海河流域水环境的历史演变及其主要影响因素研究

海河流域水环境的历史演变及

其主要影响因素研究

（中国水利水电科学研究院减灾所，北京１０００３８．ｔ—ａｎ．ｘｍ＠—ｉｗｈｒ．ｃｏｒｎ）

摘要作者研究了近２０００年海河流域自然史、水利史以及人类活动与水环境的相互关系，指出：①海河流域水环境演变与黄河北流和南徙关系密切，人类活动是关键因素，气候因素的影响并不显著；②历史上海河流域依靠大运河南粮北调解决粮食问题，减少了农用水量，其实质也是南水北调；③北宋时通过水利措施了获得的湖泊洼淀的水面积和蓄水量，并维持了１００多年，２０世纪６０年代流域上游水库的容积与其相近。说明通过南水北调、节水与调整产业结构等措施，海河流域水环境适度修复和改善是有潜力的。

关键词海河流域水环境演变影响因素人类活动气候影响周魁一谭徐明王连祥

１引言

海河流域地处中国大陆华北平原北部，

流域范围西以山西高原为界，东北与辽河流

域接界，南界黄河．东临渤海，流域面积约

３２万ｋｍ２。海河流域分南北两个水系：南系有

大清河、子牙河和漳卫南运河三大支流；北系

有永定河和北三河（北运河、潮白河、蓟运河）

两大支流（图１）。

公元ＩＯ世纪以来，海河流域所处的华北

地区一直是政治军事活动的中心，特别是明

清建都北京以后，作为全国的政治中心．生产

和水利建设活动加强。

２海河流域水环境演变的简要

回顾

从长序列的环境演变趋势来看，流域水

环境的演变与降水、气温、植被等自然因素有

密切的关系，人类活动也是重要影响因素，并

且其干扰强度越来越大。

２．１河道的演变

在历史上，海河水系各支流变动迁徙频

繁，一直与黄河下游人海口的南北迁徙密切

相关。隋代（公元６０８年）开挖永济渠后海河

水系成为独立的流域，但直到公元１１世纪

末，海河南系还与黄河下游相连。１１２８年，黄

河主流南决冲人淮河流域，海河水系摆脱黄

河于扰。ｌＯ～１２世纪以来，海河各支流逐渐

形成三个特点：多沙、善徙和悬河。

－１柏．一海河；２一蓟运河；３一潮由河；４一北运河；５一永定河；６一大清河７一子牙河；８一南运河；９一漳卫河；１０一黄河图１海河流域水系

北系的水定河直到９世纪末一直是由地下清泉和地表水汇流的清水河流，１１世纪以后由于上游森林植被破坏，逐渐变成多沙河流，１４～１９世纪演变成善淤善徙的悬河。南系的大清河和南运河在１４世纪以前，上游有良好的植被，也一直是清水河流，明清（１４—１７世纪）以来含沙量才逐渐提高。南运河是当时南粮北运的主要水道，在中央政府不遗余力保证漕运的政策下，通过河道疏浚和堤防建设，确保河道畅通，没有成为悬河。

２．２湖泊洼淀的演变

从更新世最后一个寒冷期结束并进入全新世以后（约当１２０００年前），气温上升，雨量增多，海河平原开始出现湖泊洼淀。到全新世中期（约５０００年前）气候温暖湿润，雨量充沛，海河流域的湖沼洼淀发育。在汉代（公元零年前后数百年间）面积最大，唐宋时（７一１３世纪）略有缩小。

１４世纪后随着高含沙水流入湖，湖区迅速淤高，湖面萎缩，至２０世纪中叶基本消失。

白洋淀是河北平原中部许多淀泊的总称。在淀区内大小洼地星罗棋布，古河道纵横交织。从遥感合成图像看，９世纪湖泊水域面积约１００００ｋｍ２（图２）”。。约公元１０００年前后，北宋王朝为了抵御辽兵进犯，引诸水人淀，使平原大小淀泊串通一体，形成了水域连片的白洋淀，即历史上著名的塘泺防线。这时白洋淀范围达到历史时期的最大，水域至少有２５，０００ｋｍ２，总容量近２１０亿ｍ３。当时中央政府通过水利措施使平原的塘泊洼淀达到历史时期最大范围，并维持了１００多年，之后失去水利措施维护的水域迅速恢复了自然状态。

明清各洼淀逐渐缩小，至清光绪十七年（１８８１年）水域面积较宋代缩小了７／１０（图３）。２０世纪６０年代，流域上游陆续修建水库，水库的容积接近北宋湖泊总蓄水量。８０年代后，耕地面积不断扩大，居民区占地面积增加，水面面积急剧缩小，自洋淀连续出现干淀。表１为１：５０万遥感分析图量测得到的海河流域历代湖沼洼淀面积”。。表２为不同遥感影像反映的土地覆盖类型”Ｊ。

一海河；１０一黄河；１ｌ一黄河北流；１２一黄阿东流

图２北宋海河河流湖泊分布图

图３清代海河河流湖泊分布图

裹１

朝代海河流域历代湖沼洼淀面积公元面积／ｋｍ２

１９．７３５

１Ｉ，０００

２，３６８

８８８秦、汉前２２１—２２０年５８１～１２７９妊１６４４～１９１１年代隋，唐、宋清现１９１１年以后

注：据Ｉ：５０万遥感分析图量测。４

表２不同遥感影像反映的土地爱盖类型

时间／影像

１９６１年航空像片

１９７１年航空像片

１９８４年卫星像片淀泊水体２６５５１０００ｈｍ２湖泊滩地７８５河流渠道Ｉ６耕地苇２２９地荒地居民用地合计２１９３２９０１２、ｌ６２８．９４４．５１７．１４２４４４９６２．８３８Ｏ１７３６２８．８４．１２ｌ４４２４８７７８０６７２２６．０６３１２２．３地下水资源的蜕化

海河流域地下水工业化的开采始于１９２０年后。１９２３年，天津开始凿深井作为城市水源。北京１９３７开凿深１３１ｍ的水井，到１９４２年城市自来水完全利用深层地下水。５０年代初河北全省有机井１８００眼左右，主要是开采浅层地下水。地下水位有升有降，工业污染也很轻微，地下水资源仍保持采补平衡。

２０世纪６０年代，海河流域大力发展粮食生产，地下水开始成为重要灌溉水源。地下水年均开采量从５０年代的２８亿ｍ３，增至９０年代的１５６亿ｍ３，至２０００年底，浅层地下水累计超采４５７亿ｍ３，深层地下水累计超采５３８亿ｍ３，总超采量９９６亿ｍ３。地下水严重超采，引发了一系列环境问题：

地下水下降漏斗逐年扩大・

２０世纪５０年代时，河北平原区浅层地下水埋深平均约１—３ｍ。９０年代以来．河北平原中东部深层地下水以每年１～２ｍ的速度下降，深层地下水位漏斗总面积达３０，９００ｋｉｎ２。天津已形成７，０００ｋｍ２的地下水降落漏斗。１９９３年北京地下水埋深大于３０ｍ的面积约１４０ｋｍ２。

地面沉降・

河北省平原地面沉降区，至１９９８年沉降量大于３００ｒａｍ的面积达１５，２５３ｋｍ２，大于５００ｍｍ约有４，０００ｋｍ２，大于１，０００ｍｍ面积约４２１ｋｍ２。到１９９８年，天津市累积沉降量大于１，５００ｒａｍ的面积达１３３ｋｍ２。至８０年代，北京市的地面沉降面积扩大到８００ｋｍ２，累计最大沉降量８５０ｍｍ。

海水人侵

１９９２年秦皇岛市海水入侵面积已达５５．４ｋｍ２，海水入侵深人内地最远达６．５ｋｍ。河北省平原因深层地下水位急剧下降，使上层咸水与下层淡水局部连通。

流域生态环境趋于干燥

浅层地下水位普遍降低，加速了地表河流域湖泊干涸，湿地面积减少。土壤水变动带由过去的表层・・以下ｌｍ增加到３ｍ。土壤最大缺水量增加了５０％以上，导致广大平原区表层土壤出现干化甚至荒漠化，部分地区植被枯死，“沙尘暴”天气增多。

地下水质量下降・

地下水位下降，增大了地表污水对地下水体的人渗。由于大量使用农药和化肥，地表水污染逐渐向地下蔓延。据１９９５—１９９７年地下水水质检测资料分析，北京、天津以及河北省南部平原地区的地下水有将近７０％达不到直接饮用标准。地下水中出现了新的、有毒害的化学物质。在一些地方发生了不可逆转的地下水污染问题。

３海河流域水环境的主要影响因素

目前海河流域水环境的现状是历史时期人类活动和自然演变叠加的后果。造成海河流域水环境的萎缩和蜕化是多种因素综合作用的结果。

３．１自然因素

３．１．１降水变化。大量历史文献记载表明，近３０００年来年降水的年际变化显著，但逐年的年降水量围绕一个均值上下波动，年降水量的多年平均值并不呈现显著地向干燥化发展。王邮的研究成果”１表明了这个趋势。研究者分析了２０００多年二十四史和地方志中有关气候的资料，绘制了多年平均滑动曲线，得出了定性和粗略定量的近３０００年的降水量变化曲线（图４），其中显示了最湿润多雨期为公元６３０年至８００年的唐朝时期。而位于中原地区的黄河在此期间却处于显著的平稳时期，黄河决溢频繁的五代和北宋年间，中原地区降水有时低于平均值或偏丰。唐代河北中部的九十九淀当然也不及北宋塘泊那样的广大。东汉末年至魏晋时代也有一个丰水时期，在此期间也未见有河流泛滥严重的记载。

注：横坐标为公元纪年；纵坐标为丰枯级别：ｌ一降雨特多，５一降雨正常，９一严重干旱

图４中原地区近３０００年降水量变化曲线图

汤仲鑫（１９９０年）和郑斯中（１９７７年）的研究结果表明（图５）”１：①雨涝阶段平均７６年，最长约１５０年（１３世纪后期至１５世纪前期）；②干旱阶段平均１０５年，最长的约１６０年（１６世纪后期至１８世纪中期）。无论是旱或涝的大周期，最长能持续一个多世纪。海河流域水资源近２０００年没有显著地变化。可以认为，近２０００年间气候对水环境的影响并不显著。

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图５海河流域１０００年旱涝阶段划分图

３．１．２黄河迁徙。公元１１世纪以前，黄河由渤海人海，大量泥沙淤积抬高流经区的地形。１１２８年黄河南决冲入淮河流域后，逐渐退出海河流域。在此过程中，海河流域诸河频繁决口改道，在华北平原上留下了众多的古河道，成为浅层地下水汇集带。地面沙垄、沙岗、槽形洼地，使平原微地貌复杂化。

３．２人类活动的干扰

３．２．１人口变化。华北平原在两汉时是当时人口密度较高的区域，仅次于关中平原。公元３００—５００年与９００—１２００年（即魏晋南北朝，五代十国至北宋），这两个时期是华北平原的北部和西北部是汉民族与少数民族居住区的分界地带，也是移民戍边的地区。北方地区长时期战争，造成长达数百年的人口南移。这两个时期华北平原人口急剧减少，部分耕地变成牧场。唐代以后人口下降．金元时（１０世纪前后），海河流域人口为全国人口密度较小的地区。辽金占据北方后，北方和东北人口移民至今河北境内，海河流

域人口数量开始回升。

元明清时期移民使得海河流域人口迅速增加。至２０世纪京津地区人口密度超过每平方公里３００人．成为人ＶＩ密集的地区（见图６）…。人口激增带来对耕地、木材、水资源极大的需求。

图６历史时期海河流域人口密度变化情况

３．２．２山林植被破坏和土地开垦。明代以前华北山区曾以森林茂盛闻名。公元１３６８年明代建都北京以后，统治者为营建皇宫，又建冬季取暖炭厂，大量采集成材林木和幼树。明代中期以来，玉米、甘薯、马铃薯相继引进，较之稻、麦、黍、稷，这些作物都耐旱耐瘠和高产，加速了山地开垦的进程。这些活动造成植被破坏，水土流失，下游河道淤塞。至清代已经有一些河道季节性断流，洪水灾害日益严重。据统计，海河流域水灾在唐宋平均３０年１次，元明清三代平均５年１次。

３．２．３水利建设。海河流域是开发最早的地区之一。海河流域的水利发展经历了４次高潮：春秋战国至汉代时期，三国至隋唐时期，元明清时期和现代。

・春秋战国至汉代（约公元前５００年～公元２００年）

这一时期，河北平原成为我国基本农业经济区。西汉以来，华北平原开发程度仅次于关中平原，是当时农业发达的经济中心。流经今海河流域的黄河、漳河等河流沿岸已经形成了系统的堤防工程。排水是当时重要的工程措施。

黄河系统堤防建成后，经过数百年的堆积，河床已高出地面。西汉中期黄河下游经常决口，河北平原洪水灾害频繁。西汉王朝每年耗费大量的人力物力来应付黄河堵口工程。西汉末年，就黄河水灾问题向全国征集治河方略。至东汉初年本区的水环境得到较大改善。此后历经近８００年黄河少有决溢记载。

・三国至唐宋时期（约公元２００年～１１００年）

黄河下游河道大致维持在今黄河经行的附近，河北平原人口密度小，人为干涉也较少。水环境在这一时期得到了调整。

元明清时期（１２７０—１９００年）・

元明清各朝均建都今北京。河北平原为畿辅重地，政府对诸河治理和开发更为关注。永定河经行北京，治理用力最多。清康熙三十七年（１６９８年）自卢沟桥以下大筑堤防，将河道固定在今固安、永清之北、安次之南，始更名为永定河。但类似黄河一样多沙的永定河被堤防固定后，由于河床淤积，下游又被北运河堤阻挡，只能人三角淀，再向东汇人海河。三角淀区南北两堤宽达２４ｋｍ，总面积达７５０ｋｍ２，经过乾隆以后１００多年的淤积，至２０世纪３０年代，淀区堤内已比堤外高出３—６ｍ。用三角淀的淤积，换取了永定河的稳定。

清代在大清河及东、西淀（白洋淀）进行疏浚和筑堤，减轻了东淀淤积。元明清以来，中央政府主要依靠京杭运河南粮北运来解决京畿地区粮食的供应。为缓解南粮北运的沉重负担，曾尝试海河流域下游种植水稻，主要由于水资源不足，水稻种植并未真正推广。运行５００多年的京杭运河的漕运，南粮北运每年４００万石，大大地减小了农业生产对水资源的占用。另一方面，土地的开发和围垦造田削弱了湖泊的蓄滞洪作用。１６６４—１９８１年的２１７年问，仅白洋淀区的水域面积就因围垦造田损失了９０％。

现代

从２０世纪５０年代开始，由于北京、天津等中心城市急剧扩展，海河流域水资源开发和利用程度，水利建设的投资和工程规模也超过了历史的任何时期。５０年间全流域各主要河流的上游陆续兴建了大中小型水库约１９００多座，总库容２９４亿ｍ３，控制海河流域径流量的９５％。水利在保障北京、天津等中心城・市生活供水、全流域工农业供水和防洪安全方面发挥了重要作用。

６０年代海河流域结束了依靠南粮北运维持本地粮食需求，但也导致流域内农业用水大幅度增长。

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７０年代以来，海河流域持续发展的经济使得水环境蜕变速度加快。海河流域越来越多地遭遇水库无水可蓄，河流断流，洼淀蚕食的情况。１９８０年以后，中心城市的生活供水开始挤占地表水源。工农业用水不得不越来越多地依靠开采地下水。从１９９７年开始，海河流域地下水利用率都超过１００％，１９９９年达到１５７％。在严重干旱年份紧急从黄河调水，而即使从黄河调水，也未能摆脱超采地下水的困境。随之工业对水质的污染从地表水进入地下水甚至是深层地下水。

４结语

近２０００年海河流域的自然史可以看出，黄河北流和南徙对海河流域南系河流与湖泊的演变有较大影响；长时序降雨、湿润度等变化趋势不明显，因此气候因素对水环境演变的影响并不显著。人类活动尤其是近７００年海河流域的开发和人口增加是影响海河流域生态环境演变的主要因素。

历史时期长达５００年京杭运河的南粮北调，减少了农业用水量，其实质意义是南水北调。而加世纪６０年代海河流域结束了由外流域调入粮食的历史，是以牺牲了水环境为代价的。北宋时通过水利措施使平原塘泊洼淀的水域面积与６０年代海河流域上游水库的蓄水量接近，并维持了１００多年。历史实例说明通过水利措施，通过政策机制调整产业结构，海河流域水环境的修复和改善是有潜力的。

海河流域的人口密度大于全国平均值，但人均水资源约为全国人均值的１５％。２１世纪在以北京为中心的首都经济圈的带动下，海河流域的经济仍处于高速发展时期，供水危机将会随着时间的推移而更为严重。传统水利措施已经使我们越来越被动。因此，必须考虑海河流域水环境特点与容量，制定海河流域的产业结构的调整与发展的规划，否则，新一轮的水危机将再次发生。

参考文献

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海河流域水环境的历史演变及其主要影响因素研究

作者：

作者单位：周魁一， 谭徐明， 王连祥中国水利水电科学研究院减灾所(北京)

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引用本文格式：周魁一. 谭徐明. 王连祥 海河流域水环境的历史演变及其主要影响因素研究[会议论文] 2003