湖北省汉江流域水利高质量发展路径与对策研究

余之光,宋雅静,王 伟,常景坤

(1.湖北省水利水电规划勘测设计院有限公司,湖北 武汉 430070; 2.长江科学院 水资源综合利用研究所,湖北 武汉 430010)

0 引 言

汉江流域是推进长江经济带发展和共建“一带一路”的重要区域,是构建国内国际双循环新发展格局的重要支撑。流域水资源、水生态、水环境、水灾害问题复杂、涉及面广、边界条件多,流域内外、上下游、左右岸、干支流等关系错综复杂,尤其是南水北调中线一期工程通水以来,汉江中下游水文情势、水资源供需关系、水生态水环境状况发生了重大变化,是国内外学者研究的热点之一。在水资源问题研究方面,曾凌等[1]指出南水北调中线工程运行后汉江中下游水量较以往显著减少,黄家港站水量减少幅度达31.8%;张怡雅等[2]指出调水后汉江中下游区典型站年径流量和年水位均较调水前呈下降趋势;常福宣等[3]认为调水对特枯年份汉江中下游供水风险的影响较大。在水生态问题研究方面,尹炜等[4]认为汉江中下游生态复苏面临硅藻水华频发、鱼类资源萎缩和外来物种入侵三大主要水生态问题;娄保锋[5]指出汉江中下游兴隆水库至汉江江段水生态环境已严重受损;粟一帆等[6]研究表明汉江中下游河流生态健康状况逐年恶化。在水环境问题研究方面,王珍等[7]指出汉江中下游水体重金属含量总体呈上升趋势,支流竹皮河的水体重金属污染问题突出;张强等[8]研究表明汉江中下游干流河道氨氮的水环境容量已接近负荷阈值;吴瑕[9]指出南水北调中线工程实施后,汉江中下游多年平均COD容量减小了10.1万t/a。目前,对湖北省汉江流域水安全问题研究主要集中在水资源、水生态、水环境研究等方面,还缺乏对湖北省汉江流域的通盘考虑和系统思考。2023年全国两会上,围绕构建汉江经济带高质量发展大走廊,周先旺等提出“统筹流域治理、统筹资源整合、统筹产业布局、统筹文化融合”等意见建议。本文从历史维度将1949年以来湖北省汉江流域治水兴水历史划分为3个阶段,并剖析了各阶段主要矛盾和特征,从现实维度梳理总结了当前湖北省汉江流域水安全存在的问题与挑战,从系统维度提出了湖北省汉江流域水利高质量发展路径与对策。研究成果对统筹解决湖北省汉江流域水资源、水生态、水环境、水灾害问题具有一定指导和启发作用。

1 流域概况

汉江是长江中游最大支流,干流流经陕西、湖北两省,于武汉汇入长江。汉江流域面积15.9万km2,湖北省境内6.29万km2。汉江干流全长1 577 km,湖北省境内864 km。汉江流域涵盖湖北省10个市(林区)的38个县(市、区),国土面积、总人口、耕地和GDP分别占全省的33.5%,29.1%,22.4%,30.8%,是支撑和引领湖北省高质量发展的重点区域。湖北省汉江流域位置详见图1。

图1 湖北省汉江流域范围示意Fig.1 Schematic diagram of Hanjiang River Basin in Hubei Province

2 流域治水历史回顾

丹江口水库建成后,湖北省汉江流域迎来半个世纪的水利基础设施建设蓬勃发展阶段,水治理体系与治理能力现代化建设持续推进,流域水安全保障能力得到显著提升,汉江高等级航道优势逐步显现[10],为流域经济社会发展提供了坚实支撑和保障。根据1949年以来流域治水主要矛盾变化、阶段特征以及重大水利工程建设情况等,将汉江流域治水历史划分为3个阶段,详见表1。由于南水北调中线一期通水不到10 a,汉江梯级开发还未完建,第三阶段主要问题还暴露不充分不彻底,第三阶段末期暂定为2035年。

表1 湖北省汉江流域治水历史阶段划分

3 流域水安全存在的问题与挑战

经过多年持续系统治理,湖北省汉江流域基本形成综合防洪减灾、水资源综合配置、大中型农田灌排、梯级航运综合开发等四大体系(表2),水安全形势明显改善,水资源高效利用,粮食安全基础牢固,航运效益显著。由于大规模开发建设、气候条件和水文形势变化、跨流域调水工程实施,以及经济社会高速发展带来的人口产业、资源要素加速集聚和下垫面条件变化等综合影响,湖北汉江流域呈现出老新水问题并存、相互交织的新局面。

表2 湖北省汉江流域四大体系特征

3.1 水生态与水环境问题

水生态与水环境问题成为制约流域高质量发展的关键。近20多年来,受上游天然径流减少明显、水资源开发利用程度较高、生态治理措施不足、流域排污总量递增等多重因素叠加影响,汉江流域水生态、水环境问题多发频发,影响已超预期。

(1) 水环境容量减少。南水北调中线一期工程实施调水后,汉江中下游来水量减少、流速变缓,汉江中下游干流COD水环境容量减少约1/4,水体自净能力显著下降。预计引江补汉工程实施后,36亿m3总磷偏高的长江水(总磷浓度0.1 mg/L)替代优质的丹江口库区水(总磷浓度0.025 mg/L),将给汉江中下游增加近200 t总磷负荷量,叠加枯水年份增加、上游来水持续减少、陕西引汉济渭工程调水规模增至15亿m3等综合影响,汉江中下游水环境容量将进一步减少。

(2) 水华问题趋于常态化。据统计,2015～2021年几乎每年春节前后汉江中下游都会出现不同程度的硅藻水华现象,2018年8月崔家营库区甚至出现蓝藻水华,汉江水华问题存在频次增加、范围扩大、时间延长的趋势。

(3) 生物多样性降低。汉江中下游原有8处产漂流性鱼类产卵场,目前仅存3处,鱼类资源种群数量减少25%,鱼类产漂流性鱼卵数量减少了约83%,鱼类资源呈现加速衰退趋势,水生植物分布更趋于单一化和碎片化。水库低温水下泄和梯级电站调度带来的水文情势变化也对汉江流域水生生物尤其是鱼类繁殖和种群数量造成较大影响。

(4) 生态系统退化。汉江中下游河段常年水位降低,河滩裸露面积增加,通过汉江进行补水的湿地面积、数量大幅减少,种质资源质量退化,滩涂湿生植被被陆生植被所代替,生态功能减弱,生态系统退化,河流健康状况存在恶化趋势。

3.2 防洪保安基础不牢固

支撑流域高质量发展的防洪保安基础还不牢固。湖北省汉江流域综合防洪减灾体系已基本形成,但对标高质量发展对“持久水安全”的要求,还存在突出短板。

(1) 城市防洪防涝的韧性不足。襄阳城市防洪保护圈尚未闭合;梯级枢纽建成蓄水后,沿江县市外部排水条件发生变化,引起新的城市内涝问题。极端暴雨多发频发,部分沿江城市暴雨内涝风险加剧,比如2022年7月潜江火车站广场附近出现大面积内涝现象。

(2) 堤防建设还有短板。全长1 563 km的汉江干堤约有1/3的堤防建设不达标,部分穿堤建筑物年久失修,安全隐患突出。梯级枢纽建成后库区堤防运行工况由临时挡水变为常年挡水,近年来险情多发频发。汉江干流河势不稳,局部崩岸塌滩时有发生,危及堤防安全。

(3) 分蓄洪民垸建设滞后。汉江中游14个分蓄洪民垸(有效蓄洪容积35亿m3)均未开展系统建设,运用难度大。据不完全统计,民垸内还有约74万hm2(110万亩)耕地和83万人口,一旦遭遇流域突发性大洪水和全流域大洪水(如1935年型大洪水),分洪损失巨大。

(4) 东荆河分流能力不足。东荆河中下游河段淤积严重,卡口较多,内垸扒口分洪困难,行洪能力不足[11]。

3.3 水资源供需矛盾突出

流域内、外水资源供需矛盾愈发突出。汉江流域是国家水资源配置战略水源地,承担向北方调水任务,同时也是汉江中下游和鄂北岗地主要水源地,流域水资源开发利用与保护、流域外调水与流域内用水、河道外用水与河道内需水、生产生活用水与农业生态用水之间关系错综复杂,水资源配置统筹难度大,供需矛盾突出。

(1) 流域水资源开发利用率高。现状汉江流域水资源开发利用率已达47%,预计2035年将达到54%,远超出40%的水资源开发利用率上限。

(2) 流域内用水和跨流域调水的矛盾突出。随着优质汉江水持续北送,北调水转变成多个重要城市生活用水的主力水源,在流域水资源配置、丹江口水库调度、汉江水量分配上,北调水在一定程度上压缩了汉江中下游用水权和水资源空间,汉江中下游水资源承载能力大为降低。

(3) 城市供水面临威胁。以汉江作为主要水源的襄阳、仙桃、潜江等地级市和老河口、宜城等县级市城市供水面临威胁,突发水污染带来的局部水质风险问题依然存在。

(4) 水资源刚性需求增长带来的枯水期供水矛盾问题突出。目前汉江中下游地区经济处于爬坡过坎阶段,水资源刚性需求逐年增长,预计2035年汉江中下游河道内外用水需求将达到188.4亿m3。湖北省汉江流域是“虾稻共作、稻渔种养”适宜区,据有关研究[12],虾稻共作定额(12 150 m3/hm2)是江汉平原水稻灌溉定额(4 050 m3/hm2)的3倍。随着虾稻、鱼稻、蛙稻等共生模式在流域内进一步大面积推广,流域枯水期用水紧张局面将进一步加剧。

3.4 综合管理水平和效能有待提升

与新阶段水利高质量发展的需求相比,汉江流域治理管理能力和管理水平仍有待提升。

(1) 统一调度体制机制尚未形成。湖北省汉江干流共有7座梯级水利枢纽,均分属不同行业和部门管理,全流域防洪、发电、航运、生态等统一调度体制机制尚未形成。两岸引排水闸泵众多,缺乏有效统一监管和优化调度。

(2) 服务于流域综合管理的水文监测与信息化管理体系还不完善,特别是服务于水资源管理保护的水文站网密度不够,生态流量监测能力不足。

(3) 汉江流域智慧水利尚在起步阶段,与全要素全过程数字映射、智能模拟、前瞻预演要求相比存在较大差距。

当前汉江流域治理还处于第三阶段中期,很多水生态水环境问题还暴露不充分不彻底,流域安全还存在诸多不确定性,比如引江补汉工程建成运行后可能给汉江流域水生态水环境带来新的影响,全球气候变化引起的水文形势变化对汉江流域城市圈发展造成冲击,流域梯级水电开发带来的库区农田冷浸、坝下清水下切、库区城镇新的内涝风险等系列问题,干流河道中水历时减少,造成航运条件的恶化,内河通航能力降低,汉江流域多单元、多用户、多目标交织构成的复杂水资源调度问题。以上问题,需要结合汉江流域新阶段新形势新问题进行深入分析研判,提出系统解决方案。

4 推进汉江流域高质量发展路径与对策

湖北省汉江流域是南水北调中线工程核心水源区和重要影响区,也是支撑湖北经济社会高质量发展的重要载体。汉江流域是一个相对独立的、庞大的、复杂的巨系统,涉及经济社会、人口耕地、产业布局、防洪排涝、水资源调度、生态环境、水运交通等,流域治理不能只解决突出的部分问题,也不能对问题笼统处理,要立足于流域的系统性和生态系统整体性,围绕推进汉江流域高质量发展的目标,加强前瞻性思考、全局性谋划、战略性布局、整体性推进,做好统筹协调,实现系统优化。具体来说应该抓好“规划一张图、监测一张网、全域一盘棋、决策一平台”4个方面工作。

4.1 建立规划一张图

在时间尺度上,立足于汉江流域目前所处的阶段及其主要矛盾,统筹谋划、综合施策,抓紧编制汉江流域综合治理和统筹发展规划,从流域安全层面谋划一批战略性、基础性、网络型水利基础设施,打造流域综合治理先行示范区。

(1) 坚持节水优先,按照“流域外调水服从流域内用水、生态农业用水服从生产生活用水”的总原则,协调调水与用水关系、河道外和河道内关系、上下游用水户关系,加大流域内节水控水力度,建立跨流域跨区域水资源优化配置与调度体系,实现水资源节约集约高效利用。

(2) 加强汉江流域水生态系统保护与修复。将汉江流域水生态水环境问题纳入南水北调规划修编中进行综合考虑,提高对增加外调水和梯级水电开发对流域水生态水环境影响的预见性,采取有效措施积极应对调水后可能带来的不利影响,加快汉江生态廊道建设,加大流域截污、控污、治污力度,持续实施汉江中下游梯级联合生态调度,提高流域生态环境质量。

(3) 加快汉江堤防建设和沿江城市防洪保护圈建设,形成完整闭合防洪保护圈。根据汉江中下游防洪新形势及分蓄洪民垸启用几率,加快汉江中下游堤防达标建设,优化调整分蓄洪民垸功能定位和布局,加快东荆河系统治理,补齐流域防洪突出短板。

4.2 建立监测一张网

在空间尺度上,以丹江口水库大坝以下至兴隆枢纽380 km河段为重点,持续开展全流域水利工程运行安全、水文水资源及泥沙、水生态、水环境、水生物等多指标长系列、全时段监测观测与调查评估,分析演变规律和研判发展趋势,建立完善汉江流域水资源监控系统,加强对汉江流域水量、水质、水生态监测站网建设,防止出现大规模的水安全水环境水生态风险。

4.3 建立全域一盘棋

在生态尺度上,提高流域水系统韧性,让汉江流域更加安全、更加智能、更加美丽,打造大流域综合治理的典范。

(1) 建立汉江流域生态补偿长效机制。将汉江中下游纳入国家生态补偿范围,从南水北调中线水资源费中提取一定比例费用设立生态补偿专项基金,用于汉江流域长期性生态功能恢复、生态保护建设,探索制定长效化、市场化影响区生态补偿机制[13](图2)。

图2 汉江流域生态补偿关系Fig.2 Ecological compensation relationship in the Hanjiang River Basin

(2) 充分发挥市场配置作用,以汉江流域为试点,建立健全水权制度和水权交易市场,着力提升流域水资源集约节约利用能力和水资源优化配置能力。

4.4 建立决策一平台

在管理尺度上,依托智慧汉江平台和数字孪生汉江流域,建立大数据驱动的流域综合模拟与调控决策系统,开展汉江流域复杂系统分析研判,统筹考虑各方面因素进行综合权衡,实现多重目标间动态平衡、整体推进,以数字赋能推动汉江流域水利高质量发展。

5 结 语

水生态、水环境是今后汉江治理的主要问题。流域各方面要齐抓共管:① 流域内各地市要把“截污治污控污”摆在首位,加强沿江工业污染和农业面源污染治理,尤其是加强汉江干支流沿岸废污水处理和废污水排放整治,减少废污水对汉江水体的污染。② 流域水行政部门要同步推进梯级水利枢纽库岸堤防建设,妥善预测和应对梯级枢纽开发和清水下泄带来的系列影响。③ 流域主管部门积极做好流域内外水资源供需平衡,严格按国家审批意见控制实施,同时妥善处理好流外调水对汉江流域的影响分析,加大汉江中下游生态补偿力度,建立汉江“水华”防治长效机制,将汉江打造成造福荆楚百姓的幸福河。