张家口市“首都两区”建设中的水资源考量

宋亚新，刘军，刘宏伟，白耀楠，王玉杰

（1.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012；2.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170）

0 引言

水资源是人类社会生存和发展的物质基础，是经济社会发展的战略性资源（陆静超和赫然，2016）。水资源问题是涉及到包括人口、经济、社会与环境的一个复杂巨系统。水资源形成与演化及开发与可持续利用，不仅仅是指水资源在人类的代际间公平分配，同时还指当代人群之间、流域的上中下游之间和跨流域之间水资源的合理分配，以及区域社会经济、环境协调发展等（刘昌明和王红瑞，2003）。

张家口市地处河北省西北部，位于东经113°50′～116°30′，北纬39°30′～42°10′，总面积36800 km2。张家口市位于北京市上风上水处，与北京市同属一个自然生态系统，在保障首都水资源和生态环境安全方面发挥着不可替代的重要作用。作为首都水源涵养功能区，张家口市境内的永定河和潮白河两大水系分别补给官厅水库90%、密云水库60%以上水量，构成了北京市主要饮用水源地。张家口地区主要影响首都的水环境和大气环境，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态屏障，是首都生态圈的核心区域（图1）。

图1 张家口市地貌水系图

2017年1月，习近平总书记视察河北省张家口市时作出重要指示，强调张家口市要加强生态建设，树立生态优先意识，建成首都水源涵养功能区和生态环境支撑区（简称“首都两区”），探索一条经济欠发达地区生态兴市、生态强市的路子。2019年7月，国家发展改革委和河北省政府联合印发了《张家口首都水源涵养功能区和生态环境支撑区建设规划（2019—2035年）》，提出了张家口市“首都两区”建设总体要求、空间管控和重点任务，明确了规划实施的支持政策和保障措施。

2019—2020年，有色金属矿产地质调查中心在张家口地区实施了“河北张家口地区综合地质调查遥感、钻探、物探、土壤测量以及岩矿测试等”、“康保县幅水文地质钻探”等项目，本文在以往工作的基础上，结合作者近年在张家口地区野外工作认识，在梳理张家口水资源禀赋、水资源利用现状及存在问题的基础上，对张家口市“首都两区”建设中需要关注的几个水资源问题进行了探讨，相关结论可为张家口市“首都两区”建设提供参考。

1 水资源自然禀赋

张家口市降水量小、蒸发量大，外来水源匮乏。多年平均水资源量15.4 亿m3，人均水资源占有量347 m3，不足全国平均值的1/5，属于严重缺水地区。

1.1 大气降水

张家口市属寒温带大陆性气候，风多雨少、气候干燥，多年平均气温1.2～9.1 ℃，坝上地区多年平均降水量360～400 mm，坝下400～500 mm，多年平均蒸发量850～1200 mm，干旱指数2.0～2.5，无霜期90～130 天，“十年九旱”是张家口市典型的气候特征（张占贵，2014；韩雁等，2020）。据1981—2017年降雨资料统计（郝宏业，2020），近37年张家口平均降水量398.3 mm，总体趋于略增多，气候倾向率6.495 mm/10 a。

1.2 地表水资源

张家口市境内河流分属3个流域5个水系，即海河流域、内陆河流域、滦河流域，和永定河水系、潮白河水系、大清河水系以及内陆河水系、滦河水系。

永定河水系在张家口市流域面积为17924 km²，占张家口市总面积的48.7%，境内共有河流108条，其中洋河和桑干河是其主要支流，横贯全市东西，这两条河流不仅是张家口市的主要水源地，而且是张家口市经济发展和城镇建设的命脉；永定河径流量占官厅水库入水量的90%，是首都水资源的主要来源地。潮白河水系流域面积 5763 km2，占全市总面积的 15.6 %，主要由白河和黑河两条支流组成，共有河流29条，白河、黑河由北向南平行贯穿赤城县，在延庆县境内汇合后流入北京市密云水库。大清河为北拒马河上游，流经蔚县境内的东南山区和涿鹿县境内的赵家蓬，流入河北省保定市，流域面积有1159 km2，占全市面积的3.1%。滦河水系主要为闪电河，发源于承德市丰宁县，流经沽源县东部，由南向北流入内蒙古自治区，流域面积有971 km2，占全市总面积的2.6%。内陆河水系分布在坝上，主要由季节性河流和淖泊湿地等组成，流域面积为11021 km2，全市总面积的29.9%（刘一江，2020）。

根据2009—2019年河北省水资源公报资料统计，近年来张家口市平均地表水资源总量为5.80亿m3，年度变幅较大（图2）。

图2 2009—2019年张家口市地表水资源总量

1.3 地下水资源

受气候、大地构造、地貌单元等因素控制，张家口市水文地质条件南北部具有较大差异，区内水文地质特征具有典型的坝上高原和坝下山间盆地特点。

坝上地区降雨稀少，气候干燥，年平均降雨量360～400 mm，潮湿系数0.17～0.27，大气降水对地下水补给极为不利，加之该区位于内蒙古地轴和内蒙华力西晚期褶皱带上，处于缓慢上升阶段，第四系沉积厚度小，地下水储存条件差，地下水资源贫弱。坝下地区较坝上地区降水丰沛，年平均降水量400～500 mm，潮湿系数0.33～0.41。坝下地区位于燕山台褶带和山西断隆之上，断裂构造发育，盆缘山地和盆中平原差异性升降强烈，山区岩层破碎，盆地第四系沉积厚度巨大，为地下水提供了良好的储存空间，地下水资源较为丰富。

根据张家口市第二次水资源评价结果（刘一江，2020），张家口市1980—2013年平均地下水资源量为11.91亿 m3（表1）。根据河北省水资源公报，2019年张家口市地下水资源量12.07亿 m3。

表1 张家口市分行政区地下水资源量表

2 水资源利用现状及存在的问题

2.1 张家口市水资源利用现状

张家口市水资源公报数据显示（刘一江，2020），2017年全市总供水量为9.05亿 m3，其中地表水、地下水及其他水源供水量分别为2.35、6.50和0.20亿 m3，供水来源以地下水为主，占总供水量的72%左右。全市总用水量9.05亿 m3，农田灌溉、林牧畜渔、工业用水、城镇公共、居民生活及生态环境用水量分别为 6.11、0.60、0.87、0.18、1.13、0.16亿m3，用水量以农田灌溉用水为主，占67%左右。

2005—2017年张家口市供用水量变化呈现逐年下降趋势（表2），供水量从2005年的10.89亿 m3下降到2017年的9.05亿 m3，减少16.90%。地下水源供水量占总供水量的比重较大且呈上升趋势，从2005年占总供水量的66%上升到2017年的72%左右；地表水源供水量占总供水量第二位，供水比重呈下降趋势，其占总共水量的比重从2005年32%下降到2017年的25%左右；其他水源供水量在总供水量中的比重较小，近年来呈上升趋势但幅度较小，从占总供水量的1%上涨到2%左右。在用水量方面，整体呈下降趋势，农田灌溉用水量占全市总用水量的比重最大，呈现先升后降的趋势，从2005年的70.5%上升到2010年的72.2%再下降到2017年的67.6%左右；工业用水排用水量第二位，整体呈下降趋势，其占总用水量的比重从2007年的15.8%下降到2017年的9.7%左右；居民生活用水量近年来显著上升，其占总用水量的比重从2005年的8%上升到了2017年的12.5%；林牧畜渔用水量占总用水量的比重基本稳定，保持在6%左右；城市公共用水量和生态环境用水量都有小幅提升，占全市总用水量的比重从不到1%上升到2%左右。

表2 张家口市2005—2017年供水量情况

2.2 张家口市水资源利用存在的问题

2.2.1 水资源短缺日益严重

近年来，张家口市水资源短缺形势越来越严重，入境和出境水量呈大幅减少趋势。据统计（张克阳和李春光，2010），张家口市永定河水系上游山西和内蒙古入境水量20世纪50年代曾达11亿m3，20世纪80—90年代明显减少，不足3亿m3，2000年以来不足1亿m3、最少年份不足0.3亿m3。而流入官厅水库的水量由20世纪50年代的20多亿m3减少到2010年的不足3亿m3。潮白河水系多年平均出境水量，也由过去正常年份的2亿m3左右减少到2010年的1.5亿m3左右。此外境内地表水资源量也呈现普遍减少趋势。张家口市境内的主要河流除赤城境内的黑河、白河未出现断流现象外，其他河流出现断流的天数在逐渐增加。各条主要河流的年径流量也呈减少趋势。水资源短缺状况日益严峻，给张家口市工农业和国民经济的发展带来了很大的压力。

近几十年来，随着气候变化和社会经济用水量的不断增加，张家口地区水资源量持续减少。通过对张家口市长期水文站序列资料分析发现，地表水资源量由上世纪50年代的24.1亿m3，降到2017年的5.92亿m3（刘一江，2020）。

2.2.2 地下水超采

由表2可以看出，张家口市近年面临着供水结构失衡、地下水源供水量比重过大的问题，进而导致部分地区地下水存在超采情况。2017年张家口市地下水开采量为6.51亿m3，地下水可开采量为6.48亿m3，地下水开采量与可开采量总体持平，但坝上地区地下水超采0.48亿m3，局部地区存在地下水超采问题。根据2001—2017年地下水位埋深资料（张晓烨和方彦舒，2018），坝上地区平均地下水位区间在5～10 m，总体呈下降趋势；坝下地区蔚阳盆地、涿鹿盆地埋深较为稳定，张宣盆地平均地下水位埋深区间在9～18 m，地下水位逐年下降。由于过量开采地下水，全市部分河道河段出现断流现象，坝上地区湿地萎缩严重，其中面积1 km2以上的24个淖泊已经干涸20个。坝上地区地下水超采主要原因为大量开凿农业地下取水井，发展水浇地种植，据统计，2011—2017年间坝上地区新打机井90%以上属于农业灌溉机井。

坝下地区地下水位持续下降区域主要为张宣盆地，主要原因为该区域的张家口市区、宣化区、万全区和怀安县，是张家口市的政治、社会、经济和文化中心，生活、工业和农业需水量较大，水资源开发利用程度较高；同时该区域供水十分依赖开采地下水，2017年生活用水全部、工业用水量的84.2%、农业用水量的64.1%、总用水量的74.6%通过开采地下水来满足（张晓烨和方彦舒，2018）。

2.2.3 地表水污染

地表水（特别是河流）是张家口地区工业废水、生活废水的主要排泄通道。20世纪90年代末期，由于河流流量逐年减少，污水排放不达标，致使河流水质日益恶化，1997年官厅水库上游不得不停止向北京供水，严重威胁了首都北京的供水安全。据1999年统计资料，仅官厅水库上游地区污水排放量为12072.5万t，其中工业废水7844.8万t，生活污水4227.7万t。大量污水排放致使桑干河主要河段水质为III～IV类；洋河除东洋河河段水质为II类外，其他河段污染严重；从张家口市区清水河站到洋河响水铺站52 km河长范围内，水质为劣V类，官厅水库水质为IV～V类，主要污染指标为COD和NH3-N等（陈伟，2004）。1997至2009年水体趋于轻度污染并保持在稳定状态，但污染因子仍有超标情况，主要污染物包括氨氮、石油类、高锰酸盐指数、BOD5，重金属Cd和Cr6+对流域水质的影响也较大（庞博等，2013）。近年来，张家口市主要河流水质总体趋好，但部分区段在部分时段仍存在水质超标现象（表3）。由此可见，地表水污染仍是张家口市“首都两区”建设中需要认真解决的一个重要问题。

表3 张家口市2021年1—5月主要河流断面水质状况

2.2.4 地下水污染

地下水污染主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。由于地表以下地层复杂，地下水流动极其缓慢，因此，地下水污染具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。地下水一旦受到污染，即使彻底消除其污染源，也需十几年，甚至几十年才能使水质复原。

对2000年9月张家口市全域111口监测井水质进行分析（张振莲，2009），各县地下水均存在污染物超标现象，超标物大部分是氨氮、硝酸盐氮、以及亚硝酸盐，这些污染物与农业施肥以及井口环境卫生关系密切；氟、铁、矿化度超标主要与地质背景相关，坝上沽源县60%、康保县40%、张北县33.3%的井水以及坝下阳原县50%井水氟化物超标，有“高氟县”之称。

2012年，张家口市受人类活动影响的地下水污染面积达23072 km2，其中轻度污染面积为5712 km2，主要分布在阳原、怀安、万全和宣化等地区；重度污染面积为17360 km2，主要分布在宣化、尚义、张北、康保和阳原等地区。超标项目依次为：亚硝酸盐氮、铁、氨氮、硝酸盐氮、氟化物。超标倍数最高的是阳原县的亚硝酸盐氮，超标17.8倍，其次是尚义县的铁，超标8.4倍（刘娟等，2014）。

张家口市内陆平原区1990年以前水质类型均为HCO3型水（苏伟杰，2017），21世纪初水质监测资料显示，大部分地区水质变化不大，在沽源平原等少数地区，由于开采水质较好的第三系地下水进行农业灌溉，使浅层地下水水质得到好转。在一些区域，由于自然环境的影响，加上部分人环境保护意识不强，致使生产、生活污水无序排放，加上农业上农药、化肥无节制使用，部分地段出现地下水质恶化现象。如在尚义出现了Cl·NO3型水，康保出现了SO4·HCO3·Cl型水，沽源出现了NO3·HCO3·Cl型水。2019年作者在张家口市北部七号幅地区采集水质样品26件，对其中25件样品进行了地下水水质全分析。结果显示七号幅地区地下水水质类型较为复杂，共出现10种类型，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。

由此可见，张家口市部分地区地下水污染有减缓趋势，但部分地区污染情况仍不容忽视。

3 “首都两区”建设中需要关注的几个水资源问题

3.1 “首都两区”建设宜充分考虑张家口市水资源空间分布的差异性

阴山山脉横贯张家口市中部，将张家口市划分为坝上、坝下两个自然区域。两个区域不仅在地貌上存在差异，在降水、地表水、地下水方面也存在明显差别。“首都两区”建设宜充分考虑张家口市水资源的空间差异，做到合理规划。

坝上地区降雨稀少，气候干燥。地表水系不发育，大部分地区为内陆河流域，河流短小，皆汇入当地洼地淖泊。仅有少部分地区属永定河流域和滦河流域。区域地下水补给、储存条件差，地下水资源贫弱。受坝上地区水资源匮乏以及阴山山脉大马群山分水岭阻挡影响，无论是地表水还是地下水都难以完成向首都北京输水。而该区生态环境脆弱，土地沙化严重，是北京最直接的风沙源，因此坝上地区应以生态支撑区建设为主，弱化水源涵养区建设。

坝下地区较坝上地区降水丰沛，地下水资源也相对丰富。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条，水资源丰富，入官厅水库水量的90%、入密云水库水量的60%来源于张家口市坝下地区。因此张家口市“首都两区”建设中坝下地区宜以水源涵养区建设为主。

3.2 统筹好张家口市自身发展用水和“首都两区”用水问题

张家口市“首都两区”建设要处理好水资源合理分配问题，既要保证首都水源涵养和生态环境支撑用水又要考虑张家口市自身发展用水，而首先要保证首都水源涵养和生态环境支撑用水。

“首都两区”建设是在“京津冀协同发展”的基本框架下进行的，实行的是区域整体协同发展，区域整体定位体现了三省市“一盘棋”的思想，突出了功能互补、错位发展、相辅相成。这就要求张家口市坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则要求，统筹好张家口市自身发展用水和“首都两区”用水问题。把水资源作为前置刚性约束条件，优先保证首都水源涵养区和生态环境支撑区建设，合理规划人口、城市和产业发展，坚决抑制不合理用水需求，通过各种方法和手段来进行水资源管理，推动用水方式由粗放向节约集约转变。

3.3 坝上首都生态支撑区建设中人工植被的选择与配置要充分考虑地区水资源条件

坝上地区水资源匮乏，土地沙化严重，生态环境脆弱，是张家口市首都生态支撑区建设的主战场。增绿工程通常是生态支撑区建设的主要技术手段，而人工植被的选择与配置是增绿工程成功与否的关键环节。植被作为影响土壤水分状况最活跃、最积极的因素，一方面对土壤水分具有积极正面的影响，如涵蓄降水、控制水土流失等水文调节功能，另一方面其生长也需要蒸腾消耗水分。植被对土壤水分的影响，主要取决于其类型、结构与生长状况（徐炳成等，2003）。因此，坝上地区在开展生态支撑区建设中，应充分分析不同植物的耗水特点和评估植被建设对土壤水分状况的影响，合理利用土壤水资源，合理选择和优化配置植被。

调查显示（刘建婷和党磊，2018），目前柠条是坝上地区主要造林树种，康保、沽源、张北和尚义4县柠条种植总面积73660 hm2，其中康保县最多，占总面积的51.6%；同时显示，坝上地区人工林多，天然林少，主要栽植于退耕还林地，主要为带状和块状造林模式，中幼龄居多，近熟林和成熟林少。

已有研究（徐炳成等，2003；程积民等，2005；梁海斌，2014；莫保儒等，2014；梁海斌等，2018）发现，半干旱区柠条种植不同程度地引起了土壤含水量亏缺以及土壤干燥化（干层）现象，而且随着林龄的增加，土壤干燥化强度加强，部分影响深度可达600 cm（梁海斌等，2018），究其原因，在干旱季节里，植物为了避免干旱胁迫，会加速根系生长，以增加对深层土壤水分的吸收，缓解降雨量不足的影响。在半干旱黄土区干层土壤水分要恢复正常，时间需十几年以上（程积民等，2005）。柠条林土壤干燥化的研究在张家口地区还少见报道，但由于与西北黄土区同为半干旱区，气候特征相似，土壤干燥化的现象不容忽视。

此外，对灌木沙棘和柠条的水量平衡的长期监测发现，灌木林下2 m土层常年处于水分亏缺状态，若按田间持水量计算，亏缺量>200 mm的年份占50%（徐炳成等，2003）。总体来说，乔木类植物易导致土壤干旱，灌木类次之，草地和裸地的危险性最小。贺翔宇等（2015）在张家口市北部内蒙古化德县七号镇，开展了不同配置方式林草地对土壤表层含水量的影响研究，发现半干旱区乔、灌、草地的土壤表层（30 cm）含水量由大到小的顺序为草地、灌木林地、乔木林地。而自然草地土壤表层含水量略高于人工草地和耕地。由此可见，坝上首都生态支撑区建设中应优先选择草本植物，慎重选择乔木和灌木。坝上地区历史上“广阔的草原”（聂浩刚等，2004）和2013年“三北”防护林张北段20万亩杨树濒临死亡事件值得我们深入思考。

4 结论

（1）张家口市降水量小、蒸发量大，外来水源匮乏，多年平均水资源量15.4亿m3，人均水资源占有量347 m3，属于严重缺水地区。目前张家口市水资源供需基本平衡，总供水量中地下水源供水量占比最大，在72%左右；总用水量中农田灌溉用水所占比重最大，在67%左右。

（2）近几十年来，尤其是近年来受气候变化以及水资源不合理开发利用等多重因素叠加影响，张家口市水资源量持续减少，地下水超采、地表水和地下水污染等水资源问题仍然存在。

（3）“首都两区”建设宜充分考虑张家口市水资源空间分布的差异性，科学规划。水资源相对丰富且能直接对首都供水的坝下地区以水源涵养区建设为主；水资源匮乏、自然环境脆弱、不能直接向首都北京供水的坝上地区应以生态支撑区建设为主。

（4）坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则要求，统筹好张家口市自身发展用水和“首都两区”用水问题。把水资源作为前置刚性约束条件，优先保证首都水源涵养区和生态环境支撑区建设，合理规划人口、城市和产业发展，坚决抑制不合理用水需求，通过各种方法和手段来进行水资源管理，推动用水方式由粗放向节约集约转变。

（5）坝上首都生态支撑区建设中人工植被的选择与配置要充分考虑地区水资源条件。坝上地区降水稀少，水资源匮乏，人工植被恢复时应慎重选择乔木和灌木，优先选择草本植物。