中国河口海岸水库发展现状与展望

　　摘要：河口海岸水库是指修建在河口或者海岸地区的水库，其主要特点是利用堤坝分隔海水与淡水，从而达到在海洋环境中蓄积淡水的目的。首先回顾了中国历史上的河口水库，探讨了河口海岸水库从雏形发展至今的历史进程，并结合实例介绍了现代河口海岸水库发挥的重要作用。在整理并总结不同类别的河口海岸水库资料的基础上，提出了河口海岸水库的科学分类，当以建造位置为分类标准时，可将其细分为河口型、海湾型、海岸线型和岛屿型水库;归纳了建造过程中亟需解决的技术难题;讨论了河口海岸水库可能造成的生态环境影响。结合我国主要流域的水文与地貌特点，在最后展望了未来可以修建河口海岸水库的重点区域，特别提出了在珠江三角洲粤港澳大湾区建设河口海岸水库的设想，讨论了在台湾、海南、舟山等几大主要岛屿修建岛屿性水库的可行性。

　　关 键 词：河口海岸水库; 咸潮入侵; 岛屿型水库; 珠江三角洲

　　推荐阅读：《水利科技》(季刊)创刊于1978年，由福建省水利厅;福建省水利学会主办。主要宣传贯彻党和国家关于水利水电建设的方针政策。

　　1 研究背景

　　我国是一个缺水的国家，水资源总量约为28 000亿m3/a，人均不足2 400 m3/a，仅为世界平均水平的1/4。沿海地区虽然只有国土面积的13%，却居住了全国40%的人口，提供了60%以上的国民生产总值。这一地区由于人口稠密，经济发达，水资源供需矛盾尤为突出。大部分沿海城市人均水资源量低于500 m3/h，其中天津、上海、大连、青岛、连云港等城市甚至在200 m3/h以下[1]。

　　沿海地区常有大小河流流入并入海，在水资源总量统计时，其中的区域地表水入境水量增量一般都很小，这是因为出境径流总量一般都简单考虑为入海水量，与入境径流总量大致相当;即便入境径流量很大，因为入海水量未被充分利用，导致河流径流对水资源总量的贡献不大。沿海地区入境径流利用率低的主要原因是沿海地区一般地势平坦，且受咸潮影响，不易建设大型的内陆水库。由于缺乏足夠的水库，大部分入境径流未被充分利用即流入大海。

　　第一次全国水利普查公报显示[2]，我国现有水库98 002座，总库容9 323.12亿m3(表1)。而根据2017年中国河流泥沙公报[3]的数据，我国河流年径流量排名前三的河流分别为长江、珠江、闽江，年径流量总计13 127.5亿m3，为全国现有水库总库容的大约1.5倍。如果我们能充分利用河流入海淡水资源，将可以大大缓解沿海地区的水资源短缺问题。

　　在沿海地区，如何寻找足够大的空间储存河流入海淡水是一个极具挑战性的课题。近年来一个革命性的方法是将淡水直接储存在海洋环境中，最为典型且成功的例子是上海的青草沙水库，它目前已经成为上海最主要的供水水源[4]。事实上，在河口与海岸地区修建淡水水库的想法历来有之，古今中外均有建成的实例[5-7]，但将其作为系统解决沿海地区水资源短缺的重要方式提出，杨树清无疑是最早的倡导者[8-11]。除此之外，高学平等[12]、王文等[13]也曾对中国的海岸水库发展进行了探索与研究。

　　第7期 林鹏智，等：中国河口海岸水库发展现状与展望 人 民 长 江2019年 上文中的河口海岸水库指修建在河口或者海岸地区的水库，其主要作用是利用其堤坝抵挡咸水入侵，并在恰当的时间段蓄积淡水。这一思想很早即在中国有所实践，如自唐代以来逐次修建的它山堰、木兰陂、金清闸等一批河口水利工程，皆为现代河口海岸水库之雏形。新中国成立以来，中国又建设了珊瑚沙水库、宝钢水库、青草沙水库等一系列河口海岸水库，将河口海岸水库的设计、建设与运行推向了新的高度。本文将首先回顾河口海岸水库在中国从雏形发展至今的历史进程，阐明不同河口海岸水库的特点与解决的问题;根据水库所处的具体位置提出河口海岸水库的科学分类;讨论河口海岸水库建造中可能遇到的技术难题以及生态环境影响;最后展望未来河口海岸水库在中国的发展前景。

　　2 中国河口海岸水库概览

　　河口海岸水库在中国的实践最早可以追溯到一千多年前的浙江宁波它山堰，和其它修建在河口的古代水利工程(如木兰陂、金清闸等)一样，其主要功能是御咸蓄淡。建国以后，初期的河口海岸水库延续了在河口修建闸门的思路，其主要目的仍是防御咸潮。20世纪70年代以后，防御性的思想逐渐被扩展性的思想所取代，通过将堤坝延伸到河口以外的湾区甚至封堵全部湾区，将河口海岸水库的建造位置向海洋突进，扩大了水库的水面面积，从而发挥了更为积极的蓄积淡水的作用。在世界河口海岸水库的发展历程中，中国故事尤其精彩，许多案例独树一帜，对在世界范围内解决沿海城市缺水问题有很好的借鉴意义和推广价值。

　　2.1 古代中国

　　古代中国修建了许多大型水利工程，其中如都江堰、郑国渠、灵渠、它山堰(图1)被誉为中国古代四大水利工程。相较于前3个修建于内陆的古代水利工程，位于浙江省宁波市的它山堰工程(图2)是唯一一个以御咸蓄淡引水灌溉为主要目的的水利工程，称得上是现代河口海岸水库的“雏形”。 它山堰始建于唐太和七年(公元833年)，位于甬江支流鄞江之上[14]。据史料记载，古时鄞江江水“与海潮接，成不可溉田”，江潮上涨时，“民不能饮，禾不能灌”。该区域虽然降水充沛，但是由于咸潮侵蚀，附近的明州城经常缺少淡水。县令王元玮为了解决缺水问题，在“两山夹流，铃锁两岸”的它山修建了御咸蓄淡并兼具引水功能的它山堰。它山堰建成之后，发挥了与都江堰类似的旱涝季节不同的分水功能，“堰上之水，旱时七分入河，三分入江;涝时七分入江，三分入河。”它既保证了县内七乡的农田灌溉，又确保了明州城区用水之需[15-16]。它山堰在现代仍在发挥作用，如1967年，宁波大旱，海水倒灌入甬江、奉化江、鄞江，它山堰将咸潮挡在了堰外;再如2009年，莫拉克台风席卷宁波，四明大地暴雨如注，山洪从四明山奔腾而泻，它山堰水利系统工程及时泄洪，保住了鄞西的农田。

　　位于滨海的福建莆田同样遭受咸潮侵蚀。为解百姓困苦，相传当地钱四娘于北宋治平元年(1064年)携巨金动工截流筑堰，但因水流湍急，建起来的陂堰很快被山洪冲垮。后人锲而不舍，在北宋元丰六年(1083年)由侯官人李宏筑陂成功。木兰陂全长110 m，高7.5 m。900年来，木兰陂经历了无数次洪水与海潮的袭击，今天仍巍然屹立并继续发挥作用。当地政府于1961年扩建木兰陂灌区至20多万亩，整个灌区做到了“未旱先蓄，未涝先排”，既能防洪排涝，又能防旱御潮[17]。位于东海之滨的浙江台州，当地百姓为了抵御由于地势低洼带来的上游洪涝以及海水涨落淹没浸没的双重侵害，于宋淳熙十年(1183年)首次修建了金清闸。在此后的八百多年风雨之中，金清闸为当地百姓有效抵御了水害，起到了御咸蓄淡排除洪涝的功效[18]。以上列举的它山堰、木兰陂、金清闸等河口水利工程都是中国古代御咸蓄淡的代表，它们是现代河口海岸水库的雏形，其建成和运行为后世提供了很好的参考价值。

　　2.2 现代河口海岸水库

　　新中国建国后，沿海地区的水利工程建设经历了不同时期的发展，从早期御咸为主的河口水库逐渐发展到今天以蓄淡为主的海岸、海岛甚至海洋水库。图3绘制出了新中国成立后修建的代表性河口海岸水库的分布图。从图中可以看出，北至河北、天津，南到广东、香港，均有河口海岸水库的身影，在江苏和浙江两省以及上海尤为集中。从修建年代看，则是20世纪50～70年代较为密集，其中50年代修建的大多是被动防御性的御咸型河口水库，60～70年代香港先后在境内修建了两大水库，这两个水库都是在海中通过连接天然的岛屿以围成半人工半天然库区。从20世纪90年代至今，河口海岸水库迎来了建设的第二高峰，水库类型以外延性的蓄淡型海岸水库为主，将挡水建筑物从河道与河口处外移到湾区与海中。在第二次修建高峰中，上海起到了很好的先锋示范作用，从20世纪90年代的宝钢水库、陈行水库，到21世纪的青草沙水库、东风西沙水库，无一例外都成为了行业的标志性工程。

　　建于20世纪50年代的苏北射阳闸、海河防潮闸是新中国第一批将水利工程修建于河口海岸的工程。这类工程广泛修建于长江以北地区大大小小的河口区域，其目的都是抵挡海潮对河道的侵蚀。通过调节防潮闸的启闭，可以有效防止海水侵入上游河道，但缺点是阻隔了河口地区的物质交换，长期运行也面临河道泥沙淤积的问题。另外，因为防潮闸修建的主要目的是防挡海潮，所以上游河道储蓄的淡水资源一般相对有限。

　　20世纪60年代，香港经济和社会高速发展，人口越来越密集，饮用水短缺的问题日益凸显。时任香港水务署署长的T.O. Morgan在船湾游船时大胆设想：船湾三面环岛，如能修建堤坝把岛屿连起来，便能在海洋中蓄积淡水，有望解决当时严重的水荒。此设想很快即付诸实践，香港于1968年建成全球第一个现代海湾水库——船湾淡水湖(图4)。船湾淡水湖库容2.3亿m3，是香港水面面积最大而库容第二的水库，其库容仅次于十年后修建的万宜水库，后者的库容为2.73亿m3[19]。万宜水库同样建于海中，为了对抗外海海浪的侵蚀，东西两条主坝均有主副坝，主坝拦蓄淡水，副坝(弱波堤)对抗海浪侵蚀，主坝和副坝之间建有缓冲区。

　　20世纪70年代起，华东地区亦开展了河口海岸水库的建设。大塘港水库和胡陈港水库都修建于1973年。大塘港水库位于浙江省象山县南部，大塘港水库水面面积4.7 km2，总库容4 675万m3，正常蓄水位库容3 135万m3[20]，其主要功能是灌溉、防洪、排水和淡水养殖。而胡陈港水库位于浙江省三门湾，水库自北向南呈狭长形分布， 水面面积9.4 km2，总库容8 173万m3[21]。这两个水库都在一定程度上解决了来自东海的潮汐和海水入侵问题，为沿海城市提供淡水。位于浙江省杭州市钱塘江畔的珊瑚沙水库建于1979年8月，水面面积0.4 km2，水库总库容近190万m3，有效库容160万m3。珊瑚沙水库在退潮时期储存钱塘江的淡水，是杭州市重要的应急水源之一[22]。20世纪80年代，上海市为了解决宝钢公司炼钢用水的水质问题，也在1985年建成了宝钢水库(图5)。该水库水面面积1.8 km2，库容1 200万m3，为宝钢安全生产发挥了重要作用。在这之后不久的1992年，上海市在宝山区长江江堤外建成了陈行水库(图5)。该水库呈矩形，水面面积1.35 km2，库容830万m3[23]。

　　进入21世纪以后，上海市先后在长江河口建立了青草沙水库(图6)和东风西沙水库，其中青草沙水库是目前全世界最大的河口海岸水库，最大有效库容达5.53亿m3，设计有效库容为4.35亿m3。水库拥有总长43 km的大堤，圈围近70 km2的水面，相当于10个杭州西湖[24]。全部工程始建于2006年，于2010年完工。目前上海市50%的飲用水都由青草沙水库提供，从而改写了上海市饮用水主要来自于黄浦江的历史。而东风西沙水库位于上海长江口南支上段的北侧、崇明岛西南部，主要包括水库围堤、取水泵站和输水泵站、管理区、涵闸等。水库总库容976.2万m3，有效库容890.2万m3，最高蓄水位5.65 m。2014年1月17日，东风西沙水库正式实现了通水。该水库取水口有两根直径达3.2 m、总长度达450 m的水管，就像探针一样伸向库外的江心深处取水，确保取到水质稳定的长江好水。工程设计近期供水规模为21.5万m3/d，远期供水规模为40万m3/d[25]。

　　3 河口海岸水库的分类、技术难题及生态环境影响

　　3.1 河口海岸水库的分类

　　按照水库在河口海岸地区所处的位置及发挥的作用，笔者将河口海岸水库分为以下几种主要类别(图7)。

　　(1) 河口型水库(River Mouth Reservoir)。通过封堵已有的入海河道或河口，从而阻止咸潮入侵，进而在上游河道蓄积淡水的水库。这类水库是河口海岸水库在早期常采用的形态，其挡水建筑物可以是河道中的堰或堤坝，如它山堰，也可以是闸门，如海河防潮闸;前者一般修建在比较上游的河道中，而后者则一般位于下游靠近河口处。

　　(2) 海湾型水库(Estuarine Reservoir)。利用海湾的地势，通过封堵部分或全部海湾形成封闭的库区，从而达到蓄积淡水的目的。与河口型水库相比，海湾型水库一般具有更大的水面面积和水库库容，因而能发挥更大的淡水蓄积作用，如新加坡的滨海湾(Marina Bay)就是典型的海湾型水库。因地形限制，有时也可通过连接近海的数个岛屿形成人工海湾，其典型代表是香港的船湾水库。

　　(3) 海岸线型水库(Coastline Reservoir)。利用天然海岸线的一部分，通过在海中建造堤坝分隔淡水与海水，形成包含原海岸线的库区，从而达到蓄积淡水阻挡咸潮的目的。与河口型水库与海湾型水库不同，海岸线型水库一般不封堵河口，不影响河道水流与海水的正常交换，淡水蓄积一般通过管道和人工渠道导入库区，对生态环境的影响相对较小。海岸线型水库的代表有上海的宝钢水库和陈行水库。

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