張家口市“首都兩區”建設中的水資源考量

宋亞新，劉軍，劉宏偉，白耀楠，王玉杰

（1.有色金屬礦產地質調查中心，北京 100012；2.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170）

0 引言

水資源是人類社會生存和發展的物質基礎，是經濟社會發展的戰略性資源（陸靜超和赫然，2016）。水資源問題是涉及到包括人口、經濟、社會與環境的一個復雜巨系統。水資源形成與演化及開發與可持續利用，不僅僅是指水資源在人類的代際間公平分配，同時還指當代人群之間、流域的上中下游之間和跨流域之間水資源的合理分配，以及區域社會經濟、環境協調發展等（劉昌明和王紅瑞，2003）。

張家口市地處河北省西北部，位于東經113°50′～116°30′，北緯39°30′～42°10′，總面積36800 km2。張家口市位于北京市上風上水處，與北京市同屬一個自然生態系統，在保障首都水資源和生態環境安全方面發揮著不可替代的重要作用。作為首都水源涵養功能區，張家口市境內的永定河和潮白河兩大水系分別補給官廳水庫90%、密云水庫60%以上水量，構成了北京市主要飲用水源地。張家口地區主要影響首都的水環境和大氣環境，是北京市的重要水源地和沙源地，也是北京市不可或缺的生態屏障，是首都生態圈的核心區域（圖1）。

圖1 張家口市地貌水系圖

2017年1月，習近平總書記視察河北省張家口市時作出重要指示，強調張家口市要加強生態建設，樹立生態優先意識，建成首都水源涵養功能區和生態環境支撐區（簡稱“首都兩區”），探索一條經濟欠發達地區生態興市、生態強市的路子。2019年7月，國家發展改革委和河北省政府聯合印發了《張家口首都水源涵養功能區和生態環境支撐區建設規劃（2019—2035年）》，提出了張家口市“首都兩區”建設總體要求、空間管控和重點任務，明確了規劃實施的支持政策和保障措施。

2019—2020年，有色金屬礦產地質調查中心在張家口地區實施了“河北張家口地區綜合地質調查遙感、鉆探、物探、土壤測量以及巖礦測試等”、“康?？h幅水文地質鉆探”等項目，本文在以往工作的基礎上，結合作者近年在張家口地區野外工作認識，在梳理張家口水資源稟賦、水資源利用現狀及存在問題的基礎上，對張家口市“首都兩區”建設中需要關注的幾個水資源問題進行了探討，相關結論可為張家口市“首都兩區”建設提供參考。

1 水資源自然稟賦

張家口市降水量小、蒸發量大，外來水源匱乏。多年平均水資源量15.4 億m3，人均水資源占有量347 m3，不足全國平均值的1/5，屬于嚴重缺水地區。

1.1 大氣降水

張家口市屬寒溫帶大陸性氣候，風多雨少、氣候干燥，多年平均氣溫1.2～9.1 ℃，壩上地區多年平均降水量360～400 mm，壩下400～500 mm，多年平均蒸發量850～1200 mm，干旱指數2.0～2.5，無霜期90～130 天，“十年九旱”是張家口市典型的氣候特征（張占貴，2014；韓雁等，2020）。據1981—2017年降雨資料統計（郝宏業，2020），近37年張家口平均降水量398.3 mm，總體趨于略增多，氣候傾向率6.495 mm/10 a。

1.2 地表水資源

張家口市境內河流分屬3個流域5個水系，即海河流域、內陸河流域、灤河流域，和永定河水系、潮白河水系、大清河水系以及內陸河水系、灤河水系。

永定河水系在張家口市流域面積為17924 km2，占張家口市總面積的48.7%，境內共有河流108條，其中洋河和桑干河是其主要支流，橫貫全市東西，這兩條河流不僅是張家口市的主要水源地，而且是張家口市經濟發展和城鎮建設的命脈；永定河徑流量占官廳水庫入水量的90%，是首都水資源的主要來源地。潮白河水系流域面積 5763 km2，占全市總面積的 15.6 %，主要由白河和黑河兩條支流組成，共有河流29條，白河、黑河由北向南平行貫穿赤城縣，在延慶縣境內匯合后流入北京市密云水庫。大清河為北拒馬河上游，流經蔚縣境內的東南山區和涿鹿縣境內的趙家蓬，流入河北省保定市，流域面積有1159 km2，占全市面積的3.1%。灤河水系主要為閃電河，發源于承德市豐寧縣，流經沽源縣東部，由南向北流入內蒙古自治區，流域面積有971 km2，占全市總面積的2.6%。內陸河水系分布在壩上，主要由季節性河流和淖泊濕地等組成，流域面積為11021 km2，全市總面積的29.9%（劉一江，2020）。

根據2009—2019年河北省水資源公報資料統計，近年來張家口市平均地表水資源總量為5.80億m3，年度變幅較大（圖2）。

圖2 2009—2019年張家口市地表水資源總量

1.3 地下水資源

受氣候、大地構造、地貌單元等因素控制，張家口市水文地質條件南北部具有較大差異，區內水文地質特征具有典型的壩上高原和壩下山間盆地特點。

壩上地區降雨稀少，氣候干燥，年平均降雨量360～400 mm，潮濕系數0.17～0.27，大氣降水對地下水補給極為不利，加之該區位于內蒙古地軸和內蒙華力西晚期褶皺帶上，處于緩慢上升階段，第四系沉積厚度小，地下水儲存條件差，地下水資源貧弱。壩下地區較壩上地區降水豐沛，年平均降水量400～500 mm，潮濕系數0.33～0.41。壩下地區位于燕山臺褶帶和山西斷隆之上，斷裂構造發育，盆緣山地和盆中平原差異性升降強烈，山區巖層破碎，盆地第四系沉積厚度巨大，為地下水提供了良好的儲存空間，地下水資源較為豐富。

根據張家口市第二次水資源評價結果（劉一江，2020），張家口市1980—2013年平均地下水資源量為11.91億 m3（表1）。根據河北省水資源公報，2019年張家口市地下水資源量12.07億 m3。

表1 張家口市分行政區地下水資源量表

2 水資源利用現狀及存在的問題

2.1 張家口市水資源利用現狀

張家口市水資源公報數據顯示（劉一江，2020），2017年全市總供水量為9.05億 m3，其中地表水、地下水及其他水源供水量分別為2.35、6.50和0.20億 m3，供水來源以地下水為主，占總供水量的72%左右。全市總用水量9.05億 m3，農田灌溉、林牧畜漁、工業用水、城鎮公共、居民生活及生態環境用水量分別為 6.11、0.60、0.87、0.18、1.13、0.16億m3，用水量以農田灌溉用水為主，占67%左右。

2005—2017年張家口市供用水量變化呈現逐年下降趨勢（表2），供水量從2005年的10.89億 m3下降到2017年的9.05億 m3，減少16.90%。地下水源供水量占總供水量的比重較大且呈上升趨勢，從2005年占總供水量的66%上升到2017年的72%左右；地表水源供水量占總供水量第二位，供水比重呈下降趨勢，其占總共水量的比重從2005年32%下降到2017年的25%左右；其他水源供水量在總供水量中的比重較小，近年來呈上升趨勢但幅度較小，從占總供水量的1%上漲到2%左右。在用水量方面，整體呈下降趨勢，農田灌溉用水量占全市總用水量的比重最大，呈現先升后降的趨勢，從2005年的70.5%上升到2010年的72.2%再下降到2017年的67.6%左右；工業用水排用水量第二位，整體呈下降趨勢，其占總用水量的比重從2007年的15.8%下降到2017年的9.7%左右；居民生活用水量近年來顯著上升，其占總用水量的比重從2005年的8%上升到了2017年的12.5%；林牧畜漁用水量占總用水量的比重基本穩定，保持在6%左右；城市公共用水量和生態環境用水量都有小幅提升，占全市總用水量的比重從不到1%上升到2%左右。

表2 張家口市2005—2017年供水量情況

2.2 張家口市水資源利用存在的問題

2.2.1 水資源短缺日益嚴重

近年來，張家口市水資源短缺形勢越來越嚴重，入境和出境水量呈大幅減少趨勢。據統計（張克陽和李春光，2010），張家口市永定河水系上游山西和內蒙古入境水量20世紀50年代曾達11億m3，20世紀80—90年代明顯減少，不足3億m3，2000年以來不足1億m3、最少年份不足0.3億m3。而流入官廳水庫的水量由20世紀50年代的20多億m3減少到2010年的不足3億m3。潮白河水系多年平均出境水量，也由過去正常年份的2億m3左右減少到2010年的1.5億m3左右。此外境內地表水資源量也呈現普遍減少趨勢。張家口市境內的主要河流除赤城境內的黑河、白河未出現斷流現象外，其他河流出現斷流的天數在逐漸增加。各條主要河流的年徑流量也呈減少趨勢。水資源短缺狀況日益嚴峻，給張家口市工農業和國民經濟的發展帶來了很大的壓力。

近幾十年來，隨著氣候變化和社會經濟用水量的不斷增加，張家口地區水資源量持續減少。通過對張家口市長期水文站序列資料分析發現，地表水資源量由上世紀50年代的24.1億m3，降到2017年的5.92億m3（劉一江，2020）。

2.2.2 地下水超采

由表2可以看出，張家口市近年面臨著供水結構失衡、地下水源供水量比重過大的問題，進而導致部分地區地下水存在超采情況。2017年張家口市地下水開采量為6.51億m3，地下水可開采量為6.48億m3，地下水開采量與可開采量總體持平，但壩上地區地下水超采0.48億m3，局部地區存在地下水超采問題。根據2001—2017年地下水位埋深資料（張曉燁和方彥舒，2018），壩上地區平均地下水位區間在5～10 m，總體呈下降趨勢；壩下地區蔚陽盆地、涿鹿盆地埋深較為穩定，張宣盆地平均地下水位埋深區間在9～18 m，地下水位逐年下降。由于過量開采地下水，全市部分河道河段出現斷流現象，壩上地區濕地萎縮嚴重，其中面積1 km2以上的24個淖泊已經干涸20個。壩上地區地下水超采主要原因為大量開鑿農業地下取水井，發展水澆地種植，據統計，2011—2017年間壩上地區新打機井90%以上屬于農業灌溉機井。

壩下地區地下水位持續下降區域主要為張宣盆地，主要原因為該區域的張家口市區、宣化區、萬全區和懷安縣，是張家口市的政治、社會、經濟和文化中心，生活、工業和農業需水量較大，水資源開發利用程度較高；同時該區域供水十分依賴開采地下水，2017年生活用水全部、工業用水量的84.2%、農業用水量的64.1%、總用水量的74.6%通過開采地下水來滿足（張曉燁和方彥舒，2018）。

2.2.3 地表水污染

地表水（特別是河流）是張家口地區工業廢水、生活廢水的主要排泄通道。20世紀90年代末期，由于河流流量逐年減少，污水排放不達標，致使河流水質日益惡化，1997年官廳水庫上游不得不停止向北京供水，嚴重威脅了首都北京的供水安全。據1999年統計資料，僅官廳水庫上游地區污水排放量為12072.5萬t，其中工業廢水7844.8萬t，生活污水4227.7萬t。大量污水排放致使桑干河主要河段水質為III～IV類；洋河除東洋河河段水質為II類外，其他河段污染嚴重；從張家口市區清水河站到洋河響水鋪站52 km河長范圍內，水質為劣V類，官廳水庫水質為IV～V類，主要污染指標為COD和NH3-N等（陳偉，2004）。1997至2009年水體趨于輕度污染并保持在穩定狀態，但污染因子仍有超標情況，主要污染物包括氨氮、石油類、高錳酸鹽指數、BOD5，重金屬Cd和Cr6+對流域水質的影響也較大（龐博等，2013）。近年來，張家口市主要河流水質總體趨好，但部分區段在部分時段仍存在水質超標現象（表3）。由此可見，地表水污染仍是張家口市“首都兩區”建設中需要認真解決的一個重要問題。

表3 張家口市2021年1—5月主要河流斷面水質狀況

2.2.4 地下水污染

地下水污染主要指人類活動引起地下水化學成分、物理性質和生物學特性發生改變而使質量下降的現象。由于地表以下地層復雜，地下水流動極其緩慢，因此，地下水污染具有過程緩慢、不易發現和難以治理的特點。地下水一旦受到污染，即使徹底消除其污染源，也需十幾年，甚至幾十年才能使水質復原。

對2000年9月張家口市全域111口監測井水質進行分析（張振蓮，2009），各縣地下水均存在污染物超標現象，超標物大部分是氨氮、硝酸鹽氮、以及亞硝酸鹽，這些污染物與農業施肥以及井口環境衛生關系密切；氟、鐵、礦化度超標主要與地質背景相關，壩上沽源縣60%、康?？h40%、張北縣33.3%的井水以及壩下陽原縣50%井水氟化物超標，有“高氟縣”之稱。

2012年，張家口市受人類活動影響的地下水污染面積達23072 km2，其中輕度污染面積為5712 km2，主要分布在陽原、懷安、萬全和宣化等地區；重度污染面積為17360 km2，主要分布在宣化、尚義、張北、康保和陽原等地區。超標項目依次為：亞硝酸鹽氮、鐵、氨氮、硝酸鹽氮、氟化物。超標倍數最高的是陽原縣的亞硝酸鹽氮，超標17.8倍，其次是尚義縣的鐵，超標8.4倍（劉娟等，2014）。

張家口市內陸平原區1990年以前水質類型均為HCO3型水（蘇偉杰，2017），21世紀初水質監測資料顯示，大部分地區水質變化不大，在沽源平原等少數地區，由于開采水質較好的第三系地下水進行農業灌溉，使淺層地下水水質得到好轉。在一些區域，由于自然環境的影響，加上部分人環境保護意識不強，致使生產、生活污水無序排放，加上農業上農藥、化肥無節制使用，部分地段出現地下水質惡化現象。如在尚義出現了Cl·NO3型水，康保出現了SO4·HCO3·Cl型水，沽源出現了NO3·HCO3·Cl型水。2019年作者在張家口市北部七號幅地區采集水質樣品26件，對其中25件樣品進行了地下水水質全分析。結果顯示七號幅地區地下水水質類型較為復雜，共出現10種類型，其中HCO3型4件，HCO3·Cl型4件，HCO3·SO4型2件，NO3·HCO3型2件，Cl·HCO3型5件，Cl·HCO3·SO4型1件，Cl·NO3·HCO3型1件，Cl·SO4型2件，Cl·NO3型2件，Cl·SO4·HCO3型2件。

由此可見，張家口市部分地區地下水污染有減緩趨勢，但部分地區污染情況仍不容忽視。

3 “首都兩區”建設中需要關注的幾個水資源問題

3.1 “首都兩區”建設宜充分考慮張家口市水資源空間分布的差異性

陰山山脈橫貫張家口市中部，將張家口市劃分為壩上、壩下兩個自然區域。兩個區域不僅在地貌上存在差異，在降水、地表水、地下水方面也存在明顯差別?！笆锥純蓞^”建設宜充分考慮張家口市水資源的空間差異，做到合理規劃。

壩上地區降雨稀少，氣候干燥。地表水系不發育，大部分地區為內陸河流域，河流短小，皆匯入當地洼地淖泊。僅有少部分地區屬永定河流域和灤河流域。區域地下水補給、儲存條件差，地下水資源貧弱。受壩上地區水資源匱乏以及陰山山脈大馬群山分水嶺阻擋影響，無論是地表水還是地下水都難以完成向首都北京輸水。而該區生態環境脆弱，土地沙化嚴重，是北京最直接的風沙源，因此壩上地區應以生態支撐區建設為主，弱化水源涵養區建設。

壩下地區較壩上地區降水豐沛，地下水資源也相對豐富。地表水包含永定河水系、潮白河水系、大清河水系等大小河流共上百條，水資源豐富，入官廳水庫水量的90%、入密云水庫水量的60%來源于張家口市壩下地區。因此張家口市“首都兩區”建設中壩下地區宜以水源涵養區建設為主。

3.2 統籌好張家口市自身發展用水和“首都兩區”用水問題

張家口市“首都兩區”建設要處理好水資源合理分配問題，既要保證首都水源涵養和生態環境支撐用水又要考慮張家口市自身發展用水，而首先要保證首都水源涵養和生態環境支撐用水。

“首都兩區”建設是在“京津冀協同發展”的基本框架下進行的，實行的是區域整體協同發展，區域整體定位體現了三省市“一盤棋”的思想，突出了功能互補、錯位發展、相輔相成。這就要求張家口市堅持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”的原則要求，統籌好張家口市自身發展用水和“首都兩區”用水問題。把水資源作為前置剛性約束條件，優先保證首都水源涵養區和生態環境支撐區建設，合理規劃人口、城市和產業發展，堅決抑制不合理用水需求，通過各種方法和手段來進行水資源管理，推動用水方式由粗放向節約集約轉變。

3.3 壩上首都生態支撐區建設中人工植被的選擇與配置要充分考慮地區水資源條件

壩上地區水資源匱乏，土地沙化嚴重，生態環境脆弱，是張家口市首都生態支撐區建設的主戰場。增綠工程通常是生態支撐區建設的主要技術手段，而人工植被的選擇與配置是增綠工程成功與否的關鍵環節。植被作為影響土壤水分狀況最活躍、最積極的因素，一方面對土壤水分具有積極正面的影響，如涵蓄降水、控制水土流失等水文調節功能，另一方面其生長也需要蒸騰消耗水分。植被對土壤水分的影響，主要取決于其類型、結構與生長狀況（徐炳成等，2003）。因此，壩上地區在開展生態支撐區建設中，應充分分析不同植物的耗水特點和評估植被建設對土壤水分狀況的影響，合理利用土壤水資源，合理選擇和優化配置植被。

調查顯示（劉建婷和黨磊，2018），目前檸條是壩上地區主要造林樹種，康保、沽源、張北和尚義4縣檸條種植總面積73660 hm2，其中康保縣最多，占總面積的51.6%；同時顯示，壩上地區人工林多，天然林少，主要栽植于退耕還林地，主要為帶狀和塊狀造林模式，中幼齡居多，近熟林和成熟林少。

已有研究（徐炳成等，2003；程積民等，2005；梁海斌，2014；莫保儒等，2014；梁海斌等，2018）發現，半干旱區檸條種植不同程度地引起了土壤含水量虧缺以及土壤干燥化（干層）現象，而且隨著林齡的增加，土壤干燥化強度加強，部分影響深度可達600 cm（梁海斌等，2018），究其原因，在干旱季節里，植物為了避免干旱脅迫，會加速根系生長，以增加對深層土壤水分的吸收，緩解降雨量不足的影響。在半干旱黃土區干層土壤水分要恢復正常，時間需十幾年以上（程積民等，2005）。檸條林土壤干燥化的研究在張家口地區還少見報道，但由于與西北黃土區同為半干旱區，氣候特征相似，土壤干燥化的現象不容忽視。

此外，對灌木沙棘和檸條的水量平衡的長期監測發現，灌木林下2 m土層常年處于水分虧缺狀態，若按田間持水量計算，虧缺量>200 mm的年份占50%（徐炳成等，2003）?？傮w來說，喬木類植物易導致土壤干旱，灌木類次之，草地和裸地的危險性最小。賀翔宇等（2015）在張家口市北部內蒙古化德縣七號鎮，開展了不同配置方式林草地對土壤表層含水量的影響研究，發現半干旱區喬、灌、草地的土壤表層（30 cm）含水量由大到小的順序為草地、灌木林地、喬木林地。而自然草地土壤表層含水量略高于人工草地和耕地。由此可見，壩上首都生態支撐區建設中應優先選擇草本植物，慎重選擇喬木和灌木。壩上地區歷史上“廣闊的草原”（聶浩剛等，2004）和2013年“三北”防護林張北段20萬畝楊樹瀕臨死亡事件值得我們深入思考。

4 結論

（1）張家口市降水量小、蒸發量大，外來水源匱乏，多年平均水資源量15.4億m3，人均水資源占有量347 m3，屬于嚴重缺水地區。目前張家口市水資源供需基本平衡，總供水量中地下水源供水量占比最大，在72%左右；總用水量中農田灌溉用水所占比重最大，在67%左右。

（2）近幾十年來，尤其是近年來受氣候變化以及水資源不合理開發利用等多重因素疊加影響，張家口市水資源量持續減少，地下水超采、地表水和地下水污染等水資源問題仍然存在。

（3）“首都兩區”建設宜充分考慮張家口市水資源空間分布的差異性，科學規劃。水資源相對豐富且能直接對首都供水的壩下地區以水源涵養區建設為主；水資源匱乏、自然環境脆弱、不能直接向首都北京供水的壩上地區應以生態支撐區建設為主。

（4）堅持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”的原則要求，統籌好張家口市自身發展用水和“首都兩區”用水問題。把水資源作為前置剛性約束條件，優先保證首都水源涵養區和生態環境支撐區建設，合理規劃人口、城市和產業發展，堅決抑制不合理用水需求，通過各種方法和手段來進行水資源管理，推動用水方式由粗放向節約集約轉變。

（5）壩上首都生態支撐區建設中人工植被的選擇與配置要充分考慮地區水資源條件。壩上地區降水稀少，水資源匱乏，人工植被恢復時應慎重選擇喬木和灌木，優先選擇草本植物。