基于多因素分析的水资源生态环境影响研究

来源:用户上传      作者:林港特 朱玲珑 杨现坤

　　摘要：伴随经济快速发展，人为影响下水资源生态环境不断恶化，探讨水资源生态环境恶化对洪灾的影响具有现实性意义。本文结合洪灾高频次、中水量、高水位及空间差异显著的时空特征，通过对人为影响导致的水资源生态环境破坏的客观分析，并对当前防洪和水资源保护的主要措施及存在的问题进行分析，提出改进建议，为可持续发展、防灾、减灾工作提供指导。
　　关键词：洪灾特征;人类活动;生态破坏;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
　　我国季风气候显著，河流众多，夏季易受洪灾威胁，1992-1998年间，仅大型洪灾就发生了52次，长江中东部、黄河流域的灾情更为严重，当前就人为破环生态环境使得洪灾频发方面的探索不够完善，本文将从生态环境变化对洪灾的复合影响的角度，对洪灾发生的特征、成因、措施等方面进行综述，对当前防洪和水资源保护的主要措施及存在的问题进行分析，并提出改进建议。
　　2 洪灾发生的特征分析
　　2.1 高频次、短周期
　　自公元前185年-1911年的2 096年间，长江中下游大洪灾214次，然而，在20世纪的仅100年间发生的大洪灾30次，其中仅90年代发生大洪灾就有7次[1]。新疆内陆流域也是如此，随着全球气候变暖，该地冰雪洪水和冰雪暴雨混合洪水引发的洪灾明显增多，1956-1987年的31年间，大洪灾就达到了29次，而1987-2000年的短短14年间更是有大洪灾27次，其中特大洪灾21次。
　　2.2 中水量、高水位、大灾害
　　1998年湖北省洪水发生期（5-8月）的总降水量（5 816mm）远小于1954年（5～8月）的总降水量（6 649mm），体现出中水量的特征。然而，在此特征下，却出现螺山和城陵矶控制站水位高出1954年1.78m和1.39m，并达到历史最高值的状况。鄱阳湖湖口站最高水位更是达到22.59m，比历史最高水位（21.80m）还高出0.79m。
　　2.3 空间分异显著
　　由图1可知，1978～2013年间，受洪面积位居榜首的省份主要位于我国中部和东部地区，体现出洪灾分布东西差异显著的特征。洪灾严重的省份（黑龙江、河南、湖北、江苏等）既是大江大河冲积平原地区，也是当时经济活动活跃、生态破坏典型的地区，而新疆、青藏高原等地洪灾也相对较少。洪灾空间分布上的差异，实际是人為生态破坏程度空间差异的体现。可见除气候等因素外，诸如城市用地扩张、湿地开垦、森林资源无序开采等经济建设活动带来的生态环境破坏也是加剧洪灾发生的重要原因。
　　3 水资源生态环境的破坏行为与洪灾
　　3.1 森林资源破坏对洪灾的影响
　　森林腐殖质层及土壤具有强大的蓄洪能力，一定程度上能降低洪水期河流水位;根系能固结土壤，减少水土流失，进而减缓河湖床泥沙沉积;20世纪50年代至改革开放初期，由于部分原因，全国森林总覆盖率大大降低。以四川为例，1980年森林覆盖率降低至12%，对森林的破坏使得其作用于河湖的机制受限，加剧了洪灾发生。
　　3.2 湿地资源退化对洪灾的影响
　　湿地能贮存汇流水源，减少入河流量，每公顷的沼泽湿地蓄水量可达到8 100m3;同时可调节入河径流的水量与流速，减少洪峰发生次数，1954～2000年间，位于挠力河上游宝清与下游菜咀子水文站之间大面积的沼泽与草甸，有效地降低汇流速度、贮存部分径流，使得该时期有26年湿地下游的菜咀子水文站洪峰流量明显小于宝清水文站[4]。
　　然而，围湖造田、不合理的河湖开发和管理不善使得湿地面积萎缩，导致湿地蓄水量锐减。70年代以后，吉林省洮儿河中下游月亮泡一带和霍林河中下游、黑龙江省的哈拉海甸子以及乌裕尔河中下游，苇塘变成旱塘、湿地面积减少13.33万hm2，与图1中黑龙江省平均每5年发生受灾情况有一定相关性。
　　3.3 城市化对水资源循环的影响 　　自20世纪50年代后，我国城市化率不断提高，特别在90年代后进入快速发展阶段，原先良性的生态地不断地被建筑物和不透水面取代，生态系统遭受破坏。在洪灾上具体机制如下：
　　（1）不透水层的增加使得地表径流量增多、下渗量减少、汇流速度加快，从中小城市集水状况的研究中发现，当地面不透水层为12%时，平均洪水流量为17.8m3/s，汇流时间为3.5h;当不透水层增加28%时，平均洪水流量增大40m3/s，汇流时间减少3.1h。
　　（2）湖泊、池塘、农田等蓄水体转变为建筑用地，城市内涝频发，多地区城市化进程中，多水塘系统已减少过半，与该时期南方洪涝灾情加大密切相关。
　　3.4 其他资源破坏对洪灾的影响
　　（1）草地资源破坏：由1997年长江源生态考察结果可知，长江源区约有50%-60%面积的草地受到破坏，导致土壤的容水量降低，河流的洪量、洪峰都有明显增多的趋势。
　　（2）水土资源流失：乱砍滥伐、矿山开采、陡坡开垦等不合理行为，使得水土流失面积扩大。单从长江流域来看，20世纪50年代，水土流失面积为36.3万km2，90年代增加到61.3万km2，占流域总面积34%，造成鄱阳湖和洞庭湖蓄洪量减少，河湖调节能力降低，加剧了淮海平原洪灾发生。
　　4 防洪中存在水资源保护问题及相应对策
　　4.1 森林资源恢复
　　三北防护林、沿海防护林、长江中上游防护林、平原绿化四大工程不断推进，改善了生态安全格局，但大兴安岭林区，林种结构单一，易引起如松毛虫大爆发等病虫害;同时由于缺乏对植被地域分异规律认知，在塔克拉玛干、腾格里及科尔沁等干旱与半干旱地区种植大面积纯林，加剧了该地水资源短缺。应先充分考虑林地结构，注重乔、灌、草三者充分结合，利用遥感动态观测等技术监测林木状态，减缓林木退化。
　　4.2 湿地资源修复
　　（1）1978～2008年，我国人工湿地面积增加了约122%，湿地减少速度由5 523km2/a下降到831km2/a，但人工湿地建设缺乏针对性的地域规划和科学理论指导，且植被以观赏为主，蓄洪能力有限;可借鉴国外先进经验，在低位沼泽修复上，可参考西班牙Donana国家公园，设置水泵补偿减少的地下水流，恢复高地下水位;在浅湖湿地修复中，学习瑞典提高水平面、降低湖底面的方法，增加湖泊的深度和广度。在河流修复中，采用英国、德国等疏浚河道，让河漫滩再自然化的方法，使湿地恢复生态功能，发挥更大的防洪效益。
　　（2）河道改造是湿地修复的重要内容。出于防洪目的，对河道进行裁弯取直和硬化，一定时段内有助于防洪建设。1967年至1972年間，对荆江两河段进行了裁弯取直，使得河段泄洪量增加了约5 000m3/s，但长期而言河流改造的弊端日益凸显，如荆江裁弯取直使得城漯河段淤积加重、城陵矶水位抬高。不合理的河道硬化则使得河流多孔质化消失、不透水面增加、与外界联系减弱，泄洪能力受限。
　　对此，应加强河系间的联合调度，使得河流形成网状结构，实现水体互通与一体化，借鉴新加坡“ABC水源计划”和日本“创造多自然型河川计划”，利用天然材料修建河堤、“放任自流”，恢复河流植被，起到良好的防洪、滞洪、分洪作用。
　　4.3 城市水资源管理与防洪
　　（1）部分地区排水管网建设规划不合理、城市化速度远快于设施更新，雨洪期水量大、来水急的情况下，排水效率较低，防洪泄涝能力受限，应重视城市排洪体系的建设，科学选址规划，借助遥感、GIS与管道探测器等对排水系统进行动态管理，加强老城区排水管网的定期维护。
　　（2）海绵城市能实现城市防洪与水资源利用。截至2016年，已有30个试点城市，生态效益显著，但受技术资金限制，绝大部分中小城市并未落实，为发挥海绵城市排洪蓄洪功能，应提升城市与周边湖泊湿地等蓄水体联系，设置通洪空间、减少城市内涝。
　　4.4 洪水风险管理
　　堤坝工程具备拦洪滞流、泥沙调控等功能，而数量庞大的小型水坝，在应对大洪灾时却易溃堤。据统计，1954-2007年全国共溃坝3 503座，其中小型水坝3 375座，占溃坝总数的96%。大型堤防虽抗洪较强，但易引发地震、淹没动植物栖息地。此外，应用于堤坝工程的各类洪水调度模型，其数据主要来源于水文气象预报信息，其中有着许多复杂因子，易导致预估结果不理想;应加强对堤防工程的定期排查、维修加固，保持堤防工程的生态健康，做好对气象、水文的信息采集和监测，提高洪水预警质量。
　　4.5 洪水资源化
　　洪水具有双重利害性，可转化更新为内陆水，缓解水资源紧缺，蓄滞洪区建设与河系联合调度，可实现汛期洪水资源化，包括干流引水、流域调水、丰水枯用。如塔里木河流域，在干流上设置各类引水口百余个，每年耗水量为21亿m3，占干流来水量45.65%。通过建成的76座水库对下游及农田补给，在集中来水期对尾闾进行集中输水，既分洪滞流又缓解当地季节性缺水问题。生态脆弱地区应结合水库建设的综合评价，充分考虑洪水与人类“和谐共生”，对洪水进行有计划的分流引用。
　　4.6 国家政策
　　我国制定了《水法》《防洪法》等法律法规，推进和约束了人工干预下防洪治洪的措施，促进了湿地生态环境的修复，减轻了洪灾危害，但仍存在政策与资金配置不够合理、科学性欠缺等问题;因生态环境对洪水反应具有时滞效应，应因地制宜、科学评估与修正。
　　5 结语
　　中小型河流的防洪标准普遍较低，对洪水淹没范围划定、城市范围划定和统计年限等指标还存在争议，应综合城市防洪体系现状，利用现状水平年的资料对防洪标准进行再建设;由于洪灾高发区多分布在贫困地区，地方财政和社会救助仍是洪灾后期救助和生态恢复工作的主要来源，健全灾害保险机制;在水资源保护、防洪治洪的过程中，应该总结历史经验，在措施施行中应结合实际情况，反复进行科学评估与修正，确保防洪、治洪措施落实到位，抵御和减少洪灾，保持水资源可持续发展。
　　参考文献
　　[1]樊宝敏，董源，张钧成，等.中国历史上森林破坏对水旱灾害的影响——试论森林的气候和水效应[j].林业科学，2003，39（03）：136-142.
　　[2]李建柱，冯平.紫荆关流域下垫面变化对洪水的影响[j].地理研究，2011，30（05）：921-930.
　　[3]向立云，魏智敏.洪水资源化——概念、途径与策略[j].水利发展研究，2005（07）：24-29.
　　[4]陈亚宁，崔旺诚，等.塔里木河的水资源利用与生态保护[j].地理学报，2003，58（02）：215-222.
　　收稿日期：2020-06-01
　　基金项目：国家自然科学基金项目（41871017）资助。
　　作者简介：林港特（1998-），男，汉族，在读本科生，研究方向为水资源管理，水文遥感。
　　通迅作者：杨现坤（1981-），男，汉族，博士，副教授，研究方向为水文水资源遥感。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15293838.htm