2.3 一期工程对海河流域受水区生态环境影响
自20世纪80年代以来，海河流域长期干旱，尤其是近10年遭遇了连续枯水年，是我国地下水超采问题最突出的地区；若将浅层地下水蓄变量（亏损量）和深层承压水开采量之和作为地下水总亏损量，则海河平原1998—2005年8年间地下水累计亏损量约575亿m3，其中浅层地下水264亿m3，深层承压水311亿m3；地下水年均亏损量约72亿m3，其中浅层地下水33亿m3，深层承压水39亿m3，分别占一期工程受水区浅层超采量56.40亿m3的59%和深层不合理开采量46.48亿m3的84%。海河流域平原区除滦河平原外，基本全部位于东、中线一期工程受水区范围内，因此，本次以海河流域为靶区，定量评估一期工程对受水区生态环境的影响，分析过程详见第5章。
2.3.1 受水区多年平均供需平衡状况
海河流域受水区基准年（2005年）需水量137.2亿m3（1980—2005年平均），缺水量38.6亿m3，90%的缺水量集中在农业和农村生态，工业也存在少量缺口，主要发生在特枯水年。在水资源合理配置模式下，2020水平年与基准年相比将减少需水量2.9亿m3，新增供水量33.7亿m3，可基本实现水资源供需平衡（表2.9）。在新增供水量中，新增生活供水量11.2亿m3，工业供水量10.1亿m3，农业供水量3.8亿m3，生态环境补水量8.8亿m3。
2.3.2 一期工程对受水区水量综合置换效应
与基准年相比，2020水平年海河流域受水区将增加引江水量70.1亿m3，引黄水量2.0亿m3，非常规水源利用量14.9亿m3（其中再生水利用量[1]9.3亿m3）。一期工程引江水量约占新增总供水量的81%，是实现经济社会发展和生态环境修复不可缺少的水量条件。
表2.9 海河流域受水区合理配置情景供需平衡（1980—2005年平均）单位：亿m3
与基准年相比，2020水平年城镇将退出当地水供水量42.7亿m3，其中减少地表水供水量18.5亿m3，减少地下水开采量24.1亿m3；农村将增加当地地表水供水量6.3亿m3，减少地下水开采量16.8亿m3；生态环境将增加地表水量12.2亿m3。城镇和农村合计可压减地下水开采量41.0亿m3（表2.10）。
表2.10 海河流域受水区水量综合置换效应（与基准年F0相比）单位：亿m3
续表
注 正值为增加供水量（或开采量），负值为减少供水量（或开采量）。再生水量仅指用于经济生产的水量，不包括废污水处理后排放地表水系统的水量。
按城镇和农村两类用水户归类，2020水平年在合理配置模式下，主要新增供水量分配及水量置换效应（图2.3）如下：
图2.3 2020水平年海河流域受水区引江后水量置换效应
（1）引江水量的90%供给城镇生产与生态（指为城市绿地、景观水面补水），10%相机供给农村生产和生态（指为水土保持林、河湖补水）。
（2）新增微咸水、海水利用供水量的60%供给城镇，40%供给农村。
（3）新增再生水利用量的46%供给城镇，54%供给农村，尚有约1.1亿m3处理后废污水排放量回归于生态环境。
（4）城镇在获得以上三部分新增供水量后，可减少当地地表水供水量约18.5亿m3，其中34%供给农村，66%回归地表水系统；可使生态环境增加地表水量12.2亿m3，入海水量将由基准年的32.4亿m3提高到37.3亿m3，增加约5.1亿m3；可减少城区地下水开采量24.1亿m3。
（5）2020水平年与基准年相比，受水区可减少地下水开采量约41.0亿m3，其中城镇约占59%，农村约占41%；减少当地地表水供水量12.2亿m3，增加废污水处理排放河道水量1.1亿m3；三者合计约54.3亿m3。即通过减少当地地表水供水量和地下水开采量，2020水平年受水区可置换出54.3亿m3的现状经济生产用水回归生态环境（图2.3）。
2.3.3 一期工程对城镇供水水源的置换效应
在一期工程海河流域引江水量70.1亿m3中，约63.14亿m3直接供给城镇，其水量置换效应如下：
（1）约18.55亿m3用于满足经济发展生产用水的增长需求，约占城镇引江水量的29%。
（2）其余约44.59亿m3主要用于置换城镇当地供水水源，包括减少引黄水量1.91亿m3，减少当地地表供水量18.54亿m3，减少地下水开采量24.14亿m3，分别约占城镇配置引江水量63.1亿m3的3%、29%和38%。
（3）用于满足经济发展的18.55亿m3引江水量，将新增18.6×0.8×0.7=10.39亿m3废污水处理量，其中4.28亿m3回用于城镇，5.03亿m3转供农村，剩余1.08亿m3排放于河道。
综上所述，城镇在获得63.1亿m3引江水量后，在引江与当地水资源合理配置模式下，可置换出约44.59+5.03+1.08=50.70亿m3水量给农村和生态（图2.4）。可见，南水北调工程的生态效应主要体现在，城镇获得引江水量后，置换出一部分当地地表水给农业，通过压采地下水还水给生态，通过增加城镇废污水处理量补充农业和生态用水，即以受水区城镇为“点”，借助供水工程和地表河道将引江后城市置换出的水量转移到农村的“面”，保障经济生产并兼顾生态环境用水，实现当地水和外调水的补偿利用与合理配置。
在地下水控制与生态环境修复的水资源合理配置模式下，受水区省（直辖市）内地区间引江水量的分配列于表2.11。与规划调水量相比，水量变化超过1亿m3的地市有沧州（1.33亿m3）、衡水（-1.22亿m3）、安阳（1.31亿m3）和邯郸（1.29亿m3）。
图2.4 2020水平年海河流域受水区多水源合理配置的水量置换效应
表2.11 海河流域受水区合理配置情景引江水量分配
续表
2.3.4 一期工程对地下水压采与地下水位变化的影响
海河流域受水区浅层地下水可开采量117.1亿m3，基准年浅层开采量153.1亿m3。引江后2020水平年可控制在130.1亿m3，与基准年相比，可压采浅层开采量23.0亿m3；与可开采量相比，仍超采约15.6亿m3。
基准年深层地下水不合理开采量33.7亿m3，引江后2020水平年可控制在15.7亿m3，可压采深层开采量18.0亿m3，仍存在深层不合理开采量约15.6亿m3（表2.12）。
对照《受水区地下水压采总体方案》设定的2020年压采目标，仅天津市达不到深层水压采设定目标（表2.13），需要进一步研究和调整天津引江水的利用策略。
表2.12 海河流域受水区2020年地下水开采量控制 单位：亿m3
注 压采量为2020年与基准年开采量之差；超采量为2020年开采量与可开采量之差，受水区超采量合计未计入负值。
表2.13 海河流域受水区2020年压采目标实现程度
一期工程通水后，2020水平年海河流域受水区浅层地下水总补给量约196.4亿m3，总排泄量约226.2亿m3，仍处于负均衡状态（表2.14）。受水区大部分地区的浅层地下水位在下降，其中保定浅层漏斗中心水位埋深将由2005年初的34m下降至2020年的48m，下降约14m，年均下降速度由不引江的1.2m/a减少到0.9m/a；宁隆柏浅层漏斗中心水位埋深由约53m下降到68m，下降约15m，年均下降速度1.0m/a。与现状年下降速度1.5～2.0m/a相比，引江后年均下降速度明显减慢。
2020水平年海河流域受水区深层地下水补给量30.7亿m3，排泄量32.2亿m3，处于基本均衡状态（表2.14）。其中冀、枣、衡深层漏斗中心水位埋深由77m降到82m，下降约5m，年均下降速度由不引江的1.88m/a减少到0.3m/a；但天津深层漏斗中心水位埋深由约96m上升到82m，抬升约14m，年均抬升0.9m/a。
表2.14 海河流域受水区2020水平年地下水均衡 单位：亿m3
2000年以来，天津市承压水开采量呈逐年下降趋势，由2000年的5.59亿m3依次降至2005年的3.83亿m3和2008年的3.18亿m3，同期承压漏斗中心水位汉沽区、西青区呈回升趋势，2000—2006年年均回升约0.7m，说明开采量已小于因承压水头下降引起的越流和侧向补给量，仅东丽区呈下降趋势（图2.5）。引江后随着深层开采量的减少，承压漏斗中心水位逐渐抬升达到采补新平衡是合理的。
图2.5 天津市深层承压水水位变化
2.3.5 一期工程对农业供水的保障作用
在引江水优先满足城镇用水需求后，农业2015—2020年年均可增加引江、引黄水量10.2亿m3，可增加当地地表水供水量8.4亿m3，减少地下水开采量约24.7亿m3，增加再生水利用量约5.5亿m3，4项合计约48.8亿m3，约占引江后（2015—2020年）农业年均供水量223.0亿m3的21.9%。
在遭遇2002特枯年时，基准年受水区总缺水72.1亿m3，其中农业缺水64.9亿m3，占总缺水量的90%。一期工程通水后，与基准年相比，2020水平年农业将增加引江水量5.7亿m3、引黄水量2.4亿m3、非常规水源利用量5.9亿m3和当地地表水供水量1.4亿m3，可减少地下水开采量约18.8亿m3；可使特枯年农业缺水量由基准年的64.9亿m3降至2020水平年的33.9亿m3，减少近一半（表2.15）。
若2020年遭遇特枯年，农业开采量将达到129.7亿m3，比基准年遭遇特枯年减少约18.8亿m3，并略小于基准年多年平均开采量131.5亿m3（表2.16）。说明一期工程通水对保障农业生产用水、控制地下水开采量均具有较显著的效果。
表2.15 海河流域受水区农业需水量与供水结构 单位：亿m3
表2.16 大型水库与控制断面水量平衡对比 单位：亿m3
注 1.总入流水量为各个节点模拟入流水量的总和。
2.水量损失为水库蒸发渗漏损失之和。
3.供水量包括工程对计算单元用水户供水和工程间串联供水量。
4.蓄变量为末库容减初库容值。
2.3.6 一期工程对地表水及入海水量的影响
基准年1980—2005年平均大型水库与主要控制断面的总入流量176.2亿m3，下泄量96.2亿m3。2020水平年随着一期工程通水，当地地表水供水量减小，下泄量将增加到111.5亿m3（表2.16），增加约15.3亿m3。表明南水北调工程对受水区地表水循环的主要作用在于，通过置换（减少）当地地表供水量增加下游区地表径流量。
对比基准年与引江后2020水平年主要水库下泄量可知，大部分水库引江后下泄量增加了10%以上、断流年数（指下泄量为0的年数）减少了14%以上（表2.17）。但由于海河流域平原河流多呈宽浅性散流，且地下水位埋深较大，增加的下泄量大多在沿程以蒸发和渗漏形式损耗，尚不足以维持河道常年基流。
表2.17 主要控制断面下泄量变化（1980—2005年系列）
注 断流月数指月下泄量为0的月数；断流年数指年下泄量为0的年数。
基准年海河流域1980—2005年多年平均入海水量模拟值约32.4亿m3（同期实测入海水量约35.1亿m3），引江后年均入海水量37.4亿m3（表2.18），约16.3亿m3来自上游河道弃水，约21.1亿m3来自当地排水，其中未处理废污水约占27%。与基准年相比，2020水平年可增加入海水量约5.1亿m3（与实测值相比增加约2.3亿m3），多年平均月入海流量过程见图2.6。
表2.18 海河流域水资源二级区入海水量变化（1980—2005年系列）单位：亿m3
图2.6 海河流域多年平均月入海流量过程（1980—2005年系列）
从总体上看，一期工程通水后，尽管可置换出一部分水量补充地表水系统，但尚不足以维持河道基流，入海水量增加有限。
2.3.7 一期工程对河口生态环境的影响
目前的河口咸淡水区范围由于入海水量的减少而逐渐减少，加上河口建闸，感潮河段缩短以及河道海相泥沙的大量淤积，使得河口范围大面积减少。根据模型计算，漳卫新河河口按目前汛期平均入海流量（大约10m3/s），其河口区域面积（不包括沿岸面积）仅为2.6km2左右。河口区域面积的减少也导致整个河口及近岸海域鱼类栖息地面积的减少，一些本地鱼类及洄游性鱼类因生境的消失而迁移或灭绝。而一期工程通水后，将能适当增加入海水量。
通过模型分析漳卫新河河口咸淡水区域面积与河口入海水量的相关关系，取盐度25～29为鱼类生境适宜性范围，考虑整个河口近岸海域，漳卫新河河口汛期鱼类适宜生存环境面积大致为9.59km2，相较枯季面积5.11km2增加4.48km2。另根据不同入海水量的模拟结果，当入海流量在50m3/s以内时，其鱼类适宜生境面积会呈二次幂指数升高。
根据漳卫新河河口模拟结果，进一步分析2020水平年一期工程达效后海河流域水资源二级区入海水量变化对河口生态环境的影响（表2.19）。滦河区由于入海水量减少，其鱼类适宜生境面积也相应减少。取7-8月平均径流量计算，与基准年相比，2020水平年入海水量从6.4亿m3减少为5.1亿m3，流量从120m3/s变为95m3/s。但从模拟的入海水量与鱼类适宜生存环境面积相关关系图看，面积不会减少太多，即2020年滦河区入海水量减少对近河口海域影响不大。
表2.19 海河流域水资源二级区入海水域鱼类适宜生存环境面积变化情况
海河北系7-8月平均径流量基准年为3.0亿m3，2020年增加至3.6亿m3，相应流量从56m3/s增加至67m3/s。北系主要由潮白新河、永定新河两个入海口，按平均计算每个入海口流量由28m3/s增加至33.5m3/s。则每个河口鱼类生存环境适宜面积能增加10km2，两个河口可增加20km2。
海河南系7-8月平均径流量基准年为6.3亿m3，2020年增加至8.8亿m3，相应流量从118m3/s增至164 m3/s。南系主要由海河干流、子牙新河、独流减河、漳卫新河4个入海口，另有南排河及捷地减河两个入海河口。每个入海口流量由19.7m3/s增加至27.3m3/s。则每个河口鱼类生存环境适宜面积能增加11.5km2，6个河口可增加69km2。
徒骇马颊河7-8月平均径流量基准年为3.4亿m3，2020年增加至4.7亿m3，相应流量从63m3/s增加至88m3/s。每个河口流量从31.5m3/s增至44m3/s。每个河口鱼类生存环境适宜面积能增加25km2，两个河口可增加50km2。
总的来说，在理想情况下，随着2020年一期工程达效后，整个海河流域的河口及近岸海域生态环境能产生一定的好转。河口鱼类适宜生存环境面积能从原来的354km2增加至491km2。
[1]：❶ 这里指用于经济生产的再生水利用量。