南水北调中线河南受水区基本情况

南水北调中线河南受水区生态水文分区结果~

聚类分析得出的结果结合实际情况，进一步进行分区的调整和归并，并进行命名，得到南水北调中线一期工程河南受水区生态水文区划成果。
4.3.1 命名标准
根据SP SS聚类结果并加以分析调整，本研究将南水北调中线一期工程河南受水区共分为3个生态水文区，并对各生态水文区进行命名。具体命名原则为：地理位置＋水文特征＋人类活动影响程度。其中，地理位置以生态水文区内大部分县（市）在河南省内所处的地理位置来表示；水文特征是地下水埋深、降水深、径流深、水面蒸发量等指标的综合反映，分为平水、少水、缺水3个级别；人类活动影响程度是耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地占幅员面积的百分比及水蚀面积比等指标的综合反映，分为强度、中度、轻度活动3个级别。
经计算，南水北调中线一期工程河南受水区各生态水文区平均指标值如表 4.4所示。

表4.4 南水北调中线一期工程河南受水区各生态水文区平均指标值表

为便于命名，各生态水文区的水文特征用蒸发量与降水量的差值来衡量；人类活动程度用耕地与建设用地占幅员面积来衡量。具体衡量标准如表4.5所示。

表4.5 南水北调中线一期工程河南受水区各生态水文区命名标准表

则根据上述命名原则及分区结果，南水北调中线一期工程河南受水区生态水文分区结果及区划图如图4.5、表4.6所示。

图4.5 南水北调中线一期工程河南受水区生态水文分区示意图

Fig.4.5 Eco-hydrological regionalization map of Henan water-received areas in the South-to-North Water Diversion Mid-route phase 1 Project

表4.6 南水北调中线一期工程河南受水区生态水文区划结果表

4.3.2 分区概述
4.3.2.1 Ⅰ豫中南缺水强度活动生态水文区
本区地理位置处于河南省中南部，全区南高北低，地势呈阶梯状。本区包括河南省南阳市的邓州、新野、社旗、唐河、方城，漯河市的临颍、郾城、周口市的商水，平顶山市的叶县、宝丰、郏县，许昌市的许昌县、襄县、禹州、长葛，郑州市的新郑、中牟、荥阳，焦作市的温县、武陟，新乡市的新乡县、获嘉。该区处于亚热带向暖温带的过渡地带，属典型的季风大陆半湿润气候，四季分明，阳光充足，雨量较充沛。平均海拔90.93m，地下水平均埋深 4.74m，多年平均降水深 724.20mm，多年平均水面蒸发量927.35mm。蒸发量-降水量为203.15mm，水文特征属于缺水。耕地面积比例大，其次是建设用地。耕地面积占幅员面积的57.84%，建设用地占幅员面积的31.67%，耕地＋建设用地占幅员面积89.51%，人类活动程度属于强度。
4.3.2.2 Ⅱ豫中北极缺水中度活动生态水文区
本区地理位置处于河南省中北部，全区北高南低，地势呈阶梯状。本区包括河南省焦作市的修武县、新乡市的辉县和卫辉、鹤壁市的淇县。该区气候条件与Ⅰ区相同。平均海拔80.33m，地下水平均埋深8.5m，多年平均降水深627.29mm，多年平均水面蒸发量1118.18mm。蒸发量-降水量为490.89mm，水文特征属于极缺水。耕地面积比例大，其次是建设用地。耕地面积占幅员面积的45.88%，建设用地占幅员面积的21.24%，耕地＋建设用地占幅员面积67.12%，人类活动程度属于中度。
4.3.2.3 Ⅲ豫北极缺水强度活动生态水文区
本区地理位置处于河南省北部。本区包括河南省鹤壁市的浚县、濮阳市的濮阳县、安阳市的安阳县、滑县、汤阴和内黄。该区气候条件与Ⅰ区相同。平均海拔66.57m，地下水平均埋深14.36m，多年平均降水深569.62mm，多年平均水面蒸发量1054.43mm。蒸发量-降水量为484.81mm，水文特征属于极缺水。耕地面积比例大，其次是建设用地。耕地面积占幅员面积的66.56%，建设用地占幅员面积的26.55%，耕地＋建设用地占幅员面积93.11%，人类活动程度属于强度。
4.3.3 小结
在综合分析南水北调中线一期工程河南受水区的生态水文条件在空间上的分异特征的基础上，选取了12个分区指标。以南水北调中线一期工程河南受水区涉及的32座县级市（区、县城）为单元，利用生态水文分区的指标体系值建立数据库，采用定性与定量相结合的分区方法进行聚类分析。并最终提出南水北调中线一期工程河南受水区生态水文分区方案，即将南水北调中线一期工程河南受水区划分为3个生态水文区，分别是：Ⅰ豫中南缺水强度活动生态水文区；Ⅱ豫中北极缺水中度活动生态水文区；Ⅲ豫北极缺水强度活动生态水文区。分区结果可为深入进行南水北调中线一期工程河南受水区生态环境影响效益评价奠定基础，为当地水资源规划和可持续管理中的生态环境保护提供重要的基础和平台。
综合分析该研究区3个生态水文区地下水变化趋势，近年来，该地区均缺水现象严重，人类活动频繁，地下水开采过量，地下水埋藏深度呈逐年上升趋势。这是由于该地区地表水资源长期严重不足和经济社会发展用水需要的增长，导致地下水超采严重。虽然受水区各地已经采取一些措施，但由于没有替代水源，在南水北调中线通水以前，受水区地下水仍将处于超采状态，并呈继续恶化趋势。尽快解决这些区域的供水问题，迫在眉睫。随着通水目标的日益临近，受水区各地应做好地表水与地下水、外来水与本地水等各种水源使用政策、法律法规的衔接，特别是应严格控制地下水开采，以便为北调水腾出用水空间，形势十分急迫，也十分重要。

4.2.1 区划单元的确定
南水北调中线一期工程河南受水区涉及河南省18个地级市的25个县。本研究即以这25个县为分区单元。
4.2.2 区划指标体系的建立
根据生态水文区划指标体系建立的原则和确定的结构，结合实际情况和数据来源情况，各要素共选取了12个指标（表4.2）。

表4.2 南水北调中线一期工程河南受水区生态水文区划指标体系表

4.2.3 数据来源
本次生态水文区划原始数据来源主要有以下几个方面：
1）自然要素中的地下水埋深数据来源于中国水文信息网；其他自然要素数据来源于各县统计年鉴、各县的政府信息网。
2）土地利用数据为2005年全国土地利用数据。
3）水土流失数据来源于2005年全国土壤侵蚀遥感调查的统计数据。南水北调中线一期工程河南受水区县指标值如表4.3所示。
4.2.4 数据的标准化
将县级行政单元收集的数据经过计算转化后，按SP SS软件提供的标准化方法进行数据标准化，标准化后的各指标数据均值为0，标准差为1。本步骤通过 SPSS 软件自动实现。
4.2.5 聚类分析
聚类分析通过综合比较各指标的信息来刻画各区划单元之间的“亲疏”关系。本研究通过对各指标值进行系统聚类分析，得到各要素的聚类分析树图，通过分析树图选定一定的距离进行各要素的分区并制成分区图，聚类分析过程可通过SP SS统计分析软件实现。具体过程如下：
1）首先在建立指标值体系和收集各县指标值的基础上，在SPSS软件下建立各指标值的数据文件，并利用SP SS软件的数据标准化方法对其进行无量纲处理。
2）执行“统计分析｜ 系统聚类”命令（图4.2）。其中，在“作图”对话框中选中“系统树图”选项，“聚类方法”选择“离差平方和法（Ward's method）”，“间距”选择“欧氏距离平方（Squared Euclidean distance）”（图4.3，图4.4）。

图4.2 系统聚类分析图

Fig.4.2 Cluster analysis picture

表4.3 南水北调中线一期工程河南受水区指标值表


续表


图4.3 聚类方法选择图

Fig.4.3 Cluster method selection picture

图4.4 系统聚类分析作图

Fig.4.4 Cluster analysis mapping
3）进行聚类分析，输出系统树图，选择距离，将各单元分为2～3类。
4）经过对比分析，选取将各单元分为3类的聚类结果；根据聚类结果，结合定性分析进行适当的调整，得到分区图。

本研究选取南水北调中线一期工程河南受水区为研究对象。本区属于半湿润季风气候区，受大气环流的影响，具有春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季晴朗凉爽、冬季寒冷干燥的特点。南水北调中线一期工程河南受水区位置如图4.1所示。

图4.1 南水北调中线一期工程受水区位置示意图

Fig.4.1 Position of the water-received areas in the South-to-North Water Diversion Mid-route Phase 1 Project

4.1.1 受水区范围

根据《南水北调中线一期工程可行性研究总报告》，南水北调中线一期工程从汉江丹江口水库陶岔渠首闸引水，经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘开挖渠道，在郑州以西孤柏嘴处通过隧洞或渡槽穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。南水北调中线一期工程供水对象主要为北京、天津和石家庄、郑州等城镇。由于中线工程总干渠位置高于整个受水区，在华北局部地区出现特别干旱情况时，还可实行紧急供水。

南水北调中线工程河南受水区内有11座省辖市和32座县城（其中县级市有7座），其受水区范围见表4.1。11座省辖市黄河以南有6座（南阳、平顶山、漯河、周口、许昌、郑州），黄河以北有5座（新乡、焦作、鹤壁、安阳、濮阳），32座县城黄河以南有18座，黄河以北有14座。

表4.1 南水北调中线一期工程河南受水区范围

4.1.2 受水区自然地理概况

南水北调中线工程河南省受水区沿总干渠呈带状分布，中线工程河南段长731km。南部南阳盆地属长江汉水流域，盆地西、北、东三面为桐柏山、伏牛山环绕，向南与江汉平原相接，盆地边缘为丘陵岗地，盆地内地势平缓，地面高程在80～150m 之间，地面比降1/500～1/1500；方城以北黄河以南属淮河流域，为山前丘陵区和淮北平原区，地面向东南倾斜，高程在45～150m 之间，地面比降 1/3000～1/10000；黄河以北属黄、海河流域太行山前冲积平原，地势自西南向东北倾斜，高程在 50～110m 之间，地面比降为1/3000～1/4000。受水区大部分地势平坦开阔，有自西向东的地面坡降，可以自流输水，局部受水区位于总干渠以西的丘岗地，高程在150～170m 之间。

受水区内与中线总干渠交叉的大小河流有400 余条，南、中、北部的河流流向为南、东南、东北方向，与调水总干渠呈正交。流域面积大于100km² 的主要河流有：唐白河流域内有刁河、湍河、白河、西赵河；淮河流域内有沙河、北汝河、颍河、贾鲁河；黄、海河流域内有沁河、大沙河、汤河、安阳河等。

受水区处于亚热带向暖温带过渡地区，属大陆季风性气候，多年平均降雨量 900～550mm，自西向北递减，唐河流域为900～800mm，淮河流域为850～650mm，海河流域为600～550mm。降水量年际变幅大，年内分配不均匀，丰、枯水年最大和最小降雨量相差2～3倍，汛期6～9月降水量占全年的60%～75%。受水区多年平均气温13～15℃，无霜期190～230 天。平原区土质良好，适宜各类作物生长，是农业主产区。

受水区多年平均降水量为721.8mm，呈现南多北少的趋势。根据《南水北调工程总体规划》附件4《南水北调城市水资源规划》，该区地表水资源量为128.9×10⁸ m³，不重复地下水资源量为57.3×10⁸m³，水资源总量186.2×10⁸m³。地表径流时空不均特性显著，6～9月径流量最大，可占全年90%。由于地下水严重超采，地下水位持续下降，补给量逐年减少，地下水资源量呈减少趋势。

4.1.3 受水区社会经济状况

南水北调中线一期工程河南受水区大部分位于华北平原，区内自然资源丰富，地理位置优越，是我国的政治、经济和文化中心地区。受水区内人口密集，经济总体发展水平较高，工、农业生产基础设施较好，是我国重要的工业基地、粮棉油的重要产区和经济重点区域。该受水区涉及的县（市）在我国经济社会发展和粮食安全中具有十分重要的战略地位。其中平顶山、焦作、鹤壁、濮阳是煤炭、电力、石油化工的主要生产基地，郑州、新乡、安阳的纺织、冶金、建材、电子、家用电器工业发展迅速，南阳、漯河、许昌、周口以轻纺、冶金、机械、食品、医药、工业为主，这些城市的经济建设在全国的社会经济发展中具有重要的主导地位。

该研究区内人口密集、大中城市众多、经济较发达且发展速度较快。根据统计资料，1999年受水区城市市区行政区划面积5805km²，其中建成区面积 839km²；城市建成区人口828 万人，用水人口955 万人；城市国民生产总值1081 亿元，二、三产业产值比例为59%、41%，人均国内生产总值13045元；工业总产值1352亿元，其中一般工业1288亿元，电力工业 63 亿元，分别占工业总产值的 95.3%、4.7%。2005年受水区内总人口5929万人，GDP7433亿元。耕地面积6285 万亩，粮食产量2889×10⁴ t。受水区内人均GDP为1.25万元/人，低于全国平均值1.39万元/人。

4.1.4 受水区水资源条件

河南省地表水年际丰枯变化大，径流量由南向北递减。径流量的70%集中在汛期，且往往集中在几次暴雨，北部平原区大多数河道非汛期基本断流，成为季节性河流。沿线受水区规划范围内大部分城市和县镇缺乏地表水源工程，除少数城市可由西部大中型水库和引黄及河道提引水供水外，主要靠开采地下水供水。城市地下水开采严重，已出现以城市水源地为中心的中深层地下水漏斗区。工业和城市挤占农业用水越来越多，城市水厂的地下水水源地不断向城市郊区扩展，原规划为农业供水的水利工程转向城市供水，使地区之间、工农业之间的供用水矛盾日益加剧，水资源短缺成为影响和制约河南经济发展的主要因素。

受水区内与中线总干渠交叉的河流有400余条，人均水资源量不足全国平均水平的1/8。城市现状 1999年开采地下水量达 12.56×10⁸ m³，其中深层地下水 5.36×10⁸ m³，1997～1999年三年平均统计，城市每年超采地下水7.93×10⁸ m³，中深层地下水补给困难。在供水紧缺的情况下，缺乏保持河道水环境的清洁水源，非汛期大部分河道干枯，少量径流来自城市排放的污水，水质恶化。

南水北调中线一期工程河南受水区水资源的主要特点是水资源总量少，时空分布不均，且经常出现连续干枯年。近年来，由于气候干旱和人类活动的共同影响，水资源量出现明显衰减趋势。这种水资源变化特点是导致受水区严重缺水的重要原因。水资源利用中以下问题突出：①受水区水资源缺乏，属资源型缺水地区，城市供需水矛盾日益突出，是水资源开发利用存在的主要问题。②地表水水源工程供水量有限，向城市供水的大型水库现状已达到或超过规划向城市的供水量；河道引提供水工程保证程度差，河道水质不符合饮用水标准；城市引黄供水量也无保证。③中线工程总干渠沿线受水区内地下水普遍超采，且地下水超采引发一系列环境地质问题。④城市河流多为排污河道，水污染严重。⑤节水投入不足，节水效率不高。

4.1.5 受水区生态环境状况

河南省地处中原，面积16.7×10⁴ km²，占全国国土总面积的1.74%，分属长江、淮河、黄河、海河四大流域。河南省是典型的人口大省、农业大省、经济大省、文化大省，在国家和区域经济社会发展中具有重要战略地位。但是河南资源既丰又缺，人均水资源仅为全国平均水平的1/5，水资源承载能力与经济社会发展和生态环境之间的矛盾日趋突出。作为中线工程的主要水源地和受水区，河南省在为项目建设与运营做出重要贡献的同时，也将分享项目带来的巨大经济社会与环境效益。

河南受水区多是矿产资源富集区和工业集聚区，水资源的不足使得资源优势不能转化为经济优势。中线工程的实施将促使当地资源优势通过工业化转化为经济优势，促进产业结构优化调整。水资源的充足供应将有利于破除小农经济的制约，发展现代农业和食品加工业，加快农业产业化和农村地区现代化；有利于产业布局和产业结构的优化调整，提高工业生产力，促进新型加工业和现代高科技产业的发展。

中线工程的实施将促进受水区城市规模的扩大和城镇化水平的提高。据预测，河南受水区11个省辖市的城市人口将由2004年年底的1010万人增加到2010年的1220万人和2020年的1710万人。总干渠纵贯河南城镇密集区，将会影响这些城镇的城市形态和功能结构。供水可靠性的提高将有利于区域城乡用地结构和空间布局的优化，促进城镇体系的完善，为河南城镇化健康发展提供永久的动力。跨行政区域的地表工程将会促进区域间协调发展，表现为沿线地区经济往来的频繁和政策的协同性。可靠的供水体系将带动当地二、三产业的发展和产业链的延长，有助于产业结构和城市功能的升级，强化城市的集聚与辐射作用。中线工程受水区覆盖中原城市群的大部分区域，在区域协调联动和城市发展扩大的交互作用下，将产生有利于城市群发展的推动因素，加快以郑州为中心的中原城市群发展，引领中原崛起，促进中部崛起。

该地区的缺水属于资源性缺水，仅靠节水和污水回用已不能解决水资源过度利用造成的一系列经济、社会和生态环境问题。水资源继续衰减和生态环境的持续恶化，将造成无法弥补的严重后果。因此，必须实行跨流域调水、实施南水北调中线工程，以补充华北平原的水资源供应量。只有通过南北水资源的合理配置，才能够缓解华北平原水资源供需矛盾，支撑该地区国民经济与社会可持续发展。根据南水北调工程“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的方针，各地将更加重视生态环境保护和水污染治理。水资源的引入和产业结构调整升级将有利于经济活动中水资源的优化配置和合理利用，结合节水、水污染治理、再生水回用等措施，提高水资源的利用效率。随着供水矛盾的缓解，生态用水得以保证，将有效改善区域水系湿地功能和城乡生态环境。

南水北调中线工程给河南受水区带来的生态环境影响除以上有利影响外，还不可避免的会产生一些负面影响。丹江口水库的建设已淹没淅川县土地362km²，包括全县过半耕地，动迁人口 22 万人，并因移民生活没有得到妥善安置造成移民回流问题。水库大坝加高后将新增淹没土地70km²，新增移民15 万人。短期内土地大量淹没及人口的迁移，将进一步加剧人地矛盾和资源环境容量的压力。中线工程跨四大水系长距离调水，大规模工程建设将在短期内使当地环境产生剧烈变动，在一定程度上改变局部地区地形地貌和气候环境，减少部分土地和森林资源，并对原有水系及植被生态造成影响，还可能造成水土流失和湿地结构的破坏。并且这种对生态系统的不利影响在短期内是不可逆转的。

同时，中线工程穿越区域是我国历史文化底蕴极为深厚的地区，是中华古文明重要发祥地，文物古迹众多且年代跨度长。工程建设势必对文物保护带来巨大冲击。一方面，工程建设将不可避免地对文物密集区造成破坏，其中对地下文物的破坏更大；另一方面，水库淹没大量土地将导致地上文物遗迹的淹没，给文物保护增加难度，也给文化旅游带来损失。

该研究区主要生态环境问题有以下几方面：第一，地表水干枯。中线一期工程河南受水区各河流上游及周边地区用水量迅速增长，加之我国北方地区持续的干旱，年降水量明显降低，导致河流干涸，湿地和水域面积极度萎缩，地表水量明显减少。第二，地下水超采严重。受水区地表径流减少，水资源保证程度低，地下水的过量超采已成为受水区目前面临的严重环境问题。例如，河南省南水北调中线一期工程总干渠沿线的浅层地下水位逐年下降，城市中深层地下水开采量逐年增加。由于城市地下水的过量开采，引发了许多环境地质和工程地质问题，造成地面下沉、地下水漏斗和地面裂缝等问题。第三，水污染程度加剧。近几年，伴随着社会经济的快速发展，城市用水量、排污量也相应增长。大量未经处理的废污水排入河道和渗井、渗坑，农药和化肥过量施用，均使得河湖水体和地下水受到严重污染。城市饮用水源也受到污染的威胁，近一半平原区浅层地下水受到污染。虽然中线一期工程受水区各城市均加强了城市污水处理的力度，严格控制污水排放，但水环境仍面临巨大的压力。水污染加剧了本来已十分严峻的缺水态势。

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