西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究

“九五”国家重点科技攻关计划“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”项目于今年３月１２日在北京通过验收。验收组认为：该项目主要反映国家需求和西北地区实际情况，立项具有前瞻性，攻关目标明确，技术路线正确。该项目全面完成并部分超额完成考核目标及主要技术经济指标，提出重大研究成果２５项，突破关键性技术１０项，建立实验基地６个，研究示范区９个，研究成果整体上达到国际领先水平。

该项目共设６个课题２６个专题，以西北地区水资源合理配置、水资源承载能力、生态保护准则及生态需水为攻关突破口，开展了跨部门、多学科的联合攻关，并对西北地区社会经济健康发展与生态系统保护相互协调的战略问题进行了分析研究。

一、西北地区经济发展与水资源及生态安全

１．中国２１世纪可持续发展与西部大开发

西北地区在战略上是支撑我国社会经济２１世纪可持续发展的重要基地。该地区总面积占全国１／３，土地资源丰富，光热条件较好，有发展农林牧业的潜力，在粮食、肉类等农牧产品的生产方面能够起到战略后备作用。矿产资源种类多、储量大，在全国具有举足轻重的地位。但西部地区处在生态脆弱地带，在经济开发中遇到的水资源利用与生态保护的矛盾较之东部要复杂、严峻得多。改善生态系统，搞好生态建设，是西部地区开发建设必须研究和解决的重大课题。

２．社会经济发展

该项目研究的西北地区包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆５省（自治区）及内蒙古西部的阿拉善盟、伊克昭盟和乌海市，总面积３３９万ｋｍ２，占全国面积的３５％，跨内陆河流域片（包括奇普恰普、额尔齐斯河外流区，以下同）、黄河流域片、长江流域片以及属于西南诸河片的澜沧江，其中内陆河流域占西北面积的７３％。

西北尽管地域广阔，但受自然条件的限制，人类社会经济活动区域狭小，基本上集中在黄河与内陆河区。黄河流域人口占西北总人口的６０％。该专题重点研究的内陆河流域片人口占西北的２７．１％，主要在新疆各盆地与河西走廊。

经过新中国５０多年来的大规模建设，西北地区已初步形成以兰州为中心的黄河上游能源化工基地，河西走廊有色金属基地，以西安为中心的高科技综合工业基地，以乌鲁木齐为中心的天山北坡经济开发带，以库尔勒为中心的石油化工基地，以格尔木为中心的盐化工基地，构成了以资源基础加工为主的工业体系。农业方面，通过大力发展灌溉事业，形成了北疆、南疆、东疆、河西走廊、宁蒙河套、关中盆地等大片人工绿洲，有力地推动了当地生产的发展。

３．西北地区水资源与生态安全

西北地处内陆腹地，干旱少雨，生态系统脆弱，荒漠化程度高，几乎集中了我国全部沙漠：塔里木盆地中的塔克拉玛干沙漠，准噶尔盆地内的古尔班通古特沙漠和阿拉善高原上的巴丹吉林沙漠，还有柴达木盆地沙漠，贺兰山西侧的腾格里沙漠，黄土高原北缘的毛乌素沙漠等。除此之外，还分布有大面积的戈壁。历史和现实情况表明，西北地区社会经济发展的最大制约因素是水，以及因缺水造成的十分脆弱的生态系统。

水是维护干旱地区生态系统的命脉。由于绿洲被荒漠包围，生态基础原本就比较脆弱。大规模水资源开发利用改变了物质平衡中最重要的水循环，使天然植被退化，绿色植物由于缺水大量死亡，使生物生产能力下降，生物链的始端严重萎缩，打破了生态平衡。通过引水灌溉建立起来的人工生态系统，绿色植物简单（人工林、人工草、农作物），生物链更加单一，除了人以外几乎没有野生动物。人工生态支持的人工绿洲是社会经济的载体，水资源是其生存和发展的根本依托。

内陆河流域平原生态组成与分布的特点是：以河流为中心，向两岸依次为发育林、草等植被，并且覆盖度由高向低渐变，依次形成绿洲、过渡带和荒漠，反映了河川径流的运动和耗散规律。人类活动通过水资源开发利用，将天然条件下支撑植被的水提取一部分消耗于经济目的，使得河流下泄量减少、两岸地下潜水消退，径流活动范围向上游和近河岸收缩，导致下游生态退缩、交错带变窄，绿洲与荒漠的空间距离拉近。因此，水循环的稳定是生态系统安全的根本保障。

大规模人类活动明显改变了流域水循环的时空分布，进而导致依存于水循环的生态系统也发生了相应改变。该次攻关研究的最新成果显示，全西北难利用土地（沙漠、戈壁、裸地、盐碱地）占国土面积的５０％。

二、影响西部大开发的重大科技问题

１．水问题是西部大开发必须首先解决的重大科技问题

西北地区的水问题是影响我国社会经济发展的重大科技问题，对水资源开发、利用、保护、管理，以及与水有关的生态保护与建设等一系列问题进行联合攻关，有利于促进西北地区人口、资源、环境与社会经济协调健康发展，为我国２１世纪的可持续发展创造条件。水资源合理配置是西北地区实施西部大开发战略成败的关键，水问题是西部大开发必须首先解决的重大科技问题，已成为全国上下的共识。

该项目的三项关键技术是：西北地区的发展界限——水资源承载能力，生态系统的允许状态——生态保护准则与生态需水，社会经济发展、生态系统保护与水资源合理开发利用的相互关系——水资源合理配置。

２．攻关目标

西北水资源攻关要达到的四个基本目标：一是分析水资源与生态系统现状，提出各重点地区的水资源承载能力；二是提出各重点地区水资源合理配置和高效利用的方案与措施；三是提出西北干旱地区的生态系统保护对策；四是提出面向可持续发展的干旱区水资源合理配置与生态系统保护战略，为国家“十五”计划开发大西北的宏观决策提供科学依据。

３．项目特色与突破点

西北地区的生态系统、水资源合理配置、区域水资源承载能力相互关联，其共同的基础是水资源形成与演变，以及伴随着水循环过程出现的生态系统的变迁。因此，必须研究西北地区水循环固有特性以及在人类活动干扰条件下的变化机理，研究水分—生态演变机理，这是从根本上解决西北地区水资源问题的必由之路。本次攻关以此为切入点，在此基础上建立严谨的技术体系，从而实现攻关目标。

三个攻关突破点的相互关系为：生态系统问题最为基础，在研究西北地区生态问题的同时，对各个重点地区计算出生态系统需水量，以便为水资源合理配置及承载能力分析提供依据。

水资源合理配置理论与方法研究是问题的核心，通过合理配置，可以确定国民经济用水和生态系统用水的合理比例；同时水资源合理配置又是水资源承载能力计算的基础，只有在区域发展模式、生态系统质量、水资源开发利用格局三者之间关系均协调的情况下，水资源才能达到对区域可持续发展的最大支撑能力。

水资源承载能力强调“极限”情况下发挥水资源最大潜力时对人类社会及其生存环境所能作出的贡献。由于是极限情况，就有一个如何确定生态保护准则的问题，即要确定经济发展用水和生态系统用水之间的“度”；同时也还有一个在需要和可能之间合理权衡的问题，即合理确定单方水的工农业生产效率。因此，水资源承载能力计算要在生态需水量计算和水资源合理配置的基础上进行。

三、项目取得的主要成果

成果之一：提出了内陆河流域的水资源二元演化模式。内陆河径流散失区内人工绿洲的出现和迅速发展，使得自然状态下的流域“四水”（大气水、地表水、土壤水和地下水）转化关系发生了明显变化，在天然水循环的大模式下又形成了侧支的人工水循环。以河道外大规模引水为基本特征的人工水循环通量日益增加，下游河道径流量不断减小。绿洲天然径流量与人工水循环通量此消彼涨，相应地天然绿洲与人工绿洲此退彼进，以水为纽带形成了水资源—社会经济—生态系统相依相制的定量关系。流域二元水循环模式，为水资源评价、水资源开发利用评价、生态系统质量评价奠定了统一基础；能够从流域水循环高度统一界定水资源可利用量和生态系统用水量；能够从流域水循环和工程系统两个层次评价节水潜力，并为生态适宜需水量和最小需水量提供了统一标准。二元模式清晰地描述了绿洲资源环境承载主体和社会经济被承载客体之间的复杂联系，是在时间与空间、经济与生态以及不同水源之间进行水资源合理配置的概念模型和集成平台。二元模式的提出与应用，是水资源研究在理论上的重大创新和突破性进展。

成果之二：提出了基于二元模式的水资源评价层次化体系。将有效降水与径流性水资源联合评价，提出并计算了内陆干旱区的广义水资源量，对于研究干旱区水分—生态相互作用机理具有很强的理论指导意义。在此基础上，按统一技术要求进行了西北地区的水资源开发利用现状评价和生态系统质量评价。通过大规模现状调查，对水资源开发利用的基本模式和阶段性特征、水资源利用效率、供水与用水增长情况、缺水地区分布和缺水程度、开发利用中尚存在的问题等方面进行了系统评价。并采用遥感信息与地面调查相结合的方式，首次对２０年来干旱区天然生态与人工生态以水为纽带的消涨关系进行了定量分析，并在此基础上总结了生态建设的成功经验，提出了亟待解决的问题。

成果之三：提出了干旱区水分—生态相互作用机理。按山区、平原绿洲、过渡带、荒漠进行一级分区，将平原绿洲和过渡带定义为平原生态系统。根据水分条件确定生态系统各层圈结构的平均需水定额，并按有效降水、天然径流（含地下水）、人工补给、人工补给后退水等项分别确定各类植被的水分补给来源。当水资源开发利用方式和土地利用方式发生变化时，水资源分布和补给条件相应发生变化，并导致生态系统层圈结构随之发生变化。这一定量化的水分驱动生态演变模型，在国内外干旱区研究中是首次提出的。

成果之四：建立了干旱区生态需水量的计算方法。微观层次上，根据生态耗水机理和实验观测数据，提出了各典型生态的最小耗水标准和适宜耗水标准；宏观层次上，根据绿洲区天然生态、人工生态与流域水循环的关系，对绿洲天然生态从大气降水、地下水潜水蒸发、人工绿洲退水等不同来源获取的水分进行了系统分析。通过微观机理与宏观分析的结合，提出了与区域发展模式及生态系统保护准则相适应的生态系统需水量。

成果之五：提出了针对西北生态脆弱地区的水资源合理配置方案。在区域发展层次，统筹进行经济发展用水与生态保护用水的配置，以水定发展规模，提高水资源与土地资源和矿产资源的匹配程度。在水资源开发利用层次，统筹进行节流与开源、近期与远期、丰水区与贫水区的水量调配，逐步实现向以提高水资源利用效率为中心的开发模式转变。在流域内部，统筹进行上游与下游、地表水与地下水的配置，保障水盐运动的基本平衡并着重解决大面积春旱与次生盐渍化问题。通过水资源合理配置，促进区域的内涵发展方式并逐步向生态经济转型。

成果之六：提出了干旱区水资源承载能力计算方法及重点区不同发展阶段的水资源承载力。以流域水循环及生态系统容量作为承载主体，通过水资源合理配置和高效利用提高承载主体的承载能力；以区域社会经济系统作为被承载的客体，通过转变发展模式增加对有限承载力的适应能力。以流域水循环为纽带定量联系承载主体与被承载客体，同时考虑了区域内部的生态链联系和区域之间的市场链联系，在经济发展目标与生态保护准则间进行多目标定量权衡，解释并回答了内陆干旱区水资源开发利用中一系列“度”的问题。

成果之七：绘制了土地利用和生态系统分布图。第一次大规模引入遥感信息和ＧＩＳ技术，利用７０年代、９０年代和２０００年遥感图像及有关资料，以１∶１０万和１∶５０万比例尺全覆盖西北地区，绘制了土地利用和生态系统分布图，与水循环和生态演变相结合，对西北干旱区水资源与生态系统相互关系进行了研究，为该地区水资源开发、利用、保护、管理和生态系统保护规划提供了科学依据。

成果之八：系统地进行了１／３国土面积上的水资源评价。地表水方面，整编了西北地区１９５６～１９９５年的降水径流系列资料，分析了不同类型区地表水与地下水转换关系和人类活动对地下水的影响。分区率定计算参数，并依据４０年降水资料，计算了西北地区各分区浅层地下水资源量，地表水与地下水之间的重复量，并据此提出了西北地区各分区的水资源总量。补充了冰川融雪观测资料和出山口径流演变趋势的专门研究，以明确气候变化对区域水资源演变的影响。利用现有区域性观测实验资料和研究结果，得出了西北高山地带属于较稳定的冰川区，在气温升高和降水量有所增加的情况下，冰川仍以退缩为主，冰川径流将增加，积雪水资源将有所增加，但其幅度较小的结论。

成果之九：提出了地下水资源量及其分布和可开采量及其分布。地下水方面，结合近年钻孔资料填补了空白区，按潜水与承压水分别进行了重新评价。在收集了６００个钻孔抽水试验资料的基础上，重新圈定了承压（自流）水分布范围。根据各地承压（自流）水单位涌水量，提出内陆盆地承压（自流）水可利用储存量，并提交地下水可利用量分布图和承压（自流）水可利用储存量分布图。根据地下水赋存条件、开采条件、单位涌水量及典型地区模型计算成果，提出了西北地区各分区浅层地下水可利用量；揭示了西北地表、地下水转化规律，提出了地下水资源量及其分布和可开采量及其分布。

成果之十：提出了西北地区水资源可持续利用的整体战略。该战略由区域发展战略、生态系统保护战略、水资源开发利用战略构成，反映了西北地区的自然地理条件和社会经济发展现状，提出了加快西北发展水利先行的具体建议。区域发展的基本定位是：坚持内涵发展方式，根据水资源条件规划发展规模，根据市场条件确定发展速度，以生态型大农业作为支柱产业，积极发展高附加值的新兴产业，在水利和交通基础设施建设有了较大改善后，将资源优势逐步转化为经济优势。生态系统保护的基本原则是：水利措施和林草措施并重，１０年内扭转天然生态的整体恶化趋势，再用１０年左右的时间使重点保护区的天然生态明显改观，同时解决人工生态区内的灌溉次生盐渍化问题。为此将在西北水资源的开发、利用、治理、配置、节约、保护等方面实现一系列的重点转移，坚持以节水和中低产田改造为重点，相当幅度地提高生态系统用水量及其保障程度，严格实行以流域为基础的水资源统一管理，加快若干丰水流域的开发步伐。