北京市水资源开发利用与干旱化生态问题

李宪法 李安峰
（北京市环境保护科学研究院 100037）

　　摘 要 消耗水量过大和地下水严重亏损是北京市在水资源开发利用中面临的主要问题，本文对北京市消耗水量作了粗略估计，并对影响地下水亏损的因素及其带来的生态问题作了分析。在此基础上，作者给出了相应的对策，并提出了进一步工作的建议。
　　关键词 水资源 水消耗 地表水 地下水

　　Abstract： Excessive water consumption and serious loss of ground water are the main problems in exploitation and utilization of water resources of Beijing. The amount of water consumption is approximately esimated and factors affecting loss of ground water are analyzed in the paper. Besides, ecological problems caused by loss of ground water are presented . Moreover, the authors put forward corresponding countermeasures and further advice.
　　Key words：water resources, water consumption, surface water , ground water

1.北京市自然和人口概况

　　自然概况北京市行政管辖总面积16800km²，其中山区面积约占62％，平原区占38％。1961—1995年多年平均降水量595mm，水面蒸发量为1120mm，属半干旱半湿润地区。市内有潮白河、永定河、北运河、拒马河和句河等五条河流，除北运河发源于本市外，其余皆发源于河北省、内蒙古自治区和 山西省。区内还有若干条季节性排水河道和湖泊22处，湖泊总面积约640公顷。
　　人口概况1949年北京市总人口为209.2万人，截至1998年全市总人口达1223.4万人，其中暂住人口11％；常住人口中城镇人口占67%;农业人口33％。

2.北京市水资源

　　水资源总量北京市水资源由区内产水和上游入境水两部分构成。据1989—1991年北京市有关部门进行的“北京水资源普查和规划”工作成果，全市一次性水资源多年平均为62.8亿m³。
　　地表水可供水量1949年以来，在北京山区已建成85座水库，总库容93亿m3，控制了山区面积 的70％以上。其中大型水库4座，总库容88亿m³；中型水库16座，总库容4.68亿m³；小型水库65 座，总库容0.85亿m³；修建塘坝250座，扬水站5000座，蓄水池上千个；建成平原水闸65座和橡胶坝56座，每年蓄水量2.0亿m³。1981年北京市出现供水危机，为此，国务院作出决定，密云、官厅两大水 库只供北京用水，不再向天津供水，以保证首都的用水。采取这些措施后，按1961—1995年水文年多年平均，全市在平水年、偏枯年和枯水年可供水量分别为15.5、11.7和7.9亿m³(表1)。
　　 地下水资源据地矿部门的研究成果，北京市平原地区地下水总蕴藏量约680亿m³，平原区天然：水资源量21～42亿m³/年之间。有关部门确定的年可开采量为26.3亿m³。地下水平均年可供水量 占全市可供水量的70％左右(表1)，由此可以看出北京市地下水源的战略地位。

表1 北京市1961-1995年多年平均可供水量 水量单位： 亿m³/年 项 目 保证率％ 　 50 75 95 地表水可供水量 15.5 11.7 7.9 地下水可供水量 26.3 26.3 26.3 合计可供水量 41.8 38.0 34.2 地下水占可供水量的比(％) 62.9 69.2 70.9

3.水资源开发利用与水消耗

　　所谓消耗水是指在水资源开发利用过程中，由于蒸发而不返回地面再利用的水资源，也就是“跑到天上去”的损失水部分，是导致出现地区干旱化生态问题的人为因素。现对北京市的总消耗水量以及 用水、地表水和地下水的消耗分别作粗略估计。
　　总消耗水量总消耗水包括各种用水过程、地下水源、地面水利工程和地面水体的蒸发消耗水。按一次水资源总量62.8亿m3，加上地下水超采量，并扣除出境的清水、污水和地下水作为总消耗水量(表2)。如果统计数据是可靠的话。粗略估计，1961—1995年区内总消耗水量约为47.5亿m3，约占多 年平均一次性水资源总量的75％。

表2 全市水资源总量平衡及消耗水估计(1961—1995)水量 单位：亿m³/年 区内水资源 上游入境水 水资源总量(A) 地下水超采(B) 出境水 消耗水A十B十C 清水 污水 地下水 小计(C) 42.3 20.5 62.8 2.0 11.35 5.05 0.9 17.3 47.

　　资料来源：资源量：水惠京华，1999。出境水：中国南水北调，2000。
　　用水消耗据统计，1961——1995年全市多年平均年总用水约36亿m³，其中农业供水占65％，城市 和工业占35％。该时期内农业用水比例大，城市污水管道普及率低，用水消耗量较大，粗略估计，消耗 水量约占供水量的78％左右，占总消耗水量的60％以上。
　　1995年用水结构有了变化，全市总供水近40亿m³中，农业用水减少，城市(含工业)供水增加，约 各占50％。由于城市污水管道普及率提高，城市消耗水相对减少，约占供水量的35％；农业灌溉渠道 衬砌和发展了大面积喷灌技术，农业蒸发消耗水相对增加，约占供水量的90％以上。全市用水总消耗 约占总供水量的65％左右。
　　地表水消耗地表水利工程的消耗水相对难以估计。据文献介绍，水库因蒸发作用所造成的损失水量，通常可高达蓄水量的5％—20％。北京地区的蒸发量，根据85个水库的总库容量93亿m³，以及数以百计的其它蓄水设施，按年蒸发水量的上限值估计，基本接近按总消耗水量扣除用水消耗的消耗水量，约为19亿m³，占总消耗水量的30％以上，该数据似乎偏大。正确的估算应按水库水面的面积和水面蒸发量估算，数以百计的水库和数以千计的蓄水池难以估算。
　　对于用水的蒸发损失，在上个世纪的70年代，水文学家开始关注这个问题。据统计资料，1990年全球总消耗水占总需水量的52％，其中农业、工业和城市、水库蒸发的消耗水分别占其需水量的65％、29％和6％。以中国的华北地区为例，该区总面积43万km²，多年平均降水量400—800mm，年蒸发能 力900—1400mm，干旱指数1—3，与北京地区水文气象条件基本类似。截至1984年，华北地区建成大中小型水库2800座，总库容量282亿m³。该平原地区的地下水累计超采已达300多亿m³，致使地下水位大幅度下降，形成数以万平方公里计的漏斗区，出现了明显的干旱化生态趋势。1984年全区总供 水量434亿m³，而总出境水只有72亿m³，即消耗水量约为总用水量的84％。

4.北京地区的水循环与生态问题

　　增长着的水赤字北京市的水资源总量衰减，出现的所谓“水赤字”有外部因素和内部因素。外部因素是上游来水逐年减少，内部因素是区内消耗水量大；同时地下水位大幅度下降。
　　·地下水超采 据统计，自70年代以来，地下水平均每年超采l—2亿m³，仅在1980年至1999年便亏损了25亿m³。
　　·地下水补给量减少地下水补给量减少是一种综合因素，其中城市发展使不透水面积增加是地下水补给量减少的主要因素。据统计，城区不透水面积由1959年的61％增至1999年的77％左右。上个世纪的80年代与60、70年代比较，年均地下水补给量减少了2.61亿m³。
　　 干旱化生态问题北京市水资源开发利用中出现的一个主要生态问题，集中地反映在地下含水层亏损。地下水累计亏损已达43亿m³，相当于华北地区最大的密云水库的总库容量。北京平原区超采总面积已达2660km²，占平原区面积的41％；城近郊区地下水位下降形成的漏斗面积约1000km²以上；东郊漏斗中心区水位下降达40—50m，水位下降引起地面下沉，沉降面积达800km²，累计最大沉降量 850mm。地下水位下降引起的生态问题，还表现为全市泉水几乎全部枯萎、包气带增厚、表层土壤水减少，具有荒漠化潜在威胁。

5.对策

　　对北京市地下水含水层的过度损耗和水资源开发利用中的水消耗问题，已引起北京市政府的关注。正在研究和已经采取的对策有以下几个方面：
　　发展节水型农业农业是北京市用水和耗水的大户，减少农业用水既减少全市用水压力，又减少水消耗。北京市已发展节水灌溉农业25万公顷，占有效灌溉面积的79％。与上个世纪70年代的最高用水年比较，1995年农业用水减少了约35％。
　　涵养地下水源、发展地下水库：
　　·地下水源厂与地表水源厂联合调度北京市现有9个自来水厂，其中7个为地下水源，2个为地表水源。原来地面水厂与地下水厂两个供水系统各自独立，不能相互调节。1985年和1988年分别建 成的田村山水厂和水源九厂两个地面水厂，为地表水和地下水联合调度创造了条件。
　　·利用河道回灌1984年建成潮白河向阳拦河闸拦蓄洪水回灌地下，年平均补给量1500万m³以上，使近46km³的地下水位明显回升。例如1994年密云水库汛期弃水约1亿m³，补人地下达7000万m³；1995年放水3亿m³，回补地下达1亿多m³，使过去几年形成的地下水漏斗，一次放水就回升到原 先的水位。永定河引水渠和京密引水渠，都不同程度地发挥了补充地下水的功能。
　　·利用沙石坑回灌1996年利用西郊沙石坑，引密云水库水回灌地下，每日回灌水量达12万m³。
　　·雨水就地入渗地下已进行的示范研究有：利用绿地草坪滞蓄汛期雨水人渗地下；利用渗井入渗屋顶雨水；农田拦蓄雨水人渗等。

6.讨论与建议

　　世界观察研究所的专家们，把地下水位下降与人口增长、气温升高、人均耕地面积减少、渔业崩溃、森林萎缩以及动植物群种损失，列为21世纪具有挑战性的全球重大环境问题；并指出“把减少蒸发损 失水就能增加可供使用的水量，是货真价实的节水”。
　　尽管北京市在节水和涵养地下水源方面，作了大量的工作，但地下水位下降和水质衰退尚未得到有效遏制。为此建议：
　　·进一步加强农业节水和调整农业结构，减少农业用水消耗；
　　·进一步提高城市和工业的用水效率；
　　·全面加强地下水回灌的规划；
　　·全面开展建成区汛期雨水就地入渗措施，以补充地下水源，同时减少城市防洪压力；
　　·对地下水补给的敏感地区，控制硬化面积，防止堵塞地下水的补给通道；
　　·在管理方面，加强地下水、地面水的统一管理体制；制定有效的用水、水污染控制、生态改善和城市防洪的统一规划方法。
　　本文仅从水资源开发利用中的水消耗和地下水含水层耗损问题进行讨论。关于消耗水量的准确估算以及地下水位下降引起的综合生态问题，有待进一步研究。

主要参考文献

　　 1.颜昌远主编.水惠京华.北京：中国水利水电出版社，1999.
　　 2.北京市水利局.北京水旱灾害.北京，中国水利水电出版社,1999.
　　 3.颜昌远主编.北京的水利.北京，科学普及出版社，1997.
　　 4.北京西郊地下水库试验研究报告.北京市地矿局水文地质工程公司，1985.6.
　　 5.北京市地下水开发利用与管理研究报告.北京市地矿局水文地质工程公司，1987.6.
　　 6.魏昌林主编.中国南水北调.北京，中国农业出版社，2000.12
　　 7.佟亮等译.世界现状2000.北京，科学科技文献出版社，2000.。
　　 8.许靖华.“集成水路”研讨会文献.北京，2001.2.。

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　　(李宪法，男，1929年10月生。博士，原北京市环境保护科学院院长，研究员。多年从事水污染控制规划、水资源管理政策等研究。获国家级突出贡献专家荣誉称号。现任北京市环境科学学会副理事长。)

Exploitation and Utilization of Water Resources and Drought Ecological Environment of Beijing

Li Xianfa, Li Anfeng
(Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection, Beijing 100037)

The area of Beijing is 16800Km², of which the mountainous area is about 62 percent, and the plain area is 38 percent. In 1956--1995, average yearly rainfalls were 595 mm and the evaporation of water surface was 1120mm, The population of Beijing was 2.092 million in 1949. It had increased to 12.234million by 1998.
Water resources of Beijing consist of water generated in this region and wate from upriver regions. Av- erage yearly amount of one-off water resources was 6. 28 billion m³ in 1961--1995 Since 1949 , 85 reser- voirs have been built, whose capacity is 9. 3 billion m³ . Besides, thousands of cisterns and sluices have been constructed , which can store 0.3 billion-m³ water. The actual water supply of surface water is.respectively l. 55 billion m³ in common year, 1.17 billion m³ in low water year and 0.79 billion m³ in dry year. The average yearly amount of allowable exploitation of ground water is 2.63 billion m³, about two thirds of to- tal water supply.
The excessive water consumption and serious loss of ground water are the main problems caused by ex- ploitation and utilization of water resources. According to. approximate estimate , average yearly water con- sumption was about 4. 75 m³ in 1961--1965 about 75 percent of one-off water resources. The evaporation consumption of water conservancy projects is more than 30 percent of totaL water consumption and the con- sumption of water use is more than 60 percent. The accumulative loss of ground water adds up to 4. 3 bil- lion m³, and the plain area of excessive exploitation is 2660 Km², about 41 percent of total plain area. The
declining of ground water level in near suburbs results in water level funnel. The funnel area is more than 1000 km² and the water level in funnel center of eastern suburbs has declined 40---50m Consequently, fountains almost dry up, the water in surface layer of soil gets less and less and there exists a potential risk of hungriness. There are two main factors affecting the loss of ground water. On the one hand, ground water is excessively exploited yesr after year; on the other hand, the replenishment of ground water de- creases, which is caused by the reducing of dank area.
Excessive loss of ground water and water consumption in explotiation and utiLization of water resources have been attached importance to. Countermeasures that are being researched and have been adopted in- clude developing water-saving agriculture and maintaining ground water. developing underground reser- voirs. Detailed measures of the latter include adjustment jointly of ground water plants and surface water plants, ground water recharge by riverway, ground water recharge by sandstone pit and storm water infil- tratlon .
Foreign environmenetal experts regard the declining of ground water Level as one of the fateful envi- ronmental problems in 21 century. At the same time, they point out that cutting down water consumption can increase water supply. Though great efforts have been made to save water and to maintain ground wa- ter , the declining of ground water leveL has not been controlled efficiently yet. So some advicis given in the paper, such as saving water use of agriculture and altering structure of agriculture, cutting down water consumption of agriculture; establishing layouts and measures of maintaining ground water and ground wa- ter recharge, and so on.
As far as exact estimate of water consumption and ecological problems caused by the declining of ground water level, it is only a cursory discussion in the paper and needs further research.