攀西地区水资源与可持续发展，本文主要内容关键词为：水资源论文,可持续发展论文,地区论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 前言
水是生命之源，是人类生活生存及社会经济发展的基础物质，是必要的、不可替代的主要资源，它支撑和保障了人类的生息繁衍和物质、精神文明的建设发展。缺少水，社会、经济就不可能持续健康发展。水资源是地球水分中可供人类利用的那部分水量，约占地球总水量的0.77%。那种认为水是取之不尽，用之不竭，没有价值的观念也被残酷的现实打破。联合国对世界上149个国家和地区水资源调查结果表明：我国人均水资源仅有2400m[3]，居109位，是个地地道道的贫水国。因此，强化水资源管理是确保水资源合理开发利用的关键。
攀西地区地处内陆，位于长江上游，自然资源丰富，是西部大开发的热点。合理开发利用了该地区水资源，维护长江上游生态平衡，不仅仅有利于该地区自身利益，而且对长江流域的自然环境、经济发展至关重要。但是，过去人们的注意力和着眼点仍是更多地放在开发攀西地区水资源上，努力寻求如何满足人类日益增长的用水要求。人们盲目乐观，过高估计现代科学技术、经济的能力，忽视水资源及其相互依存的自然环境的客观容纳能力，运转变化的规律：没有认识到和协调好人、经济、社会和资源、环境间的系统性、整体性及有机性的关系。开发利用水资源既缺乏对资源环境的重视，也忽视环境、社会、经济效应。经过多年的开发，攀西地区生态环境，特别是水资源环境面临恶化的趋势。本文讨论如何合理开发利用攀西地区的水资源，保持其可持续稳定的发展的战略。
2 攀西地区水资源概况
攀西地区包括四川省的攀枝花市和凉山彝族自治州，面积6.84万平方公里，是我国少有的资源富集区，是我国经济发展最有后劲和潜力的地方之一。区内地貌多样，以低中山、中山为主，山地占全区总面积的70%，地质结构复杂。气候冬暖夏凉，干湿季节分明，垂直变化显著。攀西地区的生态环境有一定的脆弱性，容易遭到破坏。
攀西地区受季风影响，雨水比较充沛，但分布严重不均，干湿季节明显，每年5～10月为湿季，11月下旬到下一年4月为干季。根据《四川统计年鉴》1989～1997年八年降雨量数据统计（表一）：攀枝花市平均年降雨量为819.3mm，湿季降雨量约占全年92%以上，其中七、八、九月平均月降雨量为165～190mm，最多达300m以上。干季总降雨量小于65mm，只占全年的8%，平均每月降雨量在10mm左右，甚至1989年11月到1990年3月5个月总降雨量不到4mm。凉山会理县年平均降雨量为1100mm，湿季平均每月为100～260mm，最多达466.4mm。干季降水量较攀枝花多一点，可达130mm，占全年的12%。攀西地区每年降雨量变化较大，攀枝花市1991年降雨量为1004.8mm，而1989年降雨量只有591.8mm。会理县1990年降雨量为1322.6mm，1994年为754.3mm，相差568.3mm。同时，地形降雨特征明显，北部山地可达成2000m，而一些河谷的年降雨量只有600m。
表1 攀西地区 1989～1997年降水量统计数据（单位：mm）
攀枝花地区 凉山州会理县
月份最大值最小值平均值
方差最大值最小值 平均值 方差
一月17.0
0 3.845.7424.2 0.3 10.42 9.29
二月11.7
0 4.5 4.6386.5 3.6 26.85 29.33
三月54.6
0.1
11.98
17.12
44.1 2.6 18.13 15.224
四月36.8
0.4
10.66
11.41
91.6 5.8 38.0 28.65
五月50.2
14.1 32.811.52
278.0 41.7 129.62101.22
六月217.8 65.1 130.74 49.83
294.6 114.6178.5 65.74
七月308.1 65.1 184.28 71.97
466.4 190.0272.0 94.24
八月361.6 72.6 191.29 81.56
331.1 111.2194.5276.43
九月303.9 45.0 168.13 83.43
319.8 92.3 204.4880.06
十月172.1 706
67.51
46.27
156.9 30.4 86.58 50.22
十一月 90.4
0.7
28.21
29.07
38.2 2.4 17.68 14024
十二月 18.1
0 3.785.69133.3 05.05 5.23
全年1001.8 591.8 819.74 144.15 1321.7754.31063.3234.29
攀西地区大小河流三百多条，主要有金沙江、雅砻江、安宁河、大渡河等（表二）。水量充足，落差极大，水能富甲天下，可开发水能资源为4054万千瓦和2059亿千瓦时，占全国的13.8%，已列为“西电东送”的基地。天然的湖泊有邛海、泸沽湖、马湖等。其中邛海海拔1510m，水域面积30km[2]，总蓄水量为3.2亿km[3]，马湖总蓄水量达4.8亿km[3]。还有二滩、大桥水库等大型、特大型水利工程，为调节攀西地区干湿季节水量起着重要作用。
表2 攀西地区主要河流的数据
区内多年平均 流域区内 水能蕴
河流长度径流量面积落差 涵量
(km)(m[3]/s) (km)(m)
（万千瓦）＃
金沙江 754 4600 27096 1000
3740
雅砻江 552 1860 34048 1140
1434
安宁河 312 213
11150 1650
136.5
攀西地区是长江流域不可分割的重要组成部分，其生态系统比较脆弱。由于自然与人为等因素，天然植被遭到破坏，水土流失比较严重，是长江流域的重沙区。长江的上游金沙江的强沙区又集中在攀枝花与玉屏县之间，年泥沙流失量达1.66亿吨，占长江宜昌观测站年输沙量的1/3，全区洪涝灾害频繁，据1956～1987年31年资料表明，春旱发30次，发生频率高达96.77%，夏旱15次。秋旱5次，春夏连旱15次。降雨集中，易成暴雨，洪灾年年发生，仅西昌市一年就冲毁耕地2000多亩，淹没农田1～2万亩，平均3～5年一次特大洪灾，损失惨重。全区近40%的耕地缺水，灌溉用水时正是枯水季节，加上环境污染，有的地方已发生严重的水危机。由于管理不善，过量砍伐和乱砍滥伐，致使森林资源遭到破坏（表三）。仅攀枝花市每年就减少林地20多万亩，森林覆盖率由六十年代的65%下降到目前的31.01%；凉山州也由36%下降到27.02%。目前生态系统尝有一定程度的修复力，但接近恶化的阀值，应引起人们的高度关注。目前植树造林已取得一定成效，但尚未从根本上解决生态环境问题。
表3 攀西地区森林面积及覆盖率
六十年代幅员总 林业用 有林地森林覆
森林覆盖面积地面积 面积 盖率森林覆盖
率(%) （万亩）（亩） （万亩）(%)率(%)
攀西地区 10130.31 5803.86 27810.99 27.46 39.14
攀枝花市 1113.56
815.63
345.4131.02 65
凉山州9016.75
4988.23 2436.56
27.02 36
攀西地区大气与水质在部分城镇地区较为突出，污染物排放迅速增加，特别是在城市和工业区，如在洗煤厂、焦化厂、选矿厂排污口的金沙江水质污染相当严重，底栖生物几乎完全绝灭。攀枝花市仅81家企业就产生废水5064万吨，直接排入河流达到4800万吨；凉山州也分别为1874万吨和1730万吨。水被污染，造成了较大的环境灾害，威胁着人民生活和身心健康，制约当地经济进一步发展，合理开发利用水资源、防止水污染已是当务之急。
3 保护环境与开发的替代效应
现在，人们越来越认识到保护生态环境，维持水资源平衡的重要性。它不仅提供给人们干净的饮用水，使人们得以种植粮食、水果、蔬菜，饲养家畜，提高人民物质生活水平，而且还是天然的温度调节器，调节当地的小气候：在炎热的季节里，凉爽湿润的微风给人们愉快的享受，它提供给人们休闲娱乐的场所。开发大西部，旅游业是一个重要内容，只有保护好坏境，山青水秀，气候适宜，才能真正发展旅游业。同时，保护好攀西地区的自然环境，关系到整个长江流域的生态环境。
如果水资源用于环境的净收益可以象水用于灌溉一样可用人民币计量其价值，用E表示水用于治理环境的净收益，V表示水用于工业、农业等的净收益。图(3.1)描绘两间短时期的关系。OA表示所有的水全部优先治理环境可望得到的净收益，OB表示工农业利用所有的水、土地等资源可得到的净收益。曲线AB是两者组合的可能收益曲线，治理环境得到的净收益下降则工农业得到的净收益增加，反之亦然。曲线L表示决策人的偏好曲线，两条曲线的切点为最佳组合。
如果考虑长时期的情况，图(3.1)须进一步修改。过分追求短时期的利益，会导致环境的恶化，将以后的收益贴现，曲线AB将向下移动，切点从p点移动p'点（图3.2）。最终导致工农业减产，社会福利大幅度下降。作为理性的决策者，应考虑、解决长期与短期的矛盾。
4 攀西地区水资源模型
4.1 攀西地区的水量平衡方程
实际上，攀西地区生态环境并非一个闭合系统，同邻近地区有水资源的交换，任何时刻水资源有以下的平衡关系：
I[,k]+u[,k]=△x[,k]+l[,k]+O[,k](4.1)
决策时期为一年，时间不妨以月来计算，k=1，2…，12。水量用mm表示，其中u[,k]是在时间k时的实际降雨量，l[,k]是土壤、河泊水分的蒸发以及植物蒸腾作用等总的蒸发量。X[,k]是该地区土壤含水量、树林等截留的雨水、江河湖泊的蓄水量、地下水等的总蓄水量，那么，时间k攀西地区总蓄水量的变化△x[,k]=x[,k]-x[,k-1]。由于土壤的吸收和蒸发作用，降雨与蓄水系统呈现出非线性性。实际的降雨量经土壤渗透吸收一部分后流入江河湖泊，蒸发的水份进入大气循环。I[,k]是在时间k时从攀西地区以外流入的水量,O[,k]是流出的水量，y[,k]-I[,k]是净流出量。则
U[,k]=△x[,k]+l[,k]+y[,k] k=1,2…,12 (4.2)
4.2 攀西地区的蓄水量与蒸发量
攀西地区的蓄水量包括湖泊池塘水库、土壤植被以及地下水等的蓄水的水量，是重要的水资源。蓄水量主要受降雨与蒸发影响，降雨量大于蒸发量，蓄水量增加；降雨量小于蒸发量，蓄水量减少。攀西地区的湖泊较多，特别是大型的水利设施蓄水量较大，调节水资源能力较强，设在时间k时蓄水量s[,k](s[,o]＜s[,k]＜s')，s[,o]是最低的蓄水量，s'是最大的蓄水量，人们可以控制一定的蓄水量。但蓄水、用水成本高，甚至远水解不了近渴。另一方面是土壤植被、森林蓄水，例如1hm[2]森林能蓄水300t水，3000hm[2]的森林蓄水量相当于百万立方米的水库，而且用水成本有柢，是一些地方的主要水源。裸地蓄水能力只有森林的1/20，暂时不考虑。森林蓄水与森林面积有关，面积越大，蓄水量越大。简单地，设森林蓄水与面积成正比例，即e[,k]S[,k]，e[,k]表示单位面积的蓄水量。森林覆盖率S[,k]受人类影响较大，特别是国家政策。用δ[,k]表示森林覆盖率的变化，体现人们的利用自然资源的政策。
S[,k]=S[,k-1]+δ[,k]
(4.3)
所以k时攀西地区的蓄水量为
x[,k]=s[,k]+e[,k]S[,k] k=1,2…,12 (4.4)
攀西地区的总蒸发量包括水面、土壤蒸发量和植物散发量。由于植物生长、发育与蒸发量成正比例，从蒸发量可以得到农作物等的生长发育的情况，灌溉用水从某种角度来看就是满足土地的蒸发量。巴哥罗夫认为蒸发量取决于两个因素：水热能量气候条件和地理水文景观条件。我们考虑攀西地区总的蒸发能力和实际蒸发量，若实际蒸发量小于土地的蒸发能力，就会造成旱灾，需要进行灌溉。Thornthwaite[1]认为每月最大可能的蒸发量与其平均温度正相关。事实上，最大可能的蒸发量只有在雨水充沛时才发生，因此需考虑土壤积存的水分。若土壤积存的水分很少，低于某一个值，蒸发就不会发生。文献[1]估计攀西地区年蒸发量在450～650mm。从表四来看，冬季约10～25mm，四月后夏季风开始活跃，以后逐渐增加，9月以后又逐渐减少。干季降雨量低于蒸发能力，缺口为71mm，最大可能蒸发量与实际蒸发量相差41mm，这时因为土壤自身蓄水补偿一部分，灌溉也补充一部分水量。实际上，森林蓄水为40～70mm，有的达100mm以上，除了自身调节干湿季节的水量，还可以在干季提供20mm左右水量。因此森林覆盖率高的地方，水资源环境良好。而耕地蓄水能力差异较大，蓄水量与土层厚度有关。土层厚、蓄水性能好，需要灌溉用水量少，耕种效益高；裸地土层薄，蓄水性能差，只有几毫米到十几毫米，需要灌溉用水多，耕种效益差，甚至得不偿失。
表4 攀西地区平均每月实际的蒸发量和最大可能蒸发量（单位：mm）
一 二 三
四
五 六
七
八
九
十 十 十 全
内容月 月 月
月
月 月
月
月
月
月 一 二 年
蒸发能力 24 29 34
42
56 72
83
86
74
48 26 23 597
平均降雨量
8
13 16
24
72 152 210 186 144 85 16 5
931
实际蒸发量
18 21 25
35
50 72
83
86
74
48 24 19 549
水分不足 16 16 18
018 00000
10 18 96
水分余量 0
0
0022 80
127 100 60
37 0
0
431
攀西地区实际蒸发量约为543mm，占全区平均降雨量925mm的59%。地下水的水量每年变化很小，忽略不计，地表径流约降雨量的占41%。湿季的蓄水加上干季的降雨量，还是少于干季的需水量。为了解决干季旱灾问题，关键在于保护森林、多蓄湿季降的雨水，从而调节用水的矛盾。
4.3 降水量与蒸发量的关系
由于陆地降雨量主要来自陆地表面，特别是地面蒸发和植被的蒸腾作用造成的。蒸发的水汽在空中凝积后，又以降雨的形式降落在地面上。Kalinin[1]推测大气中的水大约9天更新一次，蒸发量越多，降雨量相应也就越多。将降雨量表示成蒸发量的序列
我们得到攀西地区的降雨量和蒸发量模型：
从模型可以得到蒸发量对降雨量影响系数为1.886，季节影响为16.83mm。一个地区森林面积减少，将减少蓄水量和蒸发量，从而减少该地区的降雨量。例如，西双版纳地区森林覆盖率由过去的66%减少到目前的33%，近年来降雨量减少了50%。攀西地区米易县桂榜乡，50年代有森林1667公顷，可靠山溪自流灌溉。70年代仅残余66.7公顷，致使水源奇缺，桂榜河断流，现在不得不另谋蓄水灌溉。我国科学家对华北石质地区山区研究表明：森林覆盖率每减少1%，河流最大洪峰流量相应增加9.54m[3]/s；森林覆盖率每增加1%，河流枯水期日最小径流增加235.4m[3]/s。因此，攀西地区多蓄水，保护森林除了能调节水资源，而且还能改善该地区的小气候，意义非常重大。
4.4 水资源管理目标
由于客观条件限制，一个地区的蓄水量有一定的限度，河流的流量太大则易造成洪灾，太小又造成水资源缺乏。修建和维护水利设施、保护环境需要人们的物质、财力、人力等投入。在湿季雨水充沛，超过人们的需要，甚至造成灾害，水不再是稀缺品，其价值趋于零。而在干季，用水困难，制约社会经济的运行与发展，水显得非常昂贵。人们对水在自然资源环境中的价值还无统一标准，低估了它的正外向性和环境公用品的价值。我们这里用保留的蓄水量的机会成本表示保护生态环境的收益。一个良好的生态环境能较好地调节水量，需水量与供水量相差不会太大。供水量不能满足需水量，就会使工农业减产，造成很大的旱灾损失。供水量太大，江河泛滥，也会给人们的生命财产造成直接、间接的损失。因此，我们提出攀西地区水资源管理目标是需水量与供水量偏差带来的损失总和最小。
其中，Wk是时间k时可能采取的政策集合,z[,k]是人们用水的需求量，λ[,k]是时间k时的损失系数。采用二次式，说明损失与该偏差成指数增长。在时间k的损失：
V[,k](w)=λ(u[,k]-△x[,k]-l[,k]-z[,k]) (4.10)
4.5 动态规划求解和分析
由于攀西地区干湿季节明显，湿季雨量充足，考虑如何蓄水；在干季考虑如何分配积蓄的水。在给定的自然资源状态序列，该优化问题可表示成两阶段动态规划问题，从而决定自然资源是否开发，开发多少。令A=｛5,6,7,8,9,10｝B=｛11,12,1,2,3,4｝
则(4.9)改为
用相似的方法向后递推，可得最优决策。
根据攀西地区的水文数据资料，按照上面动态规化原理得到下面蓄水量变化曲线。湿季能蓄水57mm，5～7月由于土壤吸收水量较多，湖泊也积蓄大量的水，因而曲线较陡（图三）。8～10月土壤吸收水量接近饱和，湖泊积水也受到限制，蓄水量小一些，曲线较平，10月积水量最大。以蓄水量逐渐减少，4月蓄水量最少。
人们可以通过保护森林、改造耕地增加土壤的蓄水量，修建水库等水利设施也可增加该地区的蓄水量，特别是大型、特大型水库，蓄水能力达几亿、几十到一百几十亿立方米，对调节水量起极其重要的作用。但要从根本上解决生态平衡问题，还是要保护好森林，保护好耕地，避免水土流失。因为土层被洪水、风沙剥离，河水含沙量大，水库终将被泥沙淤积，降低或失去蓄水功能。我国规定山区森林面积要达到70%。保护森林、禁止砍伐森林、退耕还林，发展高产农业，改善人民特别是少数民族人民的生活，才能步入保护环境的良性轨道。
攀西地区降雨多，水资源丰富。但干湿季节明显，5～10月降雨多，11月下旬至第二年4月降雨少，降雨量分配不均。农业灌溉及其它正需用水时正是枯水季节，然而攀西地区内天然的湖泊调节能力有限，远不能满足需要。再加上攀西地区大开发，用水量将大大增加，进一步加剧水资源紧张局势。水利建设势在必行。在降雨多的时候充分发挥江河湖及水利设施的蓄水功能，保留到枯水季节使用。如新建的大桥水库，接雨面积769km[2]，总库容6.83亿km[3]，以灌溉和工业、城镇生活供水为主，结合发电，兼顾防洪、环境保护用水、水产养殖，社会、经济效益良好。攀西地区即将建设的大巨型电站11座，总库容达到目的570亿km[3]，调节库容280亿km[3]，实现年度间的雨水调节，既能充分利用水能资源，又能保护水资源，一举多得。同时在各地，因地制宜，修建中小型、微型水利设施，从根本上解决水资源矛盾问题。
5 结论
(1)事实说明，环境污染、森林毁灭、社会经济发展对水需求量增加是导致缺水的主要原因。过分的水量流失，势必减少当地的降雨量。土壤所含的水分是一个地区总蓄水量的重要组成部分，关系到工农业等经济活动。由于乱砍滥伐森林、毁林造田、落后的农耕方式，致使表层土壤大量被冲走，攀西地区水土流失面积占土地总面积的45%。森林具有涵养水源的功能，在流域内增加森林，植树造林，是防止水源枯竭，补给地下水，延缓与平稳河川径流的重要手段。森林是水循环最好的调节器，防止水土流失，增加地下水含量，减少水灾危害。
(2)攀西地区水资源丰富，但利用率不高。兴修大中型水利工程，不但能充分利用丰富的水能资源，而且能调节河流丰枯季节的水量。坝库在截留蓄水方面起主导作用，坝库能广泛地收集流域内的雨水，特别是对洪水具有储藏和安全排泄的功能，能对下游进行大面积灌溉、或用于发展水产养殖业和旅游观光业，达到宏观意义上的优化时空调控。同时，在乡村微型水利、池窖起补充作用。
(3)攀西地区应建设成为节水型社会。有关资料显示，越是发达的地区农业用水占的比例越小，我国农业用水占总需求量的80%以上，而欧洲只占33%，高于世界的平均水平。用水比例大是农业灌溉技术落后的体现。攀西地区发展农业，应重视农业的节水问题，提高水的灌溉利用率。这既能节约大量的水资源，又减少地面径流污染、水土流失，取得良好的经济社会效益。攀西地区重工业发达，工业用水量大，工业产品单位消耗水量是发达国家的几倍、十几倍甚至几十倍。要改变这种落后的局面，首先应从管理入手，利用法制和经济手段，促进企业发展清洁工艺，采用推广先进技术，提高水的重复利用率，降低耗水量。
(4)攀西地区应防止环境污染。对落后的设备更新、改造，新建、扩建项目中需要的污水处理设施，控制污水的排放量。污水资源化是解决水资源短缺、减少污水排放的一个最佳途径。一些专家估计，把污水处理成可饮用、质量稳定的水，费用甚至低于开发新的水源。对于中小城市结合经济、自然、规模等实际情况，因地制宜构建控源导流、生态工程系统。清水、污水分流，科学地将污水导入河滩、沼泽、沙丘等荒地、废地进行集中处理，在植物系统中，通过物理、化学、生物等自然条件下的综合作用，达到污水净化与资源化相结合的目的。
(5)为了提高水资源的利用率，从根本上来看要强化水资源的市场价值观，增强水资源的忧患意识。人们对水资源价值的研究日趋活跃，特别是随着自然资源核算及纳入国民经济核算体系理论研究的深入，极大地推动水资源价值的研究：水本身所固有的价值和水资源污染所造成的损失。文献[2]研究成果表明渭河流域因水污染而造成的水资源本身的损失几乎占国民收入的1%，间接的损失更难以估计。攀西地区应加强水污染的治理，防患于未然。
(6)攀西地区应强化水资源的法制建设，加强水资源的管理。政府要切实做好山区退耕还林的工作，要解决好贫困地区人民、特别是一些少数民族的生活，有步骤搬迁部分贫困地区（主要是生态环境恶化区）的人民到环境好的地方生活，以便治理那里的环境。
因此，水资源开发利用、环境保护和经济增长、社会发展必须协调一致：水资源开发利用措施和管理办法，必须要保护自然生态系统的良好性循环和发展，维持水资源供需平衡。要运用系统科学的方法研究社会—经济—环境—资源复合系统，掌握其变化发展规律。科学地制定水资源长期发展战略，实现资源环境的可持续开发利用与人类社会的可持续发展相协调，保障人类社会的繁荣富强和人民生活质量的全面提高。
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