基于多因素分析的水資源生態(tài)環(huán)境影響研究

林港特 朱玲瓏 楊現(xiàn)坤

摘要：伴隨經(jīng)濟快速發(fā)展，人為影響下水資源生態(tài)環(huán)境不斷惡化，探討水資源生態(tài)環(huán)境惡化對洪災(zāi)的影響具有現(xiàn)實性意義。本文結(jié)合洪災(zāi)高頻次、中水量、高水位及空間差異顯著的時空特征，通過對人為影響導(dǎo)致的水資源生態(tài)環(huán)境破壞的客觀分析，并對當(dāng)前防洪和水資源保護的主要措施及存在的問題進行分析，提出改進建議，為可持續(xù)發(fā)展、防災(zāi)、減災(zāi)工作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：洪災(zāi)特征;人類活動;生態(tài)破壞;防洪措施

Abstract：With the rapid economic development， the ecological environment of water resources is continuously deteriorating under human influence.It is of practical significance to explore the impact of the deterioration of the ecological environment of water resources on floods.This paper combines the high-frequency， medium-water volume， high water level， and significant spatial and temporal differences of flood disasters.Through objective analysis of the damage to the ecological environment of water resources caused by human impact，the main measures and problems of current flood prevention and water protection analyze and propose improvements to provide guidance for sustainable development， disaster prevention， and mitigation.

Key words：Flood characteristics;Human activities;Ecological damage;Flood control measures

1 研究背景

我國季風(fēng)氣候顯著，河流眾多，夏季易受洪災(zāi)威脅，1992-1998年間，僅大型洪災(zāi)就發(fā)生了52次，長江中東部、黃河流域的災(zāi)情更為嚴(yán)重，當(dāng)前就人為破環(huán)生態(tài)環(huán)境使得洪災(zāi)頻發(fā)方面的探索不夠完善，本文將從生態(tài)環(huán)境變化對洪災(zāi)的復(fù)合影響的角度，對洪災(zāi)發(fā)生的特征、成因、措施等方面進行綜述，對當(dāng)前防洪和水資源保護的主要措施及存在的問題進行分析，并提出改進建議。

2 洪災(zāi)發(fā)生的特征分析

2.1 高頻次、短周期

自公元前185年-1911年的2 096年間，長江中下游大洪災(zāi)214次，然而，在20世紀(jì)的僅100年間發(fā)生的大洪災(zāi)30次，其中僅90年代發(fā)生大洪災(zāi)就有7次[1]。新疆內(nèi)陸流域也是如此，隨著全球氣候變暖，該地冰雪洪水和冰雪暴雨混合洪水引發(fā)的洪災(zāi)明顯增多，1956-1987年的31年間，大洪災(zāi)就達到了29次，而1987-2000年的短短14年間更是有大洪災(zāi)27次，其中特大洪災(zāi)21次。

2.2 中水量、高水位、大災(zāi)害

1998年湖北省洪水發(fā)生期（5-8月）的總降水量（5 816mm）遠小于1954年（5～8月）的總降水量（6 649mm），體現(xiàn)出中水量的特征。然而，在此特征下，卻出現(xiàn)螺山和城陵磯控制站水位高出1954年1.78m和1.39m，并達到歷史最高值的狀況。鄱陽湖湖口站最高水位更是達到22.59m，比歷史最高水位（21.80m）還高出0.79m。

2.3 空間分異顯著

由圖1可知，1978～2013年間，受洪面積位居榜首的省份主要位于我國中部和東部地區(qū)，體現(xiàn)出洪災(zāi)分布東西差異顯著的特征。洪災(zāi)嚴(yán)重的省份（黑龍江、河南、湖北、江蘇等）既是大江大河沖積平原地區(qū)，也是當(dāng)時經(jīng)濟活動活躍、生態(tài)破壞典型的地區(qū)，而新疆、青藏高原等地洪災(zāi)也相對較少。洪災(zāi)空間分布上的差異，實際是人為生態(tài)破壞程度空間差異的體現(xiàn)。可見除氣候等因素外，諸如城市用地擴張、濕地開墾、森林資源無序開采等經(jīng)濟建設(shè)活動帶來的生態(tài)環(huán)境破壞也是加劇洪災(zāi)發(fā)生的重要原因。

3 水資源生態(tài)環(huán)境的破壞行為與洪災(zāi)

3.1 森林資源破壞對洪災(zāi)的影響

森林腐殖質(zhì)層及土壤具有強大的蓄洪能力，一定程度上能降低洪水期河流水位;根系能固結(jié)土壤，減少水土流失，進而減緩河湖床泥沙沉積;20世紀(jì)50年代至改革開放初期，由于部分原因，全國森林總覆蓋率大大降低。以四川為例，1980年森林覆蓋率降低至12%，對森林的破壞使得其作用于河湖的機制受限，加劇了洪災(zāi)發(fā)生。

3.2 濕地資源退化對洪災(zāi)的影響

濕地能貯存匯流水源，減少入河流量，每公頃的沼澤濕地蓄水量可達到8 100m3;同時可調(diào)節(jié)入河徑流的水量與流速，減少洪峰發(fā)生次數(shù)，1954～2000年間，位于撓力河上游寶清與下游菜咀子水文站之間大面積的沼澤與草甸，有效地降低匯流速度、貯存部分徑流，使得該時期有26年濕地下游的菜咀子水文站洪峰流量明顯小于寶清水文站[4]。

然而，圍湖造田、不合理的河湖開發(fā)和管理不善使得濕地面積萎縮，導(dǎo)致濕地蓄水量銳減。70年代以后，吉林省洮兒河中下游月亮泡一帶和霍林河中下游、黑龍江省的哈拉海甸子以及烏裕爾河中下游，葦塘變成旱塘、濕地面積減少13.33萬hm2，與圖1中黑龍江省平均每5年發(fā)生受災(zāi)情況有一定相關(guān)性。

3.3 城市化對水資源循環(huán)的影響

自20世紀(jì)50年代后，我國城市化率不斷提高，特別在90年代后進入快速發(fā)展階段，原先良性的生態(tài)地不斷地被建筑物和不透水面取代，生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞。在洪災(zāi)上具體機制如下：

（1）不透水層的增加使得地表徑流量增多、下滲量減少、匯流速度加快，從中小城市集水狀況的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛娌煌杆畬訛?2%時，平均洪水流量為17.8m3/s，匯流時間為3.5h;當(dāng)不透水層增加28%時，平均洪水流量增大40m3/s，匯流時間減少3.1h。

（2）湖泊、池塘、農(nóng)田等蓄水體轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫兀鞘袃?nèi)澇頻發(fā)，多地區(qū)城市化進程中，多水塘系統(tǒng)已減少過半，與該時期南方洪澇災(zāi)情加大密切相關(guān)。

3.4 其他資源破壞對洪災(zāi)的影響

（1）草地資源破壞：由1997年長江源生態(tài)考察結(jié)果可知，長江源區(qū)約有50%-60%面積的草地受到破壞，導(dǎo)致土壤的容水量降低，河流的洪量、洪峰都有明顯增多的趨勢。

（2）水土資源流失：亂砍濫伐、礦山開采、陡坡開墾等不合理行為，使得水土流失面積擴大。單從長江流域來看，20世紀(jì)50年代，水土流失面積為36.3萬km2，90年代增加到61.3萬km2，占流域總面積34%，造成鄱陽湖和洞庭湖蓄洪量減少，河湖調(diào)節(jié)能力降低，加劇了淮海平原洪災(zāi)發(fā)生。

4 防洪中存在水資源保護問題及相應(yīng)對策

4.1 森林資源恢復(fù)

三北防護林、沿海防護林、長江中上游防護林、平原綠化四大工程不斷推進，改善了生態(tài)安全格局，但大興安嶺林區(qū)，林種結(jié)構(gòu)單一，易引起如松毛蟲大爆發(fā)等病蟲害;同時由于缺乏對植被地域分異規(guī)律認知，在塔克拉瑪干、騰格里及科爾沁等干旱與半干旱地區(qū)種植大面積純林，加劇了該地水資源短缺。應(yīng)先充分考慮林地結(jié)構(gòu)，注重喬、灌、草三者充分結(jié)合，利用遙感動態(tài)觀測等技術(shù)監(jiān)測林木狀態(tài)，減緩林木退化。

4.2 濕地資源修復(fù)

（1）1978～2008年，我國人工濕地面積增加了約122%，濕地減少速度由5 523km2/a下降到831km2/a，但人工濕地建設(shè)缺乏針對性的地域規(guī)劃和科學(xué)理論指導(dǎo)，且植被以觀賞為主，蓄洪能力有限;可借鑒國外先進經(jīng)驗，在低位沼澤修復(fù)上，可參考西班牙Donana國家公園，設(shè)置水泵補償減少的地下水流，恢復(fù)高地下水位;在淺湖濕地修復(fù)中，學(xué)習(xí)瑞典提高水平面、降低湖底面的方法，增加湖泊的深度和廣度。在河流修復(fù)中，采用英國、德國等疏浚河道，讓河漫灘再自然化的方法，使?jié)竦鼗謴?fù)生態(tài)功能，發(fā)揮更大的防洪效益。

（2）河道改造是濕地修復(fù)的重要內(nèi)容。出于防洪目的，對河道進行裁彎取直和硬化，一定時段內(nèi)有助于防洪建設(shè)。1967年至1972年間，對荊江兩河段進行了裁彎取直，使得河段泄洪量增加了約5 000m3/s，但長期而言河流改造的弊端日益凸顯，如荊江裁彎取直使得城漯河段淤積加重、城陵磯水位抬高。不合理的河道硬化則使得河流多孔質(zhì)化消失、不透水面增加、與外界聯(lián)系減弱，泄洪能力受限。

對此，應(yīng)加強河系間的聯(lián)合調(diào)度，使得河流形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)水體互通與一體化，借鑒新加坡“ABC水源計劃”和日本“創(chuàng)造多自然型河川計劃”，利用天然材料修建河堤、“放任自流”，恢復(fù)河流植被，起到良好的防洪、滯洪、分洪作用。

4.3 城市水資源管理與防洪

（1）部分地區(qū)排水管網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃不合理、城市化速度遠快于設(shè)施更新，雨洪期水量大、來水急的情況下，排水效率較低，防洪泄?jié)衬芰κ芟蓿瑧?yīng)重視城市排洪體系的建設(shè)，科學(xué)選址規(guī)劃，借助遙感、GIS與管道探測器等對排水系統(tǒng)進行動態(tài)管理，加強老城區(qū)排水管網(wǎng)的定期維護。

（2）海綿城市能實現(xiàn)城市防洪與水資源利用。截至2016年，已有30個試點城市，生態(tài)效益顯著，但受技術(shù)資金限制，絕大部分中小城市并未落實，為發(fā)揮海綿城市排洪蓄洪功能，應(yīng)提升城市與周邊湖泊濕地等蓄水體聯(lián)系，設(shè)置通洪空間、減少城市內(nèi)澇。

4.4 洪水風(fēng)險管理

堤壩工程具備攔洪滯流、泥沙調(diào)控等功能，而數(shù)量龐大的小型水壩，在應(yīng)對大洪災(zāi)時卻易潰堤。據(jù)統(tǒng)計，1954-2007年全國共潰壩3 503座，其中小型水壩3 375座，占潰壩總數(shù)的96%。大型堤防雖抗洪較強，但易引發(fā)地震、淹沒動植物棲息地。此外，應(yīng)用于堤壩工程的各類洪水調(diào)度模型，其數(shù)據(jù)主要來源于水文氣象預(yù)報信息，其中有著許多復(fù)雜因子，易導(dǎo)致預(yù)估結(jié)果不理想;應(yīng)加強對堤防工程的定期排查、維修加固，保持堤防工程的生態(tài)健康，做好對氣象、水文的信息采集和監(jiān)測，提高洪水預(yù)警質(zhì)量。

4.5 洪水資源化

洪水具有雙重利害性，可轉(zhuǎn)化更新為內(nèi)陸水，緩解水資源緊缺，蓄滯洪區(qū)建設(shè)與河系聯(lián)合調(diào)度，可實現(xiàn)汛期洪水資源化，包括干流引水、流域調(diào)水、豐水枯用。如塔里木河流域，在干流上設(shè)置各類引水口百余個，每年耗水量為21億m3，占干流來水量45.65%。通過建成的76座水庫對下游及農(nóng)田補給，在集中來水期對尾閭進行集中輸水，既分洪滯流又緩解當(dāng)?shù)丶竟?jié)性缺水問題。生態(tài)脆弱地區(qū)應(yīng)結(jié)合水庫建設(shè)的綜合評價，充分考慮洪水與人類“和諧共生”，對洪水進行有計劃的分流引用。

4.6 國家政策

我國制定了《水法》《防洪法》等法律法規(guī)，推進和約束了人工干預(yù)下防洪治洪的措施，促進了濕地生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，減輕了洪災(zāi)危害，但仍存在政策與資金配置不夠合理、科學(xué)性欠缺等問題;因生態(tài)環(huán)境對洪水反應(yīng)具有時滯效應(yīng)，應(yīng)因地制宜、科學(xué)評估與修正。

5 結(jié)語

中小型河流的防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，對洪水淹沒范圍劃定、城市范圍劃定和統(tǒng)計年限等指標(biāo)還存在爭議，應(yīng)綜合城市防洪體系現(xiàn)狀，利用現(xiàn)狀水平年的資料對防洪標(biāo)準(zhǔn)進行再建設(shè);由于洪災(zāi)高發(fā)區(qū)多分布在貧困地區(qū)，地方財政和社會救助仍是洪災(zāi)后期救助和生態(tài)恢復(fù)工作的主要來源，健全災(zāi)害保險機制;在水資源保護、防洪治洪的過程中，應(yīng)該總結(jié)歷史經(jīng)驗，在措施施行中應(yīng)結(jié)合實際情況，反復(fù)進行科學(xué)評估與修正，確保防洪、治洪措施落實到位，抵御和減少洪災(zāi)，保持水資源可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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收稿日期：2020-06-01

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（41871017）資助。

作者簡介：林港特（1998-），男，漢族，在讀本科生，研究方向為水資源管理，水文遙感。

通迅作者：楊現(xiàn)坤（1981-），男，漢族，博士，副教授，研究方向為水文水資源遙感。