河南省干旱特点及水资源开发利用的研究

.40.水科学与工程技术2008年增刊河南省干旱特点及水资源开发利用的研究杨宝中,徐君冉,雷霞,张艳芹(华北水利水电学院，郑州450011)摘要:该文结合河南省干旱特点,对河南省水资源开发利用中出现的干旱年水资源严重短缺、地下水大量超采、环境恶化,而一般年份地表水利用率不高等问题,从地下水、地表水联合优化运用、防洪与兴利、地下水利用.水资源开发利用与环境、雨水汇集利用、污水资源化等方面进行了研究分析,并提出了相应的建议与解决途径。关键词:干旱;水资源;联合运用;防洪与兴利;雨水汇集;污水资源化中图分类号:TV211文献标识码:A文献编号:1672- 90200)50000-030Drought characteristics and research on water resourcesdevelopment and utilization in Henan provinceYANG Bao- -zhong,XU Jun- ran,LEI Xia , ZHANG Yan-qin(North China Institute of Water Conservancy and Hydroelecric Power , Zhenghou 450011 ,China)Abstract:According to the drought characteristics of Henan province , the paper presents the problems on water resourcesdevelopment and utilization in Henan province such as serious water shortage ,over pumping of ground water,environmentworsening in dry years and low uilization rate of surface water in normal years. It also researches somne isues such 8conjunctive use of surface water and ground water ,flood control and water supply . groundwater use , water sourcesdevelopment and environment ,rain water collection use , sewage converting into resources ,and gives the relevant suggestionsand solutions.Key words:drought;water resources;conjunctive use ;lood control and water supply ;rainwaler cllection;sewage convertinginto resources河南省位于南北气候过渡地带,受季风影响,降水年际变究与之相关的水资源开发利用问题,具有十分重要的意义。化大,降水季节分配不均,一年中干早时间长,降水区城分布差异大,因而在历史上旱灾十分严重。不仅影响了作物生长，1河南省干旱特点造成作物减产,而且还会引起城乡缺水,影响工农业生产,造成城乡人畜饮水困难。由此而派生的蝗灾,干热风、沙暴、水质1.1 频率高,面积大,旱涝交错发生恶化、地下水位大幅度下降、地面塌陷等恶果,更会给国计民生造成难以挽回的损失。因此,正确认识河南省干旱特点,研据1450~1949年的资料统计,500a间发生全省性的旱年共[收稿日期]2008- -04-18[作者简介]杨宝中(1958-),男(汉族),河南三门峡卢氏人,教授级高工,主要从事水资源评价方面的研究工作,(Te)15903659531。[2]万敬敏,赵毅,王椒娜,等某高校中水回用工程[J].工业用水与废4结语水,2006,1(37):56.[3]万金保,汤爱萍校区生活污水处理与中水回用可行性研究[J].江建立中水回用系统能够最大限度的利用现有的水资源，西科学,2006,4(24):231.不但减少了自来水用量，在一-定程度上减轻了城市污水处理[4]刘米囡.王波.高等院校中水回用的可行性[J].环境卫生工程,2004,2.厂的压力,而且提高了水资源利用率,对于其他高校中水系统[5]范永亮城市中水回用的探讨[].山西建筑,2006,18(32):180.的规划、设计建设及运行管理都有很好的借鉴意义。中水回用项目的建成会很大程度上改善西南大学校[6]吴俊森,李恒军城市污水处理及再生利用[J].山东师范大学学报(自然科学版),2005 ,20(3):69-71.园的生态环境,并能带来可观的环境效益。比如中水用于冲厕和绿地浇灌,使校园的绿化环境优良。7]蔡钾中国煤化工t分析[].工业与安全,总之,中水回用项目遵循了可持续发展理念,此中水回用[8]喻MHC N M H G用研兖[J]安徽农业科项目的建成会带动越来越多的高校校园、生活小区和区域性学,206.的中水回用,推动整个社会向循环型节约型社会转变。[9]王俊,肖波,魏群.中水回用现状及研究进展[].广东化工,06833.参考文献:[10]黄剑.结合南宁市情况谈中水回用及存在问题[].广西城镇建[1]李呈英,浅论中水回用[J].江西化工,2005,(3):41-42.设,006,7.2008 年增刊杨宝中,徐君冉,雷霞,等:河南省千旱特点及水资源开发利 用的研究.41.199a,其中大早37a,待大早6a。一般早灾约2-3a出现一次;大之一。对于榘灌区,发展浅机井,合理开发利用浅层地下水,可旱特大旱灾约10~20a出现一次;特大旱灾约50~100a出现一在早季补榘水之不足;在引黄灌区下游的纯井灌区,由于连年次"。根据1950- 1990年水利统计资料,41a中旱灾面积小于干旱,加大了地下水的开采强度,破坏了生态平衡,通过引水66.7万hm2的有16a;大于66.7万hm2的有25a,即不足两年就会补源,蓄地面水于地下水库,可满足灌溉需要。河南地表水、地发生一次受灾面积大于66.7万hm2的旱灾。河南受季风气候的下水联合运用方面主要有3种形式:影响,年内降水时空分布不均,一年之中千旱的天数多,降水(1)同-块灌溉土地上有井.有渠,井繁结合;的日子少。又由于各地自然条件的差异,往往呈现南涝北旱、(2)引黄自流灌区和井灌补源灌区分片布置;北涝南旱、先旱后涝、旱涝交错的情况。(3)排葛灌相结合的大闸.深渠、浅井体系。现在郑州、许昌、安阳、商丘等地由于地下水大量开采,已,1.2 季节性经出现了地下水位降落漏斗。因此,这些城市应积极实施地表冬春季节,雨水最少,秋季次之,夏季降雨最多。但是,就水、地下水联合优化运用。是在汛期降雨也往往集中在--次或几次暴雨或大暴雨之中。沿黄城市如郑州开封、新乡、濮阳、三门峡、商丘等利用河南省夏季主要作物为冬小麦.关键需水期在4~5月,此时降黄河水，许昌市利用白龟山水库的水,安阳市利用彰武水库雨一般满足不了小麦同期的需水要求;秋季主要作物为玉米，的水。关键需水期在7-8月,而7-8月虽进人汛期，总的降水量大于同搞好地下水的联合优化运用，首先应实现水资源的统一期作物需水量,但由于降雨集中,有效利用率较低,而且在此管理,其次搞好以流域为单元的水资源规划。在规划中应用系期间,气温高,蒸发量大,往往容易出现于旱。因此,季早出现统工程理论和方法,综合考虑经济、环境、社会目标,提高水资的几率顺序是:夏旱>春旱>秋旱>冬旱。源综合利用率,使规划更加科学合理;根据规划结果,调整地表水、地下水在不同供水目标中的构成,并逐步调整改造现有13持续性供水系统。据1450-1949年500a的统计,在全省199a旱灾年中,出现2.2防洪与 兴利连年旱38次,共145a,占全部干早年的73%。其中连早2a的16次,3a的7次,4a的5次,5a的2次,6a的3次,7a的2次,8a的1次,河南省大中型水库主要是为防洪而兴建的，为保证工程10a的1次,12u的1次。1959-1961年与1986-1988年是河南最大安全,汛期限制水位普遍较低。汛限水位是水库在汛期允许兴的两次大旱灾,受灾面积分别占全国的7.4%和14.8%。1997~利蓄水的上限水位,为了防御可能发生的极值洪水事件,通常2001年河南连续5a发生严重早灾,其中1997年和2001年遭受在汛期到来时将水位下降至固定的汛限水位。从防洪角度讲,了春夏秋连旱的特大早灾。汛限水位越低,防洪效益越大,但对于发电、灌溉.航运等则效益越小。因此,汛限水位是协调水库防洪与兴利效益矛盾的关1.4地城性键。在汛期洪水到来时将水位下降至固定的汛限水位,这种运全省分为豫西、豫北豫南、豫东和唐白丹5个区,南北气用方式过多地考虑了小概率洪水事件,减小了汛期的兴利效候差异较大,年降水量相差达1倍。不论是一般旱灾或是大旱益。事实上,在汛期对水库安全有威胁的来水一般相对集中，灾、特大旱灾,出现的几率都是豫北、豫西最大,豫东次之,豫这就为其余时期抬高汛限水位提供了可能。对于动态汛限水南和唐白丹区域最小。位的研究,现已有相当的研究成果。周庆义等I在音河水库的汛期运用中将汛期划分为3段,并对每一段洪水 分别进行典1.5 流域性型设计反推出分段时期的汛限水位。吴泽宁P)根据黄河中下河南地跨淮河、黄河海河长江4大流域,从统计资料看,游水库(三门峡、小浪底、陆浑和故县水库)及中下游防洪工程全省多年平均受灾率为18.5%,而海河流域为23.1%,黄河流域体系的运行规则考虑设计洪水典型选择、洪水预报误差和水为22% ,分别高出全省均值的25%、19% ;淮河流域为17.9%,长库运用滞时的不确定性影响,利用蒙托卡罗法模拟洪水过程,江流城为13.6%,都低于全省均值。从受灾的不同早级发生的年分别计算了前、后汛期8种汛限水位方案下的黄河中下游水库数来看,海河黄河流域早灾最重,淮河次之，长江又次之。及中下游的防洪风险指标值,推荐了小浪底水库、陆浑水库和故县水库前、后汛期相对合理的汛限水位方案。研究结果表明2水资源开发利用前汛期对于千年一遇的洪水，黄河中下游各水库的风险率均为零,陆浑故县水库汛限水位可以拾高至318.5m和532m。后针对河南省干旱特点,就水资源开发利用地表水、地下水汛期小浪底水库的汛限水位可以抬高至265m。联合运用、防洪与兴利、地下水利用、水资源开发利用与环境、中国煤化工发利用,社会经济快速雨水汇集利用、污水资源化作初步研究。发展IYHCNMH G也发生了巨大变化,这些因素极大地影啊」水库采水符性。因此.应根据水库来水2.1地表水与地下 水联合运用特性的改变,修正现有水库运用方案,以更好的发挥其供水地表水和地下水联合运用是缓解水资源短缺的有效手段功能。.42●杨宝中,徐君冉,雷霞,等:河南省干旱特点及水资源 开发利用的研究2008年增刊2.3地下水2.6污水资源化从地下水人渗补给规律来看,在同等降水条件下,当地下污水资源化是解决农业灌溉水源不足的一项重要而有效水位较浅时,补给系数较小，随着埋深的逐渐增大,补给系数的措施。污水用于农业灌溉，总结起来具有以下几方面的优点:也随之增大,当埋深增大到-定深度时,补给系数有一个最大(1)水量较稳定,受季节、雨量、丰水枯水年的影响小;值,随着埋深的增加,补给系数反而会下降。黄河浸润地区浅(2)不必去除污水中N、P、K.Ca、Mg等污染物;层地下水受黄河侧渗及引黄灌溉影响，一般埋深在4m以下，(3)需水量大,能够形成规模效益;局部地区在2m以下,地下水开发利用具有较大的潜力,应加(4)经过土壤-植物的过滤 吸收吸附、生物净化作用,大地下水开采,使地下水埋深降至3~4m,防止由于地下水埋可去除污水中的有害物质,也是城市污水经处理后用于农田深过浅土壤再度发生次生盐碱化。豫东、豫南和南阳盆地现状灌溉的最佳出路4)。目前,污水灌溉中存在的首要问题是灌溉年平均埋深3~5m,对于这些地区,地下水开发利用布局应该水质严重超标。为了控制污水灌溉引发一系列环境问题的进考虑当地浅层地下水的补给条件,开采量应控制在可开采量一步恶化,制定污水灌溉用水水质标准是十分必要的。在制范围内,达到以丰补歉采补平衡。定灌溉水质标准时,应从灌水后对土壤.作物及环境卫生的影响3大方面去考虑,还要同时考虑作物种类、土壤类型、气2.4水资源开发利用 与环境候条件灌溉水量、灌溉方式等因素。另外,污灌区应根据污河南省由于水资源短缺及利用不当，已经产生了许多不灌水质状况,大力推行-些简便易行经济可靠的污水预处良的环境效应,如地面沉降地面塌陷水质污染、土地盐渍化理技术。等。应当指出,有些不良效应是很难避免的,尤其是对河南省目前在我国污水处理水平较低的情况下，应多利用氧化这样一个水资源严重短缺的省份更是如此。特别是在特大干塘代替污水的二级处理，经氧化塘处理以后的污水才能用于旱年份,由于地表径流大量减少,会使河流污染加剧。同时,由农田灌溉。改良灌溉水质的方法就是将两种不同的灌溉水混于大量超采地下水,造成地下水位大幅下降,导致土壤水的匮合使用,在有淡水水源的地方尽量避免纯污灌,而采用清污混缺、土地沙化。对于重要的、过量开采可能造成地面塌陷等不灌或清污轮灌,减少对土壤和作物的污染[5]。良后果的水源地,应考虑避免在此区域进行重大项目建设。对于特大千旱年因引用水质严重超标的河道污水滥溉而对地下3结语水造成污染的问题，应在对省内各主要河段不同时期环境容量深人研究的基础上确定各企业的排污标准,加大污染治理河南省的干旱具有发生频率高,受灾面积大,持续性长等特点,防旱减灾任务艰巨。结合河南省于旱特点,从水资源的力度,保证达标排放。开发利用方面阐述了抵抗旱灾的途径和方法,通过采取地表2.5雨水汇集利用水与地下水联合运用,水库防洪与兴利,集雨水窖等措施来河南省水资源总量为437.13亿m',人均水量和亩均水量缓解干旱危机,并对这些措施进行了初步分析研究。只相当全国的1/5和1/6。而且时空分布不均,地表径流年际年河南省水利工程建设尽管取得了很大成绩，但是应该看内变化大。而在汛期降水利用率低,往往造成水土流失。因此,到其抵御干早的能力有限,有待进- -步提高。除了积极推动跨利用集雨水窖把雨水收集起来能够有效解央干旱地区缺水的流域调水工程的实施，厉行节约用水等一些重大的开源节流问题。根据国内经验,降雨在250- -500mm的农业地区为雨水利措施外，还应加强研究和解决省水资源开发利用深层次的问用高效地带。因此,凡有效降雨在250mm以上的地区都可开发题和矛盾,提高水资源管理水平,才能使河南省抵抗干旱的能雨水资源。力有较大的提高,促进社会、经济与资源环境的协调发展,为我国集雨水窖工程技术相对比较成熟，但是目前仍然存河南省实现由经济大省向经济强省的跨越提供保障。在着一些问题,如工程建设中缺乏科学、详细的规划设计,缺参考文献:乏对新材料的应用,结构不够科学合理等。另外,在集雨水窖[1]河南省水利厅水早灾害专著编辑委员会.河南水旱灾害[M].郑州:水处理模式确定的工作中,方案的选择是最为重要的环节,涉黄河水利出社, 1998:181-182.及到工程建设的规模、标准、投资等,直接影响到处理效果的[2]周庆义, ,皇甫溆贤,马友春.音河水库汛期分时段控制运用研究好坏、操作管理的难易、基建投资及运行费用的高低。[J].黑龙江水利科技,1995, 23(3):69-74.通常将雨水收集系统分为屋顶庭院收集系统、山丘坡地[3]吴泽宁胡彩虹字玉笔黄河申下滋水库汛限水位与防洪体系收集系统、路面收集系统。其中,应用最广泛的是屋顶庭院雨中国煤化工水收集系统。这种收集系统主要适用于较为独立的住宅或公[4]宰梅YHC N M H G与展量[].土壤(Sll),共建筑,集水通过管道流入水窖。特点是集水效率高,集水系数可达0.9以上,收集的雨水污染程度轻.雨水的pH星中性,含2006 ,38(6):805-813.盐量很少,硬度很低,集水水质较好,所需处理工艺简单,可大[5]曾德付,朱维斌我国污水灌溉存在问题和对策探讨[J].千旱地区大降低雨水处理的成本。农业研究200.22(4).221-224.