黄河水资源情势分析*
贺伟程
中国水利水电科学研究院水资源所
1. 引言
黄河流域地处我国半干旱、半湿润地区，多年平均降水量在200～600mm之间，水资源先天不足。随着国民经济和社会迅速发展，人类活动加剧，流域内的水资源情势发生了很大的变化，水供需矛盾突出，生态环境恶化，下游断流日趋严重。黄河水问题的严重性，已经引起中央领导、有关政府部门的重视以及社会各界的关注。
人类活动对黄河流域水资源的影响表现在两个方面：一是流域内耗水量和流域外引水量不断增加，直接造成各控制断面实测径流的减少，其减少量可以通过还原计算来处理。二是因工程措施和生物措施改变了流域内的下垫面条件（或许还有气温升高的影响），导致天然产水量的衰减，因其定量困难，在以往的水资源评价工作中没有考虑。90年代，我国北方河流断流现象严重，引起了水文水利工作者对径流衰减的关注。最近，河北省水文水资源勘测局采用1956～1997年水文系列，并考虑产水量衰减因素对河
＊参加本项工作的有黄永泽、马滇珍、张象明、卢琼和姚念念。
北省水资源量进行了核算，其结果与第一次评价相比，全省降水量只减少2.7％，而地表水资源量减少25％，水资源总量减少14％。这说明下垫面条件剧变的今天，系列一致性对成果的影响超过了系列代表性的影响。
这次，在以往水资源评价工作的基础上，结合新增的水文数据和水资源公报材料，对黄河流域的水资源量和可利用量重新进行估价；重点分析了天然径流量衰减和河道损失水量增加情况，揭示了黄河断流日益严重的根本原因，供有关部门及关心黄河问题的专家参考。
2 黄河天然年径流衰减分析
选择黄河干流兰州站和花园口站作为分析对象。兰州站控制全流域水量的59％，花园口站控制全流域面积的97％，其分析结果基本上能反映黄河径流的衰减情况。
2.1 分析方法
(1) 采用兰州站和花园口站1950～1998年的面降水量和天然径流量数据，分别点绘其年降水径流关系图（图1、图2）。从图上可以看出，在同量级雨量情况下，80～90年代的点据大多数位于左边，50～60年代点据大多数位于右边，年径流衰减趋势明显。
(2) 将49年系列划分为1950～1974年和1975～1998年两个年段，分别通过点群中间绘制出降水径流关系曲线，右边虚线代表50～60年代的降水径流关系，左边实线代表80～90年代的降水径流关系。两根曲线之间的横坐标距离即为径流衰减值。
(3) 以50～60年代的降水径流关系曲线为基准，查算出不同雨量级的径流衰减率（见表1）。结果表明，平水、枯水年衰减程度较大，达15％～20％；丰水年衰减程度较小，为3％～6％。
表1 不同雨量级的径流衰减率
面雨量分级（mm）
300～350
350～400
400～450
450～500
500～550
550～600
径流衰减率（％）
兰 州 站
20
17
14
10
6
3
花园口站
21
18
15
11
6
3
2.2 成果修正
根据兰州站和花园口站历年的面雨量数据，结合表1所列径流衰减率对1950～1979年的天然年径流系列进行修正，然后计算年径流均值，并与修正前的成果进行比较（表2）。
表2 修正后与修正前的年径流计算成果对比
站 名
统计年限
平均面降水量（mm）
平均天然年径流量（亿m3）
修正后
修正前
减少值
兰 州
1956～1979
408.3
295.3
342.7
47.4
1950～1998
420.9
307.1
336.7
29.6
花园口
1956～1979
453.9
534.4
605.6
71.2
1950～1998
446.5
529.3
574.6
45.3
兰州站：1956～1979年（全国第一次水资源评价采用系列）平均面降水量为408.3mm，修正后的平均天然年径流量为295.3亿m3，比修正前减少13.8％。1950～1998年平均面降水量为420.9mm，修正后的平均天然年径流量为307.1亿m3，比修正前减少8.8％。
花园口站：1956～1979年平均面降水量为453.9mm，修正后的平均天然年径流量为534.4亿m3，比修正前减少11.8％。1950～1998年平均面降水量为446.5亿m3，修正后的平均天然年径流量为529.3亿m3，比修正前减少7.9％。
3 黄河河道损失水量分析
河道损失水量包括汇流过程中的蒸发渗漏损失及地下水开采对河水的夺取量，采用地表水量平衡法进行估算。这次选择流域平均降水量相近的两个年段棗1970～1974年和1994～1998年，对兰州～河口镇、河口镇～花园口、花园口～利津等三个区间的河道损失水量进行了分析。
水量平衡方程式如下：
Q损=Q上＋Q区－Q耗－Q引－Q下
式中 Q损棗河道年损失水量；
Q上棗上游站实测年径流量；
Q区棗区间天然年径流量；
Q耗棗区间地表水利用的年消耗量；
Q引棗外流域年引黄水量；
Q下棗下游站实测年径流量。
计算结果（表3）表明，90年代的河道年损失水量与70年代相比较，兰州～河口镇变化不大，河口镇～花园口增加了约21亿m3，花园口～利津增加了约34亿m3。
初步分析，河口镇～花园口区间河道损失量增加的主要原因是：80年代以来渭河、汾河流域大量开采地下水，目前年开采量达到75～80亿m3，其中山丘区开采量约20亿m3，夺取的主要是河川基流量，在河川径流还原量中没有计入。花园口～利津区间河道损失量增加的主要原因有：一是80年代中期以来黄河主槽淤积严重，汛期水位抬高，使得金堤河、天然文岩渠和大汶河的产流量难以排入干流，在当地利用、消耗掉；二是近10年来花园口断面实际来水大量减少，下游断流严重，河床时干时湿，填洼、浸润蒸发损失增加。
表3 河道损失量分析计算结果
区 间
河道年均损失量（亿m3）
70年代
90年代
90年代增加值
兰州～河口镇
10.6
11.3
0.7
河口镇～花园口
11.6
32.1
20.5
花园口～利津
11.5
45.1
33.6
4 黄河流域产水条件变化后的水资源量
4.1 地表水资源量
地表水资源指河流、湖泊、冰川等水体的动态水量，其数量为用水还原后的天然河川径流量。这次以实测水文资料为基础，综合考虑系列的代表性和一致性，采用修正后的49年（1950～1998）天然径流系列作为计算多年平均地表水资源量的依据。理由如下：
(1) 新中国成立以来，已经有近50年的实测水文资料可以作为分析计算的基础，没有必要再沿用以前的插补延长资料。
(2) 将49年径流系列与78年（1919～1997，水文年）径流系列相比（均未作径流衰减修正），多年平均天然年径流量仅偏大2％（12.7亿m3），说明49年系列有很好的系列代表性。
(3) 采用“向后还原”的思路，考虑80年代以来流域下垫面条件变化对产流的影响，将1950～1979年径流系列进行了修正，改善了系列一致性，使计算成果更为符合当前流域实际情况。
计算结果，黄河流域（不含鄂尔多斯内流区，下同）地表水资源量为558亿m3，其中花园口以上流域为529亿m3。分区成果见表4。
表4 黄河流域分区多年平均降水量和地表水资源量
流域分区
面积
年降水量
地表水资源量
(km2)
占全流域％
(亿m3)
(mm)
(亿m3)
(mm)
兰州以上
222551
29.6
936.7
420.9
307.1
138.0
兰州～河口镇
163415
21.7
460.0
281.5
0
0
河口镇～花园口
344070
45.7
1862.8
541.4
222.2
43.8
花园口以上
730036
97.0
3259.5
446.5
529.3
72.5
花园口以下
22407
3.0
146.9
655.6
28.5
127.2
全 流 域
752443
100.0
3406.4
452.7
557.8
74.1
注：花园口以下流域采用1994～1998年水资源公报成果，这5年平均年降水量比49年均值偏小3％。
4.2 地下水资源量
地下水资源是降水和地表水入渗对地下含水层的补给量。在自然状态下，平原区地下水的主要补给源为大气降水和地表水体，主要排泄方式为潜水蒸发和河道排泄；山丘区地下水的主要补给源为大气降水，通过河川基流、山前侧向潜流和泉水出露等形式排泄。平原浅层地下水开采主要是夺取潜水蒸发量，对河川径流的影响不大；山丘区地下水开采多为傍河取水或岩溶水，实际上是夺取了河川基流量和河床潜流量，对地表水资源量影响很大。深层承压水的补给量很小，大量开采会造成地下水位迅速下降，发生环境地质问题。
随着人类活动的加剧及水资源的大量开发利用，改变了地下水的补给、径流、排泄条件，使地下水补给量相应发生变化。因此每隔一个时期，应对地下水资源重新进行评价。为了使地下水资源量计算结果符合当前流域实际情况，这次采用最近5年（1994～1998）水资源公报中的成果。这5年花园口以上流域平均年降水量423mm，比49年均值只偏小5％，有较好的代表性。
黄河流域地下水资源量为363亿m3，其中平原区为181亿m3。平原区地下水资源量的组成为：降水入渗补给量67.5亿m3，占37.3％；山前侧渗补给量19.5亿m3，占10.8％；地表水入渗补给量93.8亿m3，占51.9％。各分区的地下水资源量见表5。
4.3 水资源总量
水资源总量是指评价区内降水所形成的地表、地下产水总量，不包括区外来水。其数量为地表水资源量与地下水资源量之和，扣除两者之间的重复计算水量。计算结果，黄河流域水资源总量为660亿m3，其中花园口以上为619亿m3，详见表5。
表5 黄河流域分区地下水资源量和水资源总量 单位：亿m3
流域分区
地下水资源量
地表水资源量
地下水与地表水重复计算量
水资源
总量
平原
山丘
平原与山丘重复计算量
全区
兰州以上
16.9
110.7
14.3
113.3
307.1
108.8
311.6
兰州～河口镇
71.8
16.4
14.8
73.4
0
50.2
23.2
河口镇～花园口
72.5
96.8
19.7
149.6
222.2
87.5
284.3
花园口以上
161.2
223.9
48.8
336.3
529.3
246.5
619.1
花园口以下
19.6
11.1
3.9
26.8
28.5
13.9
41.4
全流域
180.8
235.0
52.7
363.1
557.8
260.4
660.5
这次分析结果显示，地下水资源与地表水资源不重复计算量为103亿m3，比第一次水资源评价成果增加约20亿m3。这主要是由于80年代以来大量开采地下水，将部分河川基流转化为地下水开采量。
4.4 历次水资源成果比较
本次成果（以下简称成果③）与第一次评价成果（以下简称成果①）相比（表6），黄河流域地表水资源量减少了100亿m3，水资源总量减少了74亿m3。地表水资源量减少的原因如下：
第一，采用的资料系列长短不一样。成果①采用系列为24年（1956～1979），成果③采用系列为49年（1950～1998），后者的代表性比前者好。
第二，计算方法有差别。成果①的地表水资源量由二级流域分区计算结果相加求得，从概念上没有扣除干流河道的渗漏蒸发损失量；而成果③则是采用干流控制站的计算成果（下游支流除外），已自动扣除干流河道的渗漏蒸发损失量。
第三，产流下垫面条件不同。成果③考虑了近20年来下垫面条件变化对产流的影响，对1950～1979年的天然年径流系列进行了修正，基本上可以反映现状下垫面条件下的产流量；而成果①采用1956～1979年系列计算，如不修正，只能代表50年代至70年代下垫面条件下的产流量。
采用单因子法分析比较，上述三个因素对天然年径流均值的影响程度是：下垫面条件影响最大，修正与未修正的计算结果相比，均值减少13％；其次为计算方法的影响，干流控制站计算与分区相加结果相比，减少9％；系列长短的影响较小，49年系列与24年系列的计算结果相比，减少5％。由此可见，一心追求系列的长度，而不考虑下垫面条件和干流河道渗漏蒸发损失对径流的影响，则不能对地表水资源量作出正确的评价。
表6 历次水资源成果比较 单位：亿m3
成果来源
及 比 较
地表水资源量
地下水资源量
水资源总量
花园口以上
全流域
花园口以上
全流域
花园口以上
全流域
①全国第一次水资源评价
629
658
374
399
695
734
②《黄河重大问题及对策》附件2
559
580
360
392
707
③本次分析
报告
529
558
336
363
619
660
③与①比较
-100
-100
-38
-36
-76
-74
③与②比较
-30
-22
-24
-29
-47
成果③与《黄河重大问题及其对策》附件2中采用的成果（以下简称成果②）相比（表6），全流域地表水资源量减少22亿m3（其中花园口以上减少30亿m3），水资源总量减少47亿m3。成果②采用的系列为56年（1919～1975，水文年），系列虽长，但当时的下垫面条件与现代相比有很大的差异，其计算结果不能反映现状条件下的产流量。另外，地下水资源量采用“八五”国家重点公关项目《黄河治理与水资源开发利用》的研究成果，地表水与地下水计算不是在相同的基础上。
5 黄河流域水资源利用现状及开发潜力分析
5.1 水资源利用现状
根据1994～1998年水资源公报材料统计（表7），黄河流域内用水总量为395亿m3 (五年平均，下同)，其中利用地表水268亿m3, 开采地下水127亿m3；流域内耗水总量（指用水消耗）为236亿m3 ,其中消耗地表水157亿m3, 消耗地下水79亿m3。海河、淮河流域从黄河调出水量90亿m3, 其中从花园口以下调出83亿m3。在127亿m3地下水开采量中， 平原区浅层地下水60亿m3, 山丘区地下水20亿m3,深层地下水47亿m3。
1994～1998年平均，黄河流域地表水的收支情况：收入项为天然河川径流量449亿m3； 支出项有4项， 即流域内耗水量157亿m3, 调出水量90亿m3, 河道损失增加量55亿m3 (含地下水开采夺取河水量), 入海水量129亿m3 (利津站实测)，共计431亿m3。收入量比支出量多18亿m3, 相对差值4％。
表7 黄河流域水资源利用现状 单位：亿m3
项 目
兰州以上
兰州～
河口镇
河口镇～花园口
花园口以下
全流域
流域内用水量
其中：地表水
地下水
37.0
32.5
4.5
183.8
162.6
21.2
132.3
57.0
75.3
41.4
15.8
25.6
394.5
267.9
126.6
流域内耗水量
其中：地表水
地下水
20.5
17.9
2.6
101.7
89.4
12.3
86.7
39.3
47.4
27.4
10.3
17.1
236.3
156.9
79.4
调出水量
7.1
82.7
89.8
开采深层地下水
3.4
36.9
6.9
47.2
注：地下水用水量126.6亿m3中包括深层水47.2亿m3。
5.2 现状开发利用条件下的地表水供需分析
供需分析的基本前提及假定是：①从黄河下游河床淤高、支流水基本上进不了干流的实际情况出发，假定金堤河、天然文岩和大汶河的来、用水量自身平衡，不参与全流域的水量平衡。②花园口控制断面不同频率的天然年径流量，采用修正后的49年系列计算，没有包括河网汇流的蒸发渗漏损失量。这个损失量在70年代为22亿m3, 参见表3。③根据用水调查统计资料分析，近些年来流域内用水和调出水量变化很小，故将1994～1998年的 平均值代表现状利用水平。④河道损失水量采用90年代与70年代相比的 增加值。
供需分析结果（表8）：当黄河流域出现平水年（P=50％）时，花园口出流量320亿m3，利津出流量220亿m3，能满足下游河道内生态环境需水200亿m3（汛期输沙150亿m3, 生态基流50亿m3）的要求，一般不会发生断流现象。当出现枯水年（P=75％）时，花园口出流量240亿m3，利津站出流量140亿m3, 尚可满足下游河道内的生态环境需水，但会发生较严重的断流。当出现特枯年（P=95％）时，花园口出流量165亿m3, 利津出流量66亿m3, 只能满足下游生态基流的低限要求，会发生类似1997年的严重断流现象。
上述分析结果与实际发生情况大体吻合。80年代以来，断流天数超过30天的有8年，其中有7年花园口实测年径流量为240～300亿m3；凡是花园口实测径流大于320亿m3的年份，一般都不断流，即使断流也不严重。唯有1981年例外，花园口实测径流476亿m3, 断流36天。这说明下游断流与花园口年来水总量关系密切，水量调度对断流有一定的影响，但不是主要因素。
表8 现状水平年地表水供需分析 单位：亿m3
来水
频率
花园口以上流域
花园口
出流量
花园口至利津段
利津
出流量
天然
径流量
用水
消耗量
河道
损失量
调出
水量
河道
损失量
P=50％
506
164
21
321
83
16
222
P=75％
428
164
21
243
83
16
144
P=95％
350
164
21
165
83
16
66
注：花园口以上用水消耗量含人民胜利渠引水量。
5.3 水资源开发潜力估计
黄河流域多年平均天然年径流量558亿m3, 扣除河道损失增加量55亿m3及下游生态环境需水200亿m3后，可利用地表水为303亿m3。全流域现状耗水、调出水量和河道损失水量共计302亿m3，故地表水已无潜力可挖。
平原区地下水资源量180亿m3，参考《黄河流域片水资源评价》报告中的可开采系数，估算可开采量为130亿m3。目前平原区浅层地下水实际开采量约60亿m3，尚有70亿m3的开发潜力。
山丘区地下水开采主要是夺取河川基流量，地下水开采多了，地表水利用量就会相应减少。为了避免重复计算，山丘区地下水可利用量按现状开采量20亿m3计。
深层地下水的补给来源为侧向潜流及垂向越流补给，源远流长，补给量很小，大量开采会使水位持续下降并造成环境地质问题。从可持续利用的观点考虑，深层地下水不应计入可利用量中。目前深层地下水年开采量已达47亿m3，今后要限制开采，逐步由其他水源代替。
综上所述，黄河流域水资源可利用总量为450亿m3，占水资源总量的68％，其中地表水可利用量300亿m3，地下水可利用量150亿m3。现状利用量为429亿m3（含深层地下水开采量47亿m3），综合开源潜力只有20亿m3。
6 结语
(1) 由于人类活动的影响，近二十年来黄河流域水资源情势发生了很大的变化。其一，因下垫面改变导致天然产流的减少，在同量级降水量条件下，平水、枯水年衰减率为15％～20％，丰水年衰减率为3％～6％。其二，由于河床淤积、洪水演进情况变化以及傍河取水等原因，造成河道损失水量的增加，90年代比70年代增加了55亿m3。上述两方面原因，使黄河可供调配的水量减少约100亿m3，加剧了上中游与下游、河道外与河道内的用水矛盾。
(2)关于黄河断流加剧的原因，目前流行的看法认为是用水量增加和近期降水量偏少。我们认为，这种看法不太符合实际情况，有待进一步分析研究。实际情况是：黄河流域的地表水利用量（毛水量），1980年为365亿m3 (含调出水量)，1998年为354亿m3，18年来不但没有增加，反而略有减少；将90年代平均面降水量与70年代相比，兰州站以上偏多1.5％ ，花园口站以上偏少1.4％ ，降水量相差很少，但断流现象却严重得多。因此，应针对黄河水资源情势的变化，开展第二次水资源评价工作，深入剖析供需矛盾和断流原因，寻求符合当今流域水情的治黄方略和对策措施。
(3)黄河水问题的主要矛盾是来水和用水之间的“剪刀差”，即天然产流量逐渐衰减，而耗引水量不断增加，两者之间不协调程度加大。当前缓解黄河供需矛盾的对策思路是：第一，以供定需，控制河道外用水的增长，力争比现状有所减少，在可利用总量控制下进行优化配置。第二，大力推行节水措施，发展节水农业和节水工业，在节水中求发展。第三，加强水资源统一管理、调度和保护，合理、高效利用有限的水量。第四，在有开发潜力的平原区发展井灌或井渠双灌，减少引黄灌溉水量。
