用水,其结果造成了地面沉降和地下水污染,同时城乡之间的矛盾也日趋尖锐。南方大多数城市临河靠湖,水源本不成问题,但由于水体污染严重,特别是城市周围,城市取不到合乎水质标准的水量;部分沿海和岛屿城市,水资源短缺,当地无法解决城市供水问题。预计在2000年前上述情况难以得到基本改变,进入21世纪,解决城市供水问题将是长期持久的艰巨任务。解决城市供水的基本方向应是:开源、节流和保护三者并举,不可偏废。北方,当地水资源开发利用程度已经很高,节约用水措施已有相当程度的发展,重点应通过跨流域调水解决水源不足和采取各种有效措施防止水源污染。南方,重点应治理污染,保护水质,沿海和岛屿应修建水源工程,包括跨流域或跨海引水工程。新的城市工业布局,必须考虑水源问题。
4.城市排污和污水利用
一般说来生活和工业用水的80%~90%成为污废水。预计在本世纪内,工业和污废水绝大部分得不到处理而直接排入水体,使河道和水域受到严重污染,一部分污水被农田灌溉引用或入渗地下,造成农作物、地下水和土壤的污染,严重危害人的身体健康,使生态环境恶化,对经济和社会造成的危害极为严重。进入21世纪,城市要求更高的环境质量,保证农田灌溉和农村生活用水的水质达到规定标准,将是农村水利发展和提高的关键。随着城市工业用水的增加,污废水量也将大量增加,如果不能及时进行污废水的处理,其恶化环境和对城市农村危害的严重后果,将不堪设想。根据“华北地区及山西能源基地水资源研究”,2000年和2020年该地区工业和生活取水量分别达到171亿m 3 和303亿m 3 ,污水排放量分别达到150亿m 3 和249亿m 3 。这些城市工业污废水如果经过处理达到农业生产用水的水质标准,则可大大缓解农业缺水的紧张状况,减少为农业进行调水工程的沉重负担,同时也缓解城乡争水的矛盾。南方多水地区,存在着同样的问题,城市生活、工业污废水如果不能及时处理,继续直接排入河湖水域,对水资源造成严重破坏,多水地区也将出现可用水源缺乏的危机,对社会、环境、生态的影响及其所造成的危害,也是无法估量的。但是污水处理成本很高,需要在处理技术和费用分担政策方面进行专门研究,寻求城乡两利、切实可行的办法。这将是21世纪水利的重大课题。
5.河岸、海岸线的整治和利用
我国主要城市大都滨海或临江,大江大河的河口都形成了重要的工业基地和对外港口。南方,为了充分利用江河航运和取水便利,市区尽量靠近河岸布设工厂、仓库、港口、码头等;同时滨海、沿江往往形成主要街区,成为城市最繁华的区域,成为城市的“黄金地带”。80年代改革开放以后,各部门、各种企业单位,抢占沿海和沿江岸线,已势不可挡,往往为了局部和眼前利益,利用不合理,造成江河行洪障碍,影响航道整治,任意排放污水废渣,破坏供水水源,影响城市远景发展,使“黄金地带”大为贬值,给整个社会经济发展造成了巨大损失。像珠江三角洲、长江三角洲和长江沿岸,这种现象极为普遍,已经造成了很大的经济损失。进入21世纪,这个问题将更加突出。因此,河岸、海岸岸线的整治和利用,应按科学原则进行规划,纳入国土整治的总体计划,进行严格的控制和管理,势在必行。
6.为城市发展开拓土地资源
我国人口多、可利用土地资源十分有限。城市发展必须占用土地,这是一个矛盾尖锐和难以解决的问题。出路可能只有两条:一是与农业争地,虽然眼前经济收益方面可能是合算的,但从我国社会经济发展的长远战略考虑,是极不可取的;二是向荒山、荒坡、海涂和河湖洲滩要地。利用荒山、荒坡往往平整土地和交通供水等公用设施成本很高,投资者往往考虑近期利益,不肯充分利用;海涂和河湖洲滩,一般靠近城市,开发方便,投资较少,见效较快,在地价不断上涨的情况下,是投资者争夺的对象。值得注意的是:我国主要江河的河湖洲滩,自50年代以来经过整治围垦(不少是自发盲目围垦),已开发利用殆尽,留下来的大多是季节性洲滩,而且必须留作江河泄洪排水和通航水域,如果继续开发占用,必将造成巨大损失和深远影响。如果在严格的科学论证前提下,进一步进行江河全面整治,局部河段可能还有少量可用土地;但对这些少量可用土地,必须审慎开发利用,要充分考虑防洪、航道和环境的要求,并且应当实行严格管理。浅海海涂资源在我国相当丰富,特别是大江大河河口附近。如珠江口,滨海岸线海区——3m以上的滩涂面积达114万亩 [5] ;长江口附近海域——2m以上的滩涂面积有133万亩 [6] 。这些地区都紧邻经济高速发展和重要对外开放的地区,对土地的需求十分迫切。因此,科学地开发用海涂资源将是解决这些城市发展所需土地的重要出路,但是在开发利用时必须妥善解决三个问题:①要按一定标准留足泄洪、排水的通道,并留有余地。②必须考虑河口纳潮能力,充分利用潮汐动能保持河口段航道水深和必要的水域,决不能像有些地方为了多围土地,尽量压缩河口喇叭口,使河口迅速淤积,丧失良好港口的功能。③必须与沿江、沿海岸线利用的规划密切结合,防止因围垦而破坏岸线的充分合理利用。
7.城市的环境保护和美化
美化城市、保护环境是现代化城市的重要任务,其主要措施是:①城市河湖水系公园的合理布设,防止水源污染,保持洁净水质。②城市绿化。这两者是紧密联系的整体,河湖水系的沿岸和公园是城市绿化重点,河湖水系又是绿化所需供水、排水的基础设施。因此结合城市供水排水需要、适应城市美化要求,做好城市河湖水系的规划、建设和管理是城市美化和环境保护的关键所在。
根据我国自然环境特点和社会历史背景,展望21世纪,水旱灾害仍然相当严重,水资源开发利用与社会经济发展不相适应的程度更为突出,但与20世纪相比具有本质的差别。20世纪,水旱灾害分布面广、频度高、水利设施抗御灾害的能力很低,一般年份洪涝旱灾都造成巨大损失,严重威胁生产的发展和社会的稳定,特别是人口密集、经济发展水平较高的东部平原地区,洪涝灾害更为严重,每遇大水直接影响国家的安定和发展。预计到本世纪末,主要江河流域的开阔平原和较大盆地,对常遇的中小洪水得到基本控制,涝灾得到初步治理,重要河段能够抗御本世纪内的特大洪水,将大大减轻洪涝灾害,初步改变对特大洪水的失控局面;全国建成了大约占耕地50%的灌溉面积,对农业生产的持续稳定发展起到了保障作用。21世纪,突出的问题是平原地区超标准的洪涝灾害和广大山地丘陵地区的山洪和旱灾;由于城市的发展、财富的集中和现有防洪、排水标准过低,城市防洪排水将成为突出的问题。水资源的开发利用,在本世纪,重点是农田水利和水能利用;21世纪,则应根据城市等方面的需要,结合农村水利的发展要求,充分考虑水资源的综合利用和河湖浅海水域的多种功能,克服行业和部门的局限性,紧密有机地结合,使水资源开发利用达到经济、社会和环境效益的统一。
从现状况出发,展望未来,21世纪,在改造完善现有水利工程设施、充分发挥现有工程设施潜在功能的基础上,安排具有战略意义的建设项目,抓紧时机,使水利发展达到一个新水平。初步考虑,21世纪,水利建设应考虑以下问题。
1.继续抓紧大江大河的治理
大江大河的治理要以城市防洪、岸线利用、水资源综合开发为中心,进行控制性枢纽的建设和河道整治。在修建长江三峡、黄河小浪底、黑山峡、龙门、珠江龙滩、大藤峡、百色、淮河临淮岗、辽河大佛寺、松花江尼尔基、哈达山等枢纽工程和积极开发西南水力发电的同时,应抓紧河道整治,安排好岸线的合理利用。在北方,不少河道已变成季节性河流,洪枯水位、河宽、流势有本质性的变化,同时由于径流的调节利用,河床的乱挖乱占,河道普遍萎缩。多数河道已丧失原有功能。面对此种状况,重新确定河道功能,合理安排控导工程,严格控制占用河床,已成为重要课题。在南方,河流是城乡生存发展的命脉,特别是岸线的利用已成为城市发展的重要组成部分。当前河道萎缩的发展趋势同样存在,行洪水位不断抬高,行洪障碍不断增加,河势缺乏控制,加之河滩岸线的乱占乱用,都影响了河道功能的合理发挥,很不适应沿岸城市和防洪、航运的发展要求。因此,无论是北方还是南方河道,都必须抓紧制订河道整治规划,利用有利时机进行整治,并严格管理,防止河道迅速萎缩,保持河道的合理功能,提高防洪标准,搞好岸线的开发利用。河道整治的重点:在北方,首先是淮河干流中下游河道的整治,按照防御常遇洪水(10~20年一遇的洪水)、尽量减少行洪区的使用和有利于两岸排涝的要求,拓宽浚深窄河段,增加平槽泄量,同时开辟入海水道,使常遇洪水能通畅入江入海,一般涝水能及时排出;海河淮河水系通海各河口段,在建闸防潮防淤的基础上,结合建港、造地,进行持续不断的整治、疏浚,保持河口畅通,保持排洪、排涝的能力。在南方,应重点整治长江中下游江道和长江、珠江三角洲和各大湖区的水网河道,稳定流势,固定岸线,制订岸线利用规划,充分发挥“黄金水道”优势。黄河中下游河道的整治,具有特殊重要的意义。要充分利用黄河水沙运动的特性,调水调沙,塑造稳定窄深的中水河床。目的在于保持和改善河道排洪和输沙能力,减缓淤积速度,尽量延长河道使用寿命。
2.全面规划安排跨流域调水工程,有计划地解决城市、工矿和生活供水水源
解决北方供水源不足的问题,唯一的出路是跨流域引水。要全面考虑黄淮海平原、松辽平原、西北能源基地的长远发展需水要求。黄淮海平原的水资源供需平衡,及跨流域调水的开发程序,应将长江、淮河、黄河和海滦河流域作为一个整体进行研究规划,按照不同地区社会经济发展预测和当地水资源开发利用程度,制订跨流域引水的总体部署和开发的战略步骤。根据长期的规划研究,南水北调工程可以考虑按以下步骤加以实施:第一步,在本世纪内或21世纪初,分期建成南水北调东线一期工程,同时利用黄河小浪底枢纽工程的调节,引黄河水至滹沱河以南地区,首先缓解山东南四湖地区、胶东地区、河北运东地区、邢邯地区和河南北豫山前地区严重缺水的局面。这两项工程,比较简单易行,投资相对较少,如果抓紧进行,2000年前有完全实现的可能。第二步,兴建从汉江丹江口水库引水的南水北调中线工程,同时继续扩大南水北调东线工程的引水能力,并修建跨越江淮分水岭的引江济淮工程。这样在下世纪的前10~20年间,就有可能从根本上解决黄淮海平原水源不足的问题,缓解黄河上中游与下游用水矛盾,为黄河上、中游能源基地的大规模建设所需供水创造条件。第三步,随着社会经济发展的需要,逐步实现南水北调西线工程,扩大中线、东线的引水能力。
松辽平原跨流域引水,首先应解决辽河中下游平原的严重缺水问题;然后,根据松嫩平原和吉林西部、内蒙古东部经济发展状况,调整水资源的分配,扩大调水规模。松辽平原的跨流域调水,必须将引松花江水到辽河、引鸭绿江东部支流水源到辽河和引呼玛河水到嫩江等几项最有希望的跨流域引水线路统一规划总体考虑,为东北地区社会经济长远发展的供水问题确定方向。
西部能源基地的建设,解决供水是最关键的问题。从地域划分:一是黄河上中游煤炭、油气、电力开发,所需水量只能由黄河提引,除正在兴建的引黄入晋工程外,应考虑从黄河黑山峡引提结合经宁夏至陕北三边、榆林地区的引水工程,给黄河上中游能源生产基地提供稳定的供水,远景南水北调西线工程实施后,这些引水工程将会得到新的水源补充。二是新疆油气资源的开发,北疆准格尔盆地的供水只能靠北水南调,最好开辟两条引水路线,分别沿盆地东西边缘,不仅可满足油田开发需水,而且还可扩大土地资源的开发利用;南疆塔里木盆地油气田的供水,主要靠盆地周边河流的水源,关键是提高河流水量调节能力,在做好在科学用水的前提下对农田用水与工矿用水合理分配,同时做好油气田供水管网布设的规划。
研究规划跨流域引水有4个问题特别值得注意:
(1)水质保护问题。引水工程的沿线都是城市和工矿企业密集地带,引水前的污废水严重威胁着引水水质,必须从治理污染源入手,全面治理;引水工程实现后,引水沿线城市、工矿企业将迅速增加,必须严格管理,防止产生新的污染源,南水北调东线工程要特别重视这个问题。
(2)引水线路的安全问题。跨流域引水工程必将跨越原有水系,改变地表水和地下水的排水条件,将引起防洪、排水和引水工程本身安全的一系列问题。如南水北调中线工程,1200多km的引水渠道穿行于我国暴雨最集中的伏牛山和太行山山麓地带,跨越大小河流400余条,引水渠水面高于地面约600余km,渠道一般水深5~8m,渠宽50~60m。这样一条巨大的渠道,在汛期渠道发生冲毁、溃决的机会很多;同时又形成了一条跨越淮河、黄河、海河三大水系新的防汛重点水系,其重要性和艰巨性不亚于大江大河。因此必须采取特殊的措施,保证引水安全和避免造成人为的洪水灾害。其他引水工程,都有类似情况,必须妥善处理,决不能掉以轻心。
(3)引水的环境影响问题。如南水北调西线工程,按照初步规划将引走通天河、雅砻江、大渡河引水点以上的绝大部分径流,这对引水点以下广大地区将产生何种影响?类似问题值得深入研究。
(4)接受引水地区的污废水处理问题。缺水地区增加水源后,同时也增加了污水废水的排放量,如果不及时进行处理,将变成新水害,其严重程度比洪水还要严重。如及时处理,将变成水资源,可以在很大程度上满足缺水地区的农业用水,不仅解决长期存在的工农业用水矛盾,而且可以使农业得到一定的发展。因此,引水工程与城市污废水处理应同时并举,用水与污废水处理工程的投资和运行费用应同时筹措,供水与污废水排放处理应统一管理。
3.河口治理与海涂围垦
我国大江大河的河口都是经济发展的中心城市和对外联系的枢纽,大江大河的流域就是这些中心城市的腹地。河口段港口建设和航道整治是内地与海外联系的中心环节。由于河口大量泥沙的淤积,河口附近一般很难有天然的深水大港,海上巨轮难以直接停靠,运费大量增加,限制了中心城市的发展;如果不在河口附近建港,又会影响中心城市与腹地的直接联系。如长江,拦门沙顶部水深只有6m左右,即使每年大量疏浚,也只能趁潮使2.5万t货轮停靠宝钢码头,由于大吨位船泊不能直接靠岸,每年宝钢原料运费增加l亿多元;珠江入海八大口门,也有类似长江口的情况,严重影响对外联系和经济发展。整治河口,在河口立深水港口并与江河深水航道相衔接,将是21世纪战略性建设任务。根据国内外经验,河口治理是一项长期持续治理的巨大工程,需要大量的投资,抓住河口演变的有利时机,坚持不懈地进行,是一定会取得成功的。长江口和珠江口的治理具有重大的战略意义,应当作为继三峡之后的全国重点建设项目。与河口治理和建港工程密切联系的是海涂围垦。海涂围垦不仅可以增加城市、港口急需的土地,而且也是固定河势稳定岸线的重要手段,也是海洋生产基地的建设,必须统一规划严格按河口治导线,分期完成。长江口及其以南沿海,城市密集,港湾岛屿迫切需要开发利用,单项围垦工程规模相对较少,易于实施,应当作为近期开发目标。长江口以北黄海、渤海的靠岸浅滩,面积大,水深小,具有围垦的巨大潜力,对21世纪沿海经济的发展影响很大,应当尽早开展研究工作,制订开发规划。沿海围垦中关键因素是土地的合理利用和淡水来源,必须在规划中认真加以解决。
4.环境水利工程将是21世纪新兴水利事业
本世纪内,水利建设的目的,主要为发展经济服务。着重经济效益的考虑,同时也建设了不少社会经济效益和环境效益都十分突出的区域性水利工程体系。但是,由于修建水利工程,在一定程度上改变了地表水、地下水的分布和土地利用状况,致使部分地区河道枯萎,部分地区河湖水域缩小,部分地区的生态环境恶化,给进一步防治水旱灾害带来了不利影响。有些地区情况十分严重,如塔里木河、河西走廊各河下游,由于上游过量开发利用水资源,形成大面积地下水位下降,极其珍贵的原有地表植被大量死亡,已经造成了不可挽回的损失。广大地区水土流失没有得到有效控制,是一个长期影响环境改善的重要因素。21世纪,经济有了很大发展,人民生活将由小康向中等发达国家的水平过渡,在吃饱穿暖和物质生活不再过分发愁的情况下,必然要求一个更为安全美好的环境。水是环境的关键要素,必须正确认识水利与环境的关系,水利建设必须为改善环境服务。21世纪,环境水利工程应对下面几个方面进行深入研究,并做出相应的措施安排:①将水土保持工程从改善农业生产条件提高到改善城乡居住环境的高度,全面开展。②对具有战略意义的塔里木河下游,河西走廊各河下游,以及影响国家安全的战略通道,最低限度的需水要求应予保证。③为防风、固沙,防止沙漠南移,提供必要的水源,如结合远景跨流域引水工程,应考虑长城沿线恢复植被建设林带的必要水源。④为了保持和改善环境,必须适当满足部分半干旱地区的河道用水。⑤结合城乡建设,逐步建成河、湖、渠、沟系统与造林绿化相结合的园林化城市和农村。
21世纪,水利发展将出现一系列新情况和新问题,既需要不断进行现状调查研究,历史经验总结,又需要积极开展科学技术的研究工作,特别要重视水利基础研究、河湖水系演变的观测试验和宏观综合性研究工作。这样,才有可能使水利发展建立在科学的基础上,达到高速健康发展的目的。除了常规的水利科学技术研究内容外,需要加强研究的主要课题有:
(1)城市化水文效应的观测试验和对防洪、排水影响的研究。
(2)河道演变,特别是河口及其附近海域水沙运动规律的观测研究。
(3)对大江大河的规划进行以城市为中心,全面综合利用水资源的修正补充。
(4)研究水利工程设施与城市公用设施密切结合,充分发挥一项工程多种功能的技术措施和发展政策。
(5)城市水环境保护、污水资源化的技术措施和法规政策的研究。
(6)城市水资源管理的研究,应包括:①研究建立水资源(地表水、地下水、污水)统一管理的科学模式和管理体制。②制订水资源综合利用促进法。③建立水资源开发利用的经济政策、价格体系、建设分工、权属关系和保护责任等方面的法规政策。④按照社会主义市场经济体制的基本原则,研究国家(包括中央和各级地方政府)、企业、农民在水利建设和管理中费用负担的基本原则和办法。
面对现实,展望未来,我国水利事业的发展任重而道远。在21世纪,既要满足城市急速发展对水利的需求,又要巩固、改造和适当发展农村水利,巨大规模的老工程改造更新和新工程的建设将长期持续进行。将会出现一个现代化、科学化、城乡和谐发展,并能适应整个社会经济发展需要的新局面。水利事业将会成为真正的社会经济的重要基础产业。
[1]水利部计划司.水利统计年鉴.
[2]中国大百科全书.城市规划卷.地理学卷.北京:中国大百科全书出版社,1992.
[3]任美锷.海平面上升对海岸带影响研究的现状及问题.黄河三角洲研究,1993(3).
[4]郑连第.古代城市水利.北京:水利电力出版社,1985.
[5]水利部珠江水利委员会.珠江流域规划.
[6]水利部中国河口开发整治规划编写组.中国河口开发整治规划.