西北水资源问题与对策
程国栋
中国科学院兰州冰川冻土研究所
程国栋
冻土学、水文地质与工程地质学家。1943年7月11日出生。上海人。1965年毕业于北京地质学院水文地质与工程地质系，1986年获美寒区研究与工程实验室名誉研究员称号。中国科学院兰州冰川冻土研究所研究员、所长。国际冻土协会（IPA）主席。1993年当选为中国科学院院士（学部委员）。主要从事冻土学研究。
西北地区，包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆五省区及内蒙西部，在战略上是支撑我国21世纪的社会经济可持续发展的重要基地。为了实现国家可持续发展战略，开发该地区丰富的矿产和土地资源，缩小东西部发展的差距，发展少数民族经济，安定边疆，以及使西部一些地区尽快脱贫致富，都需要尽快开发和发展这一地区。目前国家已作出开发和发展西北地区的重大决策，加大了对该地区的投入。
西北地区总面积占全国国土面积的1／3，土地资源丰富，本地区具有较大的土地开发潜力，是全国宜农荒地资源分布较广的地区；加上本区光热资源异常充足，草场资源丰富；农业生产的农作物病虫害少，发展农牧业有很强后劲，是缓解我国粮食、肉类等农牧产品供需矛盾的希望。在当前土地资源日益耗竭的现实情况下，西北广大未开发和利用的土地资源成为我国 21世纪可持续发展的战略后备资源。
西北地区矿产资源种类多、储量大，在全国具有举足轻重的地位。此外，本地区具有绵长的国境线，居民仅占全国总人口的8％左右，而且还是许多兄弟民族长期安居乐业之处。这说明本区除了具有重大经济价值之外，还拥有国防、政治和社会等方面的重要意义。
开发和建设西北地区是我国国民建设的需要。实现全国人民生活水平奔小康，首先要减少东西差距扩大的趋势，只有建设好西部，西部奔小康，才能实现全民富裕的宏伟目标。
邹家华副总理在“国家计委加快西北经济发展战略座谈会”上指出：“西北地区发展最大的制约因素是水，当然还有其它制约因素，但是在西北地区，制约占第一位的是水，对经济发展影响很大。不把水的问题安排好，出了问题很难办。”国务委员、国家科委主任宋健也提出：“大西北水资源到底能容纳多少人。一方面祁连山的冰在融化，冰川积雪在减少；另一方面又要大发展，是否有个界限，这样才不至于将来大家都要搬家，形成新的楼兰。”
自80年代以来西北地区水资源就进入了十分紧张的状态，供需缺口越来越大，缺水城镇增加，工农业用水紧张，农、林、牧间用水矛盾与一条河流上、中、下游间用水矛盾日益尖锐，已经影响到中下游地区生态和社会经济发展，有些缺水地区经济发展受到严重的约束；另一方面水资源开发利用的前景面临着许多新的挑战，这是因为： ①淡水资源显得越来越少，不再成为廉价的资源，目前作为后期可取用的淡水几乎均已开发，或者在今后要进行开发的可引用水资源投资昂贵。②这里的人口仍在稳定地增长，随着我国经济向西部转移，势必带来工业、农业和生活需水及其它用水的成倍增加。③人类活动增加，越来越多的废物、废水，污染着有限的可引用水源，尤其是污染地下含水层，在西北地区将带来急剧减少和损失淡水资源的严重后果。④未来新修水利工程，或因投资较高和资金缺乏，或因社会和环境原因而将拖延实施，使本来存在的供需矛盾加剧。因此，面临21世纪的环境与发展的重大问题，归纳总结西北地区水资源研究成果，分析目前水资源开发利用的问题和潜力，提出全面统筹规划、合理安排，持续地利用西北干旱区可利用水资源，来缓解西北地区水资源危机十分必要。
一、西北水资源的特点
1．高山与盆地相间分布
西北地区高山环列，基本上形成高山与盆地相间的地貌单元。这种地貌格局使水资源在水文气象条件上，不仅存在水平地带性差异，还存在明显的垂直地带性差异。高山的存在能够截获较多的水汽。如天山西部年降水量最高可达900mm以上，并且发育有大面积的冰川和积雪。正是由于高山的存在，西北地区才有较多降水，发育了众多的河流，水资源相对丰富，为我国开发利用西部地区提供了有利的条件，并形成众多的绿洲。
（1）西北的内陆盆地与高山相间分布的地形，使所有发源于高山地区的河流都向盆地汇集，组成向心式水系。一些水量不大的小河在出山后不久即消失于沙漠与戈壁之中；一些水量较大的河流，在盆地的最低洼处储成内陆湖泊。这些内陆河的上游山区大都有冰川的调节，高山冰雪融水补给比重较大，径流量年际变化相对较小，保证率较高。径流在年内分配上，集中在夏秋季，与农作物需要水量最多季节基本一致，有利于农业生产的供水。
（2）西北地区盆地结构特别有利于地下水的储存，地下水资源比较丰富。一般来说，西北干旱区盆地的降水很少，对盆地地下水的形成和补给意义不大，但由四周注入盆地的河流，几万年几千年以来渗漏到地层下面积成地下海和地下湖，水量估计是相当可观的。据粗略计算塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地和河西走廊山前平原的地下天然资源约为314亿立方米。
（3）西北地区水资源的变化强烈受气候因素影响。西北地区气候条件对水文的影响主要体现在气温上。温度的情势不仅是蒸发的一个重要因素，影响着水分平衡的各个因素，而且山区的温度状况还直接影响着高山冰雪融水和季节积雪融水量的多寡。特别是一些发源于天山、昆仑山、祁连山等山地的河川径流，融水补给占有较大比重。因此山区流域内气温的高低和变化，会直接影响到河川径流量的变化。
2．共同的地貌纵剖面
西北地区每一个内陆河水系，由源头到尾闾都要流经山区、山前洪积、冲积倾斜平原，冲积或冲积湖积平原，沙漠等地貌单元。在岩相上则分别为：裂隙基岩，大孔隙洪积砾石，冲积中细砂和粉砂。从而使地下水埋深分布，在平原地区具有自山前向盆地中心逐渐由深变浅的规律。山区的河流多数是山区基岩裂隙水的排泄通道，因而山区的地下水在河流出山前几乎全部转化成地表水，经河道排到山外。河流进入山前平原后，地表水大量渗漏转化成地下水，然后地下水又在适当条件下以泉水的形式溢出地面，变为地表水，并成平原河流。即地表水－地下水－地表水的转化过程。西北地区平原地带分布着前山构造，因此可以使这样“渗入”、“溢出”的水资源转化过程重复多次。如甘肃河西走廊地区，由径流区到散失区要经过：中高山地区－山麓丘陵区－洪积扇群－细土平原－低山丘陵－洪积、冲积、湖积平原。
（1）地表水与地下水相互间的大量转化表明，西北地区山前平原现存的地表水、地下水、泉水等各种形式的水资源，在成因上有不可分割的内在联系。地下水资源补给来源，绝大部分是地表水的渗漏，而泉水则又是出露的地下水，二者基本上是出山口地表水的转化与重复，不是完全独立的水资源形式。如果不注意西北地区山前平原水资源存在的这种特殊情况，把地表水、地下水、泉水等作为互不相干的，完全独立的水资源形式，进行相加，就会过分夸大实有水资源数量，造成对西北水资源评价和利用上的混乱。西北地区这种地表水与地下水之间的大量转化与重复，有利于水资源重复引用，使利用率提到很高的水平。如转化条件较好的甘肃河西走廊石羊河流域，在合理开发利用地表水和地下水的情况下，流域总水资源的利用率可以达到75％左右。
（2）西北地区水资源的大量转化和重复，对各种形式的水资源的开发和利用有着深刻的影响和明显的制约。只要牵动转化中的一个环节，以下环节将随之发生变化，并影响到水资源的利用方式。如上游修建水库和高标准防渗渠道的施工，渠系利用率的提高，使地表水在洪积扇的渗漏量不断减少，将大大减少地表水转化为地下水的数量，随之使下游地区泉水的溢出量和溢出地点、平原河流的径流量及其以下地区地下水的补给量减少。又如在上游地区大规模开发利用地下水，降低地下水位，将导致下游地区的泉水及平原河流水量大幅度减少。
二、西北水资源问题
1．水量较少
（1）水资源现状
西北地区年径流量大约为1000亿m3，占全国的4％左右。人均占有量和耕地亩均占有量则更少（如表1、2）。河西走廊地区人均占有地表径流量为世界平均水平的15.2％，为全国平均水平的72.7％；石羊河流域分别为6.9％和32.8%；新疆分别为50.1％和23.9％；但乌鲁木齐市则只为6.0%和28.7%。耕地亩均占有年径流量，全国平均为1，886m3／亩，河西走廊为全国平均的39.4％，石羊河流域不及18.5％，新疆92.4%，昌吉州只有21.6％，内蒙西部阿拉善内流区年径流量只有0.24亿。
加上部分水资源盐碱度高，难以利用，使水资源可利用量更少，水资源数量贫乏。尤其是西部经济较发达地区，缺水的矛盾更加尖锐。
（2）未来变化趋势
由于气候变化和人类活动的影响，整个地区呈现干旱化的趋势。自20世纪以来，全球变暖，气温波动上升，以80年代和50年代相比，新疆升高0.59℃，青海升高0.31℃，超过全球同期增温0.24℃；80年代和60年代相比，青海升温0.47℃，甘肃升温0.28℃，蒸发和消融增强，显示西北是全球变暖中的敏感地区。与此同时引起水资源量产生了巨大变化，表现在以下几个方面：①冰川：高山固体水库减少，如乌鲁木齐河流域冰川面积从1964年的48.2km2减至1992年的40.9km2，损失15.1％；1号冰川物质平衡亏损，60年代为－53mm／a，80年代增至－346mm／a，而到1990/1991年增至－706mm/a。②河川径流：新疆60年代年径流量为805亿m3，80年代降为724.5亿m3。新疆北部和祁连山东段径流减少显著，新疆南部以冰川补给为主的径流量略有增加。③湖泊：大量湖泊萎缩以至干涸，青海湖1908～1957年间水位剧烈下降，平均每年下降17.2cm，显然经历了一个大的干旱期；1958～1990年平均水位每年下降7.4cm，相当于年净亏损水量3.25亿m3，其中人为用水因素只占27％。还有若干湖泊因水资源开发利用不当而干涸，如玛纳斯湖（50年代面积为550km2）、艾丁湖（50年代面积为12km2）、罗布泊（30年代面积为1，900km2）、西居延海（水面曾达560km2）等。④积雪：平原积雪，北疆稳定积雪区域1978～1987年10年间较1957～1987年的30年间冬季积雪量平均减少了13.6亿m3，高山积雪则略有增加。⑤地下水：若干地区地下水过量开采，如乌鲁木齐附近、甘肃民勤附近地下水开采量远大于补给量，地下水位下降数十米以至上百米（如乌鲁木齐猛进水库以北承压水埋深20年下降了70～110m）。随着未来气候继续变暖，预期2030年左右西北地区温度上升1℃左右，降水增减的不确定性较大，增加的可能性较大。人为用水因生产发展而大幅度增加，而冰川积雪、湖泊将进一步萎缩，山区许多固体水库的消失，河流水量不稳定性增加。以冰川融水补给为主的河流将经历初期流量增加，后期大幅度减少的过程。
（3）供需预测
如表3所示到2000年西北地区预测总缺水量为150亿m3，最大缺水将发生在农业生产上，这将给我国未来的农业建设带来极大的阻碍。
2．分布不均匀
西北干旱区水资源分布不均表现在两个方面：
（1）地域上：北多南少，西多东少。新疆水资源集中在较湿润的西北部，阿尔泰和伊犁地区的地表径流量占全疆的35.6％，而政治、经济、文化和工业中心乌鲁木齐市只有1.1％。吐哈盆地为新的石油基地，地表径流只有2.0％。面积约56万km2的塔里木盆地为近年来石油开发的热点地区，地表径流只占全疆的39％左右，而且还主要分布于盆地边缘。河西地区三流域，以东部石羊河流域水资源量最少。
（2）季节上：春旱、夏涝、秋缺、冬少。降水量季节分配的区域性变化较大，受西北环流和北冰洋气流输送水汽影响的北疆地区，降水多集中于春、夏季，秋季次之，冬季最少；受太平洋和印度洋季风环流输送水汽影响的甘肃地区，降水则主要集中于夏季，其次为春秋季，冬季降水量很少。南疆地区降水的季节分布和甘肃地区类似。除了阿尔泰和塔城等少数区域外，春旱是新疆最大的自然灾害，同时，夏季又经常有洪水泛滥。在河西走廊，4～6月份河道天然来水量只占19％～31%，而这段时期灌溉需水量则占全年的34％～45%，来水量满足不了目前条件下的农业灌溉需要，造成大面积农作物的大量减产。据统计在平水年份，河西地区由缺水而延迟灌溉，使受旱面积占播种面积的30％左右。这种状况影响和制约着西北地区的生态环境变化和社会经济的持续发展。
3．水资源严重浪费
西北水资源一方面很紧缺，另一方面浪费现象十分严重，大部分流域沿袭历史上多口引水的方式灌溉，水量浪费大。中游绿洲的平原水库和地下水位较高的地区，由蒸发造成的无效消耗的水量也不少。
（1）农村：农田毛灌定额大，超量引水，大水漫灌、串灌现象依然存在。北疆地区毛灌定额达1000～1500m3／亩，个别达2000m2／亩，造成水资源的大量损失。目前采用节水措施的农田面积不大，且多为常规节水方法，田间水利用率很低，渠系利用系数平均为0.3～0.45，加上渠管没有建立完整的引排水控制设施，排水出路不畅。当洪水来临，地下水位抬高次生盐渍化严重。石羊河河川径流引用率为73％，全流域净利用率为41%，一半以上水浪费掉；黑河流域河川径流引用率65％，净利用率仅31％，近2／3的水没有发挥作用。流引用率65％，净利用率
（2）城市：乌鲁木齐市人均日耗水量为89升／人·日；石河子为100升／人·日。自备井人均平均用水量为220升/人·日。由于自来水管理不严格和收费较低造成浪费十分严重。
（3）工业生产：工业生产上浪费水的现象也较普遍。工业生产综合万元产值需水量兰州地区为370吨，乌鲁木齐为707吨，西宁为1764吨，而东部青岛仅用97吨，体现西北工业生产耗水量较大。
4．水环境恶化
水环境恶化包括：土地荒漠化、土壤盐渍化和水体污染化。
（1）土壤荒漠化
中国沙漠化土地约为149万km2，占全国总面积15.5％，西北地区荒漠化土地则占荒漠化总土地的90％。
土地荒漠化正在逐渐蚕食人们赖以生存的绿洲，新疆90％以上的人口聚居在占总面积的4％的绿洲上，前景也不容乐观。在过去25年间，西北干旱区土地荒漠化约为15万km2，每年以0.2～0.3万km2速度增加，其主要原因在于浪费水资源和不合理开发利用水资源，如再不加大治理强度，后果将不堪设想。
（2）土壤次生盐渍化
西北干旱区由于水资源利用不当，土壤盐渍化面积约为3000多万亩，占全国盐渍化土地的1／3。新疆有1883万亩盐渍化土地，占总耕地面积的30.6％，而南疆为484万亩，占耕地总面积的48.8％。
（3）水体污染化
由于灌区回归水和城市、工业废水的排放，地表水、地下水污染严重。
塔里木河阿拉尔站近30年来矿化度逐渐上升。
1960年5～12月矿化度为0.33～1.28g／L；1965年洪水期为0.36～0.45g／L，枯水期为2.0～3.5g/L；1966～1977年为0.44～1.02g／L，枯水期为2.56～5.4g/L；到了1981～1984年矿化度变为0.4～4.0g／L；1988年最大矿化度超过7g/L。
乌鲁木齐市水磨河沿岸几家纺织、印染、皮革和化工厂排放的未处理的废水约为4×10m3／日。1985年乌鲁木齐市区污水为0.78×108m3，其中工业废水为0.53×103m3，有害物质为200多吨，而废水处理仅占总污水的32％，造成地下水污染面积超过400km3。
石羊河70年代中至90年代初，开采地下水量累计超过36.28×108m3，地下水位下降2～17m，绿洲内部形成面积达986km2的三个漏斗。下游民勤提取地下水4.5×108m3，地下水矿化度上升1～7g／L，使7.6万人和12.4万头牲畜饮水困难，37万亩耕地弃耕。由于水质恶化使西北地区地方病加剧，如青海北乐都居民饮用硫酸盐含量较高的水，得地方性腹泻；饮用含碘较低的自来水，得地方性甲状腺肿瘤。而宁夏固原地区由于水中含氟高，使氟骨病普遍存在。陕西延安、甘肃庆阳地区易得克山病和大骨节病就是由于本地水中含较高的腐殖酸和硒的含量过低。
三、可引水量和可用水量
可引水量系指流域内运用各种水利设施和手段引进渠道和管道的毛水量（包括重复引水水量）。由于在西北干旱区地表水与地下水之间有较大数量的转化，水资源可重复引用，因此，它可大大超过流域的水资源总量。如新疆乌鲁木齐河流域，水资源总量为6.431×108m3，而可引水量为8.478×108m3，是水资源总量的131.8％。河西石羊河流域的水资源总量为16.995×108m3，可引水量达到18.569×108m3，是总量的109.3％。
可用水量系指通过各种水利设施和手段输送到用水户的水量，在农业上为末级渠道引水量，在工业和生活上则为各用户的供水量。根据水量平衡原理，由于水资源在输送和循环过程中不可避免地要有蒸发损耗，能够利用的只是其中的部分，所以可用水量总是要小于水资源总量。如乌鲁木齐河流域可用水量为5.579×108m3，是总量的86，8％；而石羊河流域为12，875×108m3，是总量的75.7％。水资源最大可引量和可用量与流域水利化和水资源开发利用程度密切相关，渠系和田间水利用率越低，可引水量越大，可用水量越小。
四、对策
对于西北这样一个特定的地区要搞好水资源的合理开发利用需要做到：强化管理，科技兴水，增加投入。
1．强化管理
西北水资源管理工作滞后，至今仍大体上实行清朝雍正年间的“均水制”。从横向上看，本区域跨越新疆，内蒙，陕西，甘肃，宁夏等地区；从纵向上看，农业、水利、林业、环保、城建等部门分别管理农、林、牧、工矿业、城市用水。这种格局无法按流域实行科学的管理，所以必须改变现在管水体制，尽快成立按流域统一的，有权威的水利管理机构。健全各级灌区水管所（站），统一管理水利工程，协调用水，监督各用水户遵守水法、水规，按方收费，实行全流域强有力的统一的调度。只有这样才能克服目前水资源开发利用上的诸多弊端。这种按流域统一管理的体制可确保水资源合理、高效的开发与利用。
2．科技兴水
西北地区水资源合理开发利用是一项复杂的系统工程，必须依靠科技兴水，努力使科学技术与治理实践密切结合，加强典型示范，培训专门人才，重视适用技术的推广和新技术的应用研究，要在管理的全过程中贯穿科学技术的应用，把科技转化为生产力，真正做到科学管理。
依靠科技兴水，要做好四方面的工作即摸清家底、合理配置、高效利用、优化环境。
（1）摸清家底
一个地域空间总存在一个阈资源，对承载能力的大小起主导作用。湿润地区，水资源充沛，因而起主导作用的是土地资源和矿产资源。但在西北干旱区，水资源有限，而土地资源和矿产资源相当丰富，因而水资源就成为西北干旱区的阈资源，水资源的多少决定了其承载力的大小。所以在西北地区要使社会、经济持续发展必须搞清水资源的家底，了解水资源可利用量的多少，为此需要：
①预测在气候暖干化、冰川退缩的情况下，未来出山口径流的变化。②加强上、中、下游河道水量预报和估算，评价流域环境质量。③目前河西流域的现状用水情况大致清楚，但还有需进一步查明的问题，如甘蒙输水渠修建后，黑河地表水对地下水补给的影响问题仍需进一步研究，维系绿洲的生态用水量也待进一步查明。
（2）合理配置
①在摸清家底的基础上，应按照“以水定地、以水定人口、以水定发展规模”的原则，对西北干旱区内陆河流域的水资源进行合理配置。②按照流域是一个完整的地表水和地下水相互联系的生态系统的观点，科学地处理好上、中、下游用水关系；农、林、牧、生态与工矿、城市用水关系。地表水和地下水联合开采的关系，以求得社会效益、经济效益和生态效益的统一。③处理好节水和调水的关系。按照西北地区的实际情况，应以节水为主，适当调水，调水也应是在节水基础上的调水。从长远发展看，必要的跨流域调水工程是需要的，要在全流域规划的基础上，作好工程前期的可行性论证。④开展流域水资源多目标规划和管理的研究。
（3）高效利用
①西北地区必须建设高效节水型环境。无论是农、林、牧、工矿城市用水还是生态用水，都要从高效节水的观点出发去考虑问题，要像推广计划生育那样推行高效节水，在宣传、措施、技术、队伍上落到实处。②节流是目前缓解西北干旱区缺水矛盾的关键所在。一方面西北干旱区节流潜力很大，另一方面是既缺水，又因开发管理不善和技术条件落后，造成水资源大量浪费。目前西北地区水资源的利用率仍很低，一般情况下每方水仅生产0.2～0.5公斤粮食或0.1～0.8公斤生物生产量，若按目前在试验地的经济用水种植，不仅可大大节约用水，而且还可提高单位水的产值和产量。
引起灌溉水浪费主要为渠系渗漏和田间损失。渠系渗漏的原因有渠系工程不配套，灌区工程配套水平低，渠道防渗衬砌率低。目前渠系利用系数仅达0.30～0.55。即使在渠系利用较高的河西灌区，也是经过十多年努力由原来0.3提高到现今的0.55，若增加农田水利工程投入，以提高渠系利用系数入手，在农田灌溉上节约10％～15%的用水量是完全可能的。田间损失是由于农田灌水技术落后，土地不平整，耕作粗放，灌水不适时适量，管理水平低造成，因此从加强农田基本建设，平整土地，改大块灌为小块灌、改漫灌为畦灌等都是最简单有效的节水措施，节水也可以达10％～15%。只要在已建成的灌区中采取节水措施，就可以挖掘出很大潜力，如采用了喷、滴灌、渗灌和地膜覆盖耕作等新的节水灌溉技术，节水潜力更大。此外西部地区在工业、林业上节水潜力也很大。
（4）优化环境
①西北地区生态环境十分脆弱，而水资源的开发利用又对这种脆弱的生态环境有决定性的影响，“有水是绿洲，无水是沙漠，水多盐渍化”。所以在西北地区水资源开发利用上必须贯彻生态环境优先的原则，以求得生态效益和经济效益的统一。②生态环境的变化具有一定的调控性。人类在开发利用西北地区自然资源过程中，变自然生态系统为人工生态系统，使其向高效能方向发展。生态环境的变化又具有必然性。其中有些变化对人类有利，是追求的目标；有些变化对人类不利，需避免、防止。有些变化是可以避免的，有的则不可避免。片面强调保护，使生态系统回到低效能自然平衡中的想法是不切实际的；片面强调经济效益而严重破坏生态环境是不可取的。所以开展西北干旱区天然绿洲转化的有效途径的研究十分必要。
3．增加投入
要达到水资源的合理开发利用，投入是关键。
（1）西北地区水土资源开发潜力很大，应成为我国未来农业经济开发重点区域。水利是命脉，按照国家向中西部倾斜的政策，考虑到西北地区的长远发展，国家应在投入上对西北的水利建设有所加强。
（2）节水为主、适当调水是西北地区水资源合理开发利用的基本原则。但国家目前的政策导向不利于节水的提倡。1995年国家对农业增加投入35亿，其中30亿用于大中型水利工程，对小水利工程投入较少，而在节水方面投资更少，使西北水资源的经济效应未能充分发挥。建议国家在政策导向上采取鼓励节水的有效措施，促进西北地区开发和利用水资源新模式的尽快形成。
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发表于 2008-6-4 23:58
