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嘉陵江(南充段)開發(fā)利用現(xiàn)狀與保護對策

2019-03-02 03:15王西琴張馨月
關鍵詞:環(huán)境容量嘉陵江南充

王西琴,張馨月,常 明

(中國人民大學 農業(yè)與農村發(fā)展學院, 北京 100872)

長江流域是我國橫貫東西的“黃金水道”,是珍稀水生生物的天然寶庫,長江為全國超過40%的人口提供水源,是我國重要的戰(zhàn)略水源地。當前“共抓大保護,不搞大開發(fā)”已經成為長江流域的發(fā)展戰(zhàn)略,對于長江流域及其支流提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。嘉陵江是長江上游重要支流,是長江重要的生態(tài)保護屏障之一,也是南充市和重慶市重要的供水水源,承擔著南充市700多萬人口、2 200多萬頭牲畜的供水,同時是重慶市一半以上人口的供水水源。近年來,隨著經濟社會系統(tǒng)對水資源需求量的增加,嘉陵江開發(fā)與保護之間的矛盾日益顯現(xiàn),逐漸引起學者和各級政府部門的關注。已有學者開展了相關研究。一是對水質問題的研究,對2000—2004年嘉陵江水質變化趨勢的研究認為,氨氮、化學需氧量、高錳酸鹽、大腸桿菌、石油等出現(xiàn)超標現(xiàn)象[1],2008年除了上述指標外,嘉陵江南充段、重慶段超標污染物增加了總氮指標,認為其主要原因是嘉陵江流域農村地域廣、村鎮(zhèn)密集、人口密度高等造成[2];二是從宏觀角度研究嘉陵江水資源保護問題[3],如有學者研究嘉陵江(甘肅段)由于水資源過度利用而引發(fā)的水生態(tài)問題[4];三是對嘉陵江水生生物的研究,特別是對嘉陵江干流魚類的研究,認為魚類的數(shù)量和種類有減少的趨勢,魚類物種多樣性分布規(guī)律與水生態(tài)環(huán)境密切相關[5]。綜上,嘉陵江水資源和水質的問題已經引起高度重視,作為一級支流中流域面積最大的支流,其水資源的開發(fā)利用對于長江的保護具有舉足輕重的意義。本文結合已有研究成果,以嘉陵江(南充段)(以下簡稱嘉陵江)為例,從水資源開發(fā)利用角度,分析水量、水質、河流縱向連通性、剩余水環(huán)境容量和魚類等存在的主要問題,并提出相應的對策。以期為嘉陵江的保護與開發(fā)提供依據。

1 概 況

嘉陵江發(fā)源于秦嶺南麓,流經陜西、甘肅、四川、重慶三省一市,在重慶朝天門匯入長江,全長3 166km,落差2 300m,依據流域內不同河段的地形、地勢等因素,嘉陵江干流在昭化以上為上游,昭化至合川段為中游,合川至重慶為下游。流域面積約16萬km2,在長江支流中流域面積位居第一,河流長度僅次于雅礱江位居第二。流域大部分地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候,年平均降水量774.8mm,水量較為充沛。南充段共有25條一級支流匯入干流,構成網狀水系,平均每3.35km2有1km長的河流,且河流彎曲,南充段河流直線距離僅200km,河道總長度620km。青居鎮(zhèn)從北到南400m的河段,河流彎曲程度359°,自古有“九曲回腸”之稱,其中青居曲流的封閉率為0.98,是世界上封閉率最高的河段之一,彎曲系數(shù)達42.75,僅次于世界著名的巴西茹魯阿河帕特羅波利斯的47.67。網狀水系以及蜿蜒曲直的河流形態(tài),為水生生物繁殖、棲息提供了良好的條件,孕育著豐富的珍稀、保護魚類。1976年嘉陵江全水系的魚類資源及漁業(yè)調查結果顯示,嘉陵江干流魚類種群總數(shù)約147種,分屬于7目18科,主要保護魚類有白鱘、鰻鱺、胭脂魚、多鱗白甲魚和大鯢等,分別為國家一級和二級保護魚類。

2 嘉陵江水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 水資源開發(fā)利用率接近閾值

嘉陵江水資源開發(fā)利用率呈現(xiàn)上升趨勢,由2012年的17.5%增加至2016年的54.41%。根據水質與水量相結合方法[6]估算嘉陵江水資源開發(fā)利用率,在現(xiàn)有的水資源利用效率條件下,其水資源開發(fā)利用率閾值為35.63%,以此衡量,2012—2016年,水資源開發(fā)利用率逐步接近其閾值,并在2016年超出水資源開發(fā)利用閾值約18.78%(圖1)。

圖1 嘉陵江現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用率與閾值Fig.1 Current utilization rate and threshold of water resources development in Jialing River

2.2 水環(huán)境容量剩余量較低

嘉陵江干流自產水量低,但過境水量大,過境水量是自產水量的5.7倍,南充嘉陵江流域控制單元的三種污染物的水環(huán)境容量剩余量分別是:化學需氧量、氨氮、總磷為15.37%,5.67%,5.75%(表1),其中氨氮、總磷的環(huán)境容量接近水環(huán)境容量。上游金溪控制單元、下游烈面控制單元環(huán)境容量剩余比例分別為:化學需氧量依次為18.79%,12.62%,氨氮依次為9.61%,3.03%,總磷依次為12.21%,0.32%,呈現(xiàn)下游環(huán)境容量利用率高于上游的特征。說明嘉陵江干流在經過南充段后,對于環(huán)境容量的利用率分別提高了16.2%,53.2%,96.8%,特別是總磷的提高尤為明顯。因此,南充市未來主要控制的污染物指標依次為總磷、氨氮、化學需氧量。

表1 嘉陵江剩余水環(huán)境容量比例

Tab.1 Proportion of remaining water environment capacity in Jialing River

控制單元剩余水環(huán)境容量所占比例/%化學需氧量氨氮總磷 金溪控制單元18.799.6112.21 烈面控制單元12.623.030.32 南充市嘉陵江流域15.375.675.75

流域內9個行政單元剩余水環(huán)境容量呈現(xiàn)區(qū)域差異特征,化學需氧量的剩余容量比例介于12.43%~18.96%,氨氮的剩余比例介于3.01%~9.73%,總磷的剩余比例為0%~13.33%。其中順慶區(qū)、高坪區(qū)、營山縣等總磷環(huán)境容量利用率達到100%,嘉陵區(qū)、西充縣、蓬安縣等也接近100%,氨氮環(huán)境容量利用率96%以上的有順慶區(qū)、高坪區(qū)、儀隴縣、營山縣等?;境尸F(xiàn)越往下游環(huán)境容量利用率越高的特征。

2.3 干流水質下降,支流水質超標

由于水環(huán)境容量利用率開始出現(xiàn)接近100%,部分地區(qū)總磷環(huán)境容量剩余為0,因此,嘉陵江干流近年水質狀況不容樂觀。“九五”和“十五”期間對于干流水質的監(jiān)測表明其水質已經出現(xiàn)“輕污染”,近年的監(jiān)測數(shù)據顯示,主要的超標污染物為總氮等。

出境斷面未被列入水質參考評價的污染物指標,如糞大腸菌群濃度較高,單個糞大腸菌群指標超標由2011年的超出Ⅱ類水0.58倍增長至2016年的20倍以上,該指標的水質標準由2011年的Ⅳ類水退化為2016年的劣Ⅴ類水質。以總氮為評價指標的支流水質為Ⅳ類的占50%以上,以糞大腸菌群為指標的支流水質為Ⅴ類的占60%以上。

嘉陵江干流水質下降趨勢明顯,水功能區(qū)達標率出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,特別是支流水質問題十分嚴重,嘉陵江干流與支流的水質問題應引起高度重視。

2.4 漁業(yè)產值呈現(xiàn)波動變化趨勢

嘉陵江河道內水量在發(fā)揮重要生態(tài)功能的同時,具有重要的漁業(yè)經濟價值。20世紀80年代,嘉陵江魚類的產量和種類都居于全川主要江河的首位,年產量275萬kg(1976年資料)[7],其中,嘉陵江魚類產量120萬kg,漁業(yè)產值在農業(yè)產值的占比變化趨勢看出,嘉陵江漁業(yè)產值從1993年到2016年呈現(xiàn)先上升后緩慢下降到趨于平穩(wěn)變化狀態(tài)(圖2)。2006年漁業(yè)產值占比最高達到4%,2016年漁業(yè)產值17.6億元,占南充市農業(yè)產值的3%,同期全國漁業(yè)產值總產值的1.6%。漁業(yè)產值比例的變化趨勢說明,一方面由于水質退化影響到魚類的生存環(huán)境,進而影響漁業(yè)經濟價值;另一方面由于經濟魚類的人工養(yǎng)殖對水資源造成一定程度的污染,在政策上限制了經濟漁業(yè)的進一步擴大。

圖2 南充市漁業(yè)產值占農林牧漁業(yè)總產值比例變化趨勢Fig.2 The trend of fishery output value as a percentage of total agricultural output valuein Nanchong City

已有研究表明,合理的魚類放養(yǎng)量有改善水質的作用,合理控制魚類養(yǎng)殖密度,“以漁養(yǎng)水,依漁發(fā)展”。以期實現(xiàn)改善河道水質,維護水資源生態(tài)平衡的最初目標。根據國務院辦公廳2018年10月發(fā)布的《關于加強長江水生生物保護的意見》指出,要求推進水產健康養(yǎng)殖,實現(xiàn)以魚控草、以魚抑藻、以魚凈水,修復水生生態(tài)環(huán)境,嘉陵江漁業(yè)的發(fā)展應該以其環(huán)境承載力為上限,適度發(fā)展魚類養(yǎng)殖。

2.5 水工建筑物對河流縱向連通性干擾程度高

對于自然、未受干擾的河流生態(tài)系統(tǒng),由源頭集水區(qū)的第一級河流起,以下流經第二、三、四等級河流流域,形成一個連續(xù)的、流動的、獨特而完整的生態(tài)系統(tǒng),盡管自身的初級生產力所占比例僅為1%~2%[8],但它在整個流域生態(tài)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用[9],即河流連續(xù)性概念(簡稱RCC),RCC的提出,警示人類活動在縱向連通上的干擾不僅影響河流本身,而且影響到整個流域生態(tài)系統(tǒng)。

河流縱向連通是其能量及營養(yǎng)物質的傳遞、魚類等生物物種遷徙的基本條件。嘉陵江落差2 300m,水能蘊藏豐富,屬于梯級水電樞紐開發(fā)潛力較大的河流。截至2017年年底,嘉陵江(南充段)有10座水電站,分別是蒼溪電站、沙溪電站、金銀臺電站、紅巖子電站、新政電站、金溪電站、馬回電站、鳳儀電站、小龍門電站和青居電站等。大中型水庫共有8座,其中大型水庫升鐘水庫,2016年末蓄水量達8.23×108m3,在四川省乃至整個西南地區(qū)的灌溉和水利發(fā)電等方面發(fā)揮著重要作用,其他7座中型水庫,分別為紅旗水庫、幸福水庫、思德水庫、八爾灘水庫、大深溝水庫、石灘水庫和磨爾灘水庫等。這些水電站和水庫在發(fā)揮重要的經濟社會價值的同時,對河流的縱向聯(lián)通性帶來了嚴重影響。平均每隔16km就分布有一座水電站或水庫,按照河流縱向連續(xù)性指數(shù)進行評價[8],嘉陵江南充段縱向連通性指數(shù)為0.32,在5個評價等級中屬于差等級。密集的水建筑工程影響河流水生生物的正常繁殖和生存。隨著人類對水資源開發(fā)利用程度加重,特別是河道人工建筑物的增加,破壞了水生生物正常的棲息地環(huán)境、洄游通道等,使得嘉陵江流域水生生物多樣性下降,以魚類為例,2016年嘉陵江干流魚類減少為126種,相比80年代減少了21種,意味著每隔1~2年減少1種魚類。

2.6 重要的水運航道

嘉陵江入境水量多年平均約249×108m3,河道內水量較為豐富,成為重要的通航航道,通航河道有23條,營運里程約3 600km,占四川省通航里程的30%,年貨運量占四川省內河航運年貨運量的1/4。2016年南充段的內河運輸總里程達1 277km,超過鐵路運輸?shù)?18km,航運成為南充市僅次于公路運輸?shù)闹匾煌ㄟ\輸方式。南充段下游重慶段的通航總長為376km,2016年重慶市水運運輸量為1.7億t,水運貨物運輸絕對值僅次于公路運輸,占貨物運輸總量的15%。河道內航運能力增強,船舶的密度也在不斷增加,從而使得河道中水生生物的自由活動空間(即水生態(tài)空間)不斷縮減,加劇了魚類和體型較大的水生生物被船舶螺旋槳傷害和致死的風險,同時船舶的泄漏造成了水污染。因此,航運在創(chuàng)造經濟價值的同時,也存在著對河流水質、水生生物的威脅。

3 保護對策

3.1 嚴格控制水資源開發(fā)利用率

根據現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用率與水資源利用效率評價嘉陵江河道內生態(tài)水量[10],結果顯示,2012—2016年嘉陵江河道內生態(tài)水量占地表水資源量的比例在逐漸下降,由82.5%下降到45.6%。已有研究表明[11],河道內生態(tài)水量達到多年平均徑流量的60%,就能夠為大多數(shù)水生生物在主要生長期提供優(yōu)良至極好的棲息條件,并能夠保證河流的多種功能。以60%為標準對嘉陵江(南充段)河道內的生態(tài)水量衡量,2016年河道內生態(tài)用水低于60%標準的14.4%。

河道內生態(tài)用水量減少一方面是河道外引水量的增加,另一方面是天然徑流的減少。嘉陵江(南充段)年徑流量呈現(xiàn)下降趨勢,自產水量由2010年的57.93×108m3下降為2017年的42.21×108m3,入境水量由259.8×108m3下降為169.3×108m3。

圖3 2010—2017年嘉陵江年徑流量變化趨勢Fig.3 Annual runoff trend of Jialing River from 2010 to 2017

采用線性分析法[12],對嘉陵江流域徑流量變化的降水與非降水因素進行分析。結果表明,降水因素與非降水因素影響的程度在各時間段表現(xiàn)出一定差異,2013年徑流量減少了16.27×108m3,其中降水因素與非降水因素的貢獻率分別為41.5%和58.6%,2016年徑流量的減少幅度較大,在減少的28.71×108m3的徑流中,降水因素與非降水因素的貢獻率分別為54.1%和45.9%。

以上分析看出,天然徑流量的減少是由自然降水因素與經濟社會系統(tǒng)用水量的增加共同導致,同時也是造成河道內生態(tài)水量減少的原因。

表2 嘉陵江流域徑流變化的降水與非降水因素影響量Tab.2 Impacts of precipitation and non-precipitation factors on runoff changes in the Jialing River Basin

由于降水為不可控因素,因此,減少經濟社會系統(tǒng)用水以保障河道內生態(tài)水量,是維持河流正常生態(tài)功能的關鍵。制定水資源開發(fā)利用紅線,保證生態(tài)用水是今后水資源管理的重點。

3.2 降低農業(yè)用水比例,調整用水結構

南充市總用水量呈現(xiàn)上升趨勢,由2010年的9.26×108m3增加到2016年的13.89×108m3,農業(yè)用水量由5.73×108m3增加到7.91×108m3,雖然南充市農業(yè)用水在總用水量的比例有下降趨勢,由2012年62%下降到2016年59%(圖4),但是農業(yè)用水量在增加,仍然是南充市的用水大戶。從農業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)看,2015年全國平均為0.536,南充市灌溉水利用系數(shù)為0.47,低于全國平均水平。因此,南充市農業(yè)有節(jié)水潛力,通過灌溉用水的效率的提高,逐漸降低農業(yè)用水量的比例,優(yōu)化用水結構,是未來將擠占河道內生態(tài)用水量的水量退還生態(tài)系統(tǒng)的重要途徑。

圖4 2010—2016年南充市用水量與農業(yè)用水比例Fig.4 Proportion of water used in Nanchong City from 2010 to 2016

2016年南充市有效灌溉面積占耕地面積的68%,按照我國農業(yè)用水的分區(qū)[13]戰(zhàn)略對策,四川省屬于我國第二類地區(qū),提高灌溉水利用系數(shù)是其改進的重點。2016年南充市糧食產量為315.23萬t,農田灌溉用水總量為6.83×108m3,其中水田6.46×108m3,水澆地0.22×108m3,菜田0.15×108m3。我國《節(jié)水型社會建設“十二五”規(guī)劃》提出,未來保證農業(yè)灌溉用水總量基本不增長,通過采用節(jié)水灌溉技術,提高水資源利用效率和灌溉水利用系數(shù),以降低農業(yè)用水比例。但是,足夠的農業(yè)用水對于維護糧食安全至關重要,即“減水不減產”,因此劃定農業(yè)用水紅線具有戰(zhàn)略性意義。

3.3 控制農業(yè)與農村面源污染

對南充市2016年污染源的分析表明,以農業(yè)與農村污染為主的特征十分明顯,3種污染物農業(yè)與農村占比均在77%以上。其中農業(yè)與農村、城市、工業(yè)的化學需氧量排放量分別占比80.78%,18.34%,0.88%,氨氮占比77.15%,21.85%,1%,總磷占比89.53%,8.71%,1.77%。在農業(yè)與農村污染源中以農村生活污染源為主,其中農村生活源的化學需氧量、氨氮、總磷分別占農業(yè)與農村總量的74.11%,73.49%,71.67%,畜禽養(yǎng)殖排放分別占21.13%,16.36%,7.56%,農田污染源的比例分別為4.76%,10.15%,20.77%。在畜禽養(yǎng)殖中,又以分散式養(yǎng)殖為主,化學需氧量、氨氮、總磷分別占總畜禽養(yǎng)殖污染物排放量的61.63%,57.95%,68.63%。

因此,控制農村與農業(yè)面源污染是提高水質的關鍵,特別是農村生活污染源,南充市人口密度為513人/km2,城鎮(zhèn)化率為45.07%,低于四川省的49.21%,低于我國的57.35%,由于較低的城鎮(zhèn)化率,形成農村人口總量大、密度高,農村生活污水處理率不到15%,再生水利用率僅為1.12%?!丁笆濉比珖擎?zhèn)污水處理及再生利用設施建設規(guī)劃》中的相關指標要求,2020年,城市污水處理率要達到95%,一般地區(qū)的再生水利用率不低于15%,缺水地區(qū)不低于20%。2017年城鎮(zhèn)污水處理率為68.7%。因此,加強污水處理基礎設施建設,特別是農村地區(qū)的污水處理設施,以保障污水處理率的提高。

圖5 嘉陵江南充段各類污染物比例Fig.5 Proportion of various pollutants in Jialing River (Nanchong Section)

農田面源污染從控制化肥施用量入手,南充市化肥施用量2010—2016年為48.92kg/畝,高出全國平均水平18.85 kg/畝。農業(yè)與農村部2015年印發(fā)的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》指出,我國標準的化肥使用量為21.9kg/畝。因此,降低單位面積化肥施用量,是控制農田面源污染的關鍵。

積極引導和鼓勵測土配方施肥、病蟲草害綜合防治、生物防治和精準施藥施肥等技術,采取灌排分離等措施控制農田氮磷流失,降低單位面積化肥施用量,逐步達到全國水平,增加有機肥比例。我國目前有機肥使用比例約為10%,2022年達到40%的使用比例。加強養(yǎng)殖業(yè)污染綜合治理,執(zhí)行規(guī)模化養(yǎng)殖行業(yè)禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和適養(yǎng)區(qū)的規(guī)定,大力發(fā)展養(yǎng)殖小區(qū),推廣清潔養(yǎng)殖技術,全面禁止投肥養(yǎng)殖。未來南充市生豬養(yǎng)殖規(guī)模的發(fā)展應以該區(qū)域的水資源承載力為上限,變分散式養(yǎng)殖為規(guī)模化養(yǎng)殖,并采用高架網床等新型環(huán)保的養(yǎng)殖方式。實施養(yǎng)殖小區(qū)清潔工程,南充市2020年前依法關閉或搬遷禁養(yǎng)區(qū)內的畜禽養(yǎng)殖場(小區(qū))和養(yǎng)殖專業(yè)戶、養(yǎng)殖小區(qū)100%實現(xiàn)雨污分流。

3.4 優(yōu)化經濟結構

2016年南充市人均GDP為25 871元(折合美元為3 894元),三產比例為21%∶48%∶31%,根據三次產業(yè)結構和人均GDP判斷經濟發(fā)展階段[14],南充市2016年處于從工業(yè)化初期向工業(yè)化中期邁進的階段,未來一段時間對于環(huán)境存在著潛在的壓力。根據我國西部地區(qū)EKC曲線出現(xiàn)拐點對應的人均GDP判斷,即當人均GDP在37 000~59 000元/人時[15],西部地區(qū)EKC曲線出現(xiàn)下降趨勢,南充市2016年的人均GDP與上述范圍相比相差11 129~33 129元/人,處于EKC倒“U”型的上升階段。

圖6 1952—2016南充市三產結構與人均GDP變化趨勢Fig.6 Industrial structure and per capita GDP trend from 1952—2016 in Nanchong City

因此,通過優(yōu)化經濟結構,調整工業(yè)結構,實現(xiàn)跨越式發(fā)展,在該流域顯得十分重要。從該區(qū)域產業(yè)結構的現(xiàn)狀來看,依然是高耗能、高污染的第二產業(yè)占有最大比重,因此,建議該區(qū)域可以建立綠色生態(tài)走廊,發(fā)展沿江旅游產業(yè)帶,轉變經濟增長方式,提高經濟產品附加值,延長產業(yè)鏈,充分發(fā)掘好、利用好嘉陵江的歷史景觀、人文景觀、美麗鄉(xiāng)村等,發(fā)展特色旅游業(yè)。降低和提前實現(xiàn)EKC曲線拐點。

3.5 制定河流保護目標

嘉陵江干流河道內生態(tài)用水、水質、魚類等均存在不同程度的問題,為此,應該根據水量、水質、魚類等,劃分河段,按照分河段分期制定河流保護目標,作為河長制的抓手,按照水文監(jiān)測斷面劃分蒼溪—沙溪河段、沙溪—金溪電站河段、金溪電站—小渡口河段、小渡口—李渡鎮(zhèn)河段等4個河段,分別確定4個河段的保護目標,如在2025年以前以水量、水質為目標,河道內生態(tài)水量保證60%以上,干流各項污染物指標達到Ⅱ類標準,2030年以前以水量、水質、魚類為目標,增加魚類目標,如9種國家一級、二級、地方特有種保護魚類。魚類是衡量河流健康的重要指標之一,也是水資源合理開發(fā)利用和河流生態(tài)系統(tǒng)保護的重要目標之一。因此,嘉陵江(南充段)應該重視對魚類的保護,滿足環(huán)境流量的需求修復水生生物重要棲息地和關鍵生境的生態(tài)功能。

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