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海南省水资源的潜力、特点、利用现状与及影响经济发展的研究
沈灿燊 陈光兴
1 绪言
海南岛位于北回归线以南,处于北纬18°10′04″(崖县锦田角)~20°9′40″(文昌海南角),东经108°36′43″(东方鱼鳞州)~110°2′31″(文昌铜鼓角)之间,四周环海,与东南亚海运十分方便。全省面积为3.39万平方公里[按广州地理所1981年在1979年1/5万航测地形图量出为5085,9175亩],人口约572万人。海南有丰富的矿产,如铁、水晶、砂钛矿、独居石、铝土、钴、油页岩等50多种矿藏,渔业、盐业也有很大潜力,且土地资源十分丰富,有一定的水电藴藏量,热量条件较好,虽然河流较短促,但可以发展海运,现在除有海口、三亚、八所三大港外,还可再建造的港口有铺前、清澜和博鳌等10多个中小港口。海南华侨众多,有雄厚的投资实力。且风光绮丽,山林海滩景色宜人,气候优越,是发展旅游业的好地方。由于上述优越条件,海南经济特区不久必然工、农、贸易业并起,经济将迅速发展,城镇不断发展,对外交通发达,需水必日渐增多。因而,探讨本省水资源的情况及丰歉程度如何,对经济建设规划和领导决策参考都具有深远意义。
2 海南省水资源的潜力与特点
水资源是指目前可直接或间接利用或近期内可开发利用的水体,包括地表水、地下水和浅海水,本文将只着重探讨与经济建设关系最大的地表水,地下水和海洋水将来另文论述。
2.1 雨水资源
在与海南岛同一纬度的许多地方,都是全年热而旱(如印度、巴基斯坦、沙特亚拉伯和西非),而海南岛因处于季风带,季风指数达60%以上,加上台风频频出现,故全年暖热,而雨量较多。
海南岛受信风影响,全年多偏东风,夏半年由于热赤道北移,转为强大的西南风向,属热带气流,热而多雨,冬半年东北季风以冷高脊形式南下,但经过广阔海洋,已变性减弱,带有信风性质,导致暖而较乾旱。
如按季风不同分为4个季节时,其雨量分配为:东北季风季占10%、过渡季风季占8%、西南季风季占51%、后期季风季占31%。过渡季风与东北季风季属于海南岛的冬半年,比较旱,而西南季风与后期季风则为夏半年,雨量丰沛,加上台风大多发生在夏半年,使这个半年里多暴雨,雨量十分集中。
海南省中部有两列山脉:一为黎母岭~尖峰岭,另一为五指山~马咀山,海拔500米以上山地占全岛面积10%,其中有几个超过1000米以上的山峰,这些山脉影响着海南岛的雨量分布,暴雨区多在山脉东部前缘,这是台风雨的影响,而在海南岛偏南部地区,在西南季风的影响下,也是雨量丰沛,而山脉的西部,则因“雨影效应”作用,成为雨量偏少地区。
海南省降雨量多年平均深度为1758毫米,总量约599亿立方米。大致为东部多,渐向西部减少,在万泉河中游的五指山东侧,形成一个2600毫米以上的暴雨中心,有台风走廊之称,至西部东方县已减至1000毫米。雨量的季节分配上,明显地分为雨季和旱季,雨季(5~10月,夏半年),占年雨量82.9%,东部多雨区则只75%,西部少雨区则占90.2%,乾季(11~4月,冬半年)则雨量甚小。由于台风雨,赤道幅合带雨和雷阵雨的影响,雨季中的8~9两个月,竟占年雨量36%,见表1。
而乾季只有弱冷锋过境和受变暖的高压背所控制,故雨量少,一般1~2月份最乾旱,只占年雨量2.6%,西部则更少,只有1.6%左右。
海南山地不但雨量较多,且雨季较长,加上森林植被较好,故一般水源较丰富而稳定,故山间水田,极少缺水,且热带高山林区,海风带来湿润水气,常雾气腾腾,整日在林内形成滴雨,使林带常年水源丰阜。
海南省雨季开始时间和雨期长短,各地也有差别,一般是在暴雨中心地带开始早,结束迟,雨季也较长。例如保亭(暴雨中心)雨季4月中开始,11月下旬才结束,雨季长达7个月,而西部乾旱区则反之,如东方(少雨区)雨季6月下旬才开始,10月下旬便结束,雨期不足5个月。
暴雨日数多、降雨强度大也是海南热带雨季的一个特点,暴雨日达80~100天,强度可达300~400毫米/日, 5~8天的暴雨量变可占年雨量的30~40%,此种暴雨多为台风雨,出现频率由东部向西部递减,多出现在8~9月,但也可以延到10~11月。例如万宁连续3日大暴雨的雨量达793毫米(1972年11月18~20日)。
年、月雨量变幅较大,雨季开始和结束的日期各年间的差异也大。由于雨量主要受台风影响,而台风的发生与热带副高及热带环流、赤道附近海面的湿热情况有关,这些因素每年都有差异,致使雨量的多年变化也有较大差异,东部琼中县中平站,最大年雨量高达5525毫米(1964年),而西部东方八所最少年雨量低至265毫米(1969年)。可见,省内已包括世界热带降水类型的絶大部分。
3 地表水资源
地表水资源一般以地表径流量表示。影响径流的主要因素除降雨外,主要是蒸发和下渗。蒸发和综合气候条件有关,而下渗则决定于下垫面的情况。
海南省的蒸发能力是由西部向东部递减,西部年蒸发量达1900毫米,到东部暴雨中心减少到1400毫米。西部的光照和热量是我国季风热带气候中最丰富地区,且处于五指山雨影地带,加上由东部吹来的越山气流发生类似焚风的作用,使之增温减湿,导致蒸发量加大,而东部因雨期长,雨量大,常年海风湿润,使蒸发量相对减少。
在岛的东部山地,多为花岗岩,暴雨大,下渗少,集流快,故径流量大。而岛的西部多为第四纪的砂质砾岩,下渗较多,故径流量较少,加上蒸发量的差异,故东部形成暴雨径流高区,西部则形成径流低区。
海南全岛多年平均径流深为875毫米,年径流总量297亿立方米。当频率为10%(丰水)时,年径流量为443亿立方米,频率为90%(枯水年)时,年径流量为173亿立方米。丰水、枯水年径流量相差较大,现将海南岛三条大河的资料列于下表。
以瞬时最枯流量计,龙塘为2.20立方米/秒(1960.3.26),宝桥为0.148立方米/秒(1970.8.13),加积为4.01立方米/秒,涓涓细流,无法满足灌溉。
海南省年径流量是雨量和地形两因素影响的结果,基本上与雨量等值线一致,凡蒸发少,山地峭峻,为花岗岩,迎风面的地区,都成为径流高值区,中部和东部以昌化江中游为中心的琼中、琼海、万宁、保亭、屯昌等都属暴雨径流高值区,平均径流深在1200~1800毫米。东北、西北、西南和南部,包括文昌、海口、琼山、定安、澄迈、临高等地,平均径流深在1200~400毫米之间,而西部狭窄沿海地带,包括昌江、东方、乐东等地,年径流量明显减少,在400毫米以下,主要是因为雨量少、下渗和蒸发量都大所致。
径流系数的大小,可以反映雨量损失的情况,除雨量因素外,如果森林植被大量破坏,而下垫面常呈乾旱的地方,径流系数必小,反之,则较大。海南省径流系数等值线分布和年径流等值线分布相似,也是由东向西减少,在0.70~0.30之间,如果能大量植林,增加植被覆盖,则必然会增加枯水期补水量,使径流量加大,径流系数也随之增加。
在不同年份,径流系数也有不同的变化,一般涝年比旱年大,现按下列几个站的情况列后。
从以上资料看出,雨量大时,系数也大,雨量少时,系数明显变小。
海南省径流在年内时间分配上是极不均匀的,在一般情况下,径流量集中在5~10月(洪季),约占年总量80%左右,11~4月(枯季)径流量甚少,只为年径流的20%左右,洪枯径流量相差很大。
由上表可见,径流季月分配差异大,必须进行工程调节。但东部丰水区,洪枯季分配相对较均匀一些,而西部乾旱地区,则分配更极端一些,因此,在水源较少的西部区,枯季旱情更甚一些,更加需要调节。
海南径流的多年变化相对较大,这主要是受台风雨的影响,由于台风雨次数出现不稳定,因此台风雨较多的东部变化较大,而西部因雨量基数较小,故变率也大。海南省径流的变差系数Cv值在0.38~0.55之间,东部西部都在0.55以上,向中部递减。
径流深度可以反映单位面积上水资源的丰歉,海南三大河流的径流深,以万泉河最丰富(年径流深1597.7毫米),南渡江次之(为965.6毫米),而昌化江最少(只866.0毫米),万泉河与昌化江的相差值达两倍之多。这同样与降雨量、蒸发和下渗量的大小有关。
海南岛径流另一特点是,雨量高度集中,暴雨强度大,一场降雨的总雨量也很大,特别是台风雨造成的产流,每次时间不长,但次雨量极大,因此流量过程线暴涨暴落,一年几次暴雨,每次不过2~4天,但几次暴雨的总径流量便可超过年总流量50%以上,比例最小的也达35%。因而,如不利用水利工程调控,水资源将白白流失,大部分无法自然利用。现将主要站点丰水年的几次大暴雨径流情况表列于后,见表六。
从表7可见,暴雨量占年雨量的比重实在太大。部分流域的2或3次暴雨,其径流可占年总量的40%左右,这是热带台风雨区的一个明显的特点。
海南省河流众多,流程短而坡度陡,加上水量丰富,水能藴藏量十分丰富,全省100平方公里以上河流的理论水能藴藏量为100万千瓦,其中三大河占75万千瓦(仅计算干流部分),按规划全岛可开发利用的水力资源是64万千瓦。
水质是保证水资源的一个方面,根据1984~1985年水文部门对南渡江、万泉河、昌化江等11条河流的4~12次采样分析,说明上述河流年平均总硬度〈3个德国度,属软水,由于海南工业正处于发展阶段,水质污染不严重,五种毒物除砷、六价铬能检出外,其余各种毒物都未检查出来,除宁远河为一级有机污染外,其余各河都属二级。
经过分析和综合评价,上述河流水质,符合地面水的标准。只轻度有机污染,可作渔业等用水,经处理后,可作饮用水。
4 海南水资源的利用现状
目前海南省用水现状,主要为农业用水和人畜用水(包括城镇居民用水)两大方面,工业用水并不太多。
以海南现有耕地685万亩(水田413万亩,旱田272万亩),人口约572万人计算,在不同水量保证率下的用水量如下。而海南农业灌溉,在一般情况下是。
从上面可以看出,在目前的生产水平,在平水年和稍偏枯水年,可供水量是有略余的,而在特大枯水年,则可供水量不能满足用水量的要求。
由于海南的雨量和径流量在季节分配上都高度集中,暴雨量大使雨量往往集中在极短的几天内,加上地区分布不均,旱涝年份交替出现,可供水量絶大部分需靠人工水库调蓄。在建国后,兴建了一大批水利蓄水工程,现有松涛、万宁、长茅、石碌等4个大型水库,还有一批中型水库和一大批小型水利蓄水工程。到目前为止,全省共有有大小型蓄水工程2762宗,其中大型水库4宗,中型水库66宗,小型水库242宗,总库容67亿立方米(不包括牛路岭大型电站5.3亿立方米),正常蓄水库容49亿立方米。有效灌溉面积达392万亩,约为现有耕地面积的60%,其中旱涝保收面积246万亩。水库对海南农业起了巨大作用。例如1976年冬至1978年春,连续旱了18个月,由于76年汛期蓄水(有效库容)达33.7亿立方米,仅松涛水库就供水10.2亿立方米,使广大农田能保持产量稳定,77年产量比76年还略有增加,与75年相若,并保证了78年春耕大部分用水。在雨量较少的海南西部东方县,建成了戈枕、陀兴、采贡、高坡岭等水利工程后,灌溉条件得到大大改善。这些大中型水库不但改善了灌溉,而且削减了洪期洪峰水量,使下游洪涝灾害大大减轻。
但目前西部乾旱地区仍未能全部解决灌溉用水问题。初步估算,全省中型以上水库集水面积总计总有6000平方公里,只占全省面积17.6%,正常蓄水只占总径流量16.5%,故继续寻找适合大中型水库的库址,扩大蓄调水量,并改进调蓄方案,是海南省合理开发利用水资源的主要方向之一。
海南煤炭资源比较欠缺,水力发电藴藏量比较丰富,但目前已开发利用的水电装机容量仅为25.2万千瓦,1984年全岛水力发电量为6.52亿度,其中牛路岭水电站,装机容量为8万千瓦,南丰水电站,装机容量为2.5万千瓦,广坝水电站,装机容量为1.3万千瓦,三个水电站总计装机容量为11.8万千瓦,约占全岛目前水电装机容量49%。水力资源仍有发展潜力。
4 海南省经济开发与水资源的利用问题
海南省成为经济特区后,加上本省各种资源比较丰富,经济必然飞跃发展,工农业的扩展,城镇的兴建,必然涉及用水问题,现谨将如何合理地用水,增加经济发展的顺利进行的建议列后。
(1)海南年均水量十分丰富,但水量季节分配十分集中,加上大暴雨多,几场大暴雨的雨量和径流量便可达年总量40%以上,因此,可自然利用水量的比例很低,加上年雨量变率较大,旱涝年交替,必须进行人工调节。据初步估算,如果耕地面积增加1/3,工业产值达到目前的7~8倍,加上现代化城市兴起,人民生活提高,按最保守的计算常年用水量也需70亿立方米以上。现有的水库调蓄能力和调度技术水平将远远不能满足。如果重工业如石油工业、冶炼工业等进一步发展,则用水量还要增多。因此,寻找新库址、加强大中型水库的建造、改进调度水平、因地制宜多兴建小型蓄水工程,进行相互配合,值得充分加以重视。
(2)在农业灌溉方面,海南因台地较多,台地面积占全岛台地平原总面积的72.3%,地形微波起伏。现有台地平原的耕地中水田仅占45%左右(台湾平原区水田占耕地80%以上)。这与地形条件导致灌溉不便以及局部水资源不足有关,将来增加水库蓄水量之后,仍要考虑地形的影响,改进灌溉措施。海南河流因自然地理因素影响,灌溉方便、水源较充分的三角洲平原和河谷冲积平原的面积不大(1857平方公里左右),只占台地平原总面积8.3%;台湾则有三角洲平原和河谷冲积平原7130平方公里,占全岛平原面积64%。海南灌溉方便的农田较少,必须研究出适合海南情况的台地平原灌溉网络,改良灌溉技术,使水资源能方便利用。
(3)森林为调节径流的良性因素,有緑色水库之称。有大面积的热带雨林时,一方面可削减洪峰流量,另一方面可增大枯季流量。1956年海南共有森林面积1295万亩,覆盖率为25.7%,由于种种原因,30多年来森林遭受大量砍伐,到1979年,森林面积(包括原始森林、次生林和橡胶林等)为1069.2万亩,覆盖率减为20.9%,近年虽略有增大,但幅度较少,30多年来森林覆盖率下降了4%,但实际天然林已被破坏50%,许多次生林为疏林,保水能力较差。万宁水库是海南大水库之一,原设计灌溉面积17万亩,由于上游森林被大量破坏,减少了灌溉效益,长茅水库和其他许多水库都有这种现象。森林被破坏后,水土流失严重。昌化江宝桥站1957年~1958年年均输沙率为19.3千克/秒,输沙量60.7万吨。森林被破坏后1977年~1978年,年均输沙率为55.6千克/秒,输沙量达169万吨,大量泥沙入库入河,既影响了水库寿命,也抬高了洪水位。
(4)海南经济高度发展后,能源必然紧缺,估计到90年代中期,如经济飞跃发展,用电量必将达到300万千瓦以上,整个海南理论水能藴藏量为100万千瓦,缺能较多,如能在大水库兴建时,设计高水头发电,以增加水能,并做好全岛水能发电规划,大小发电站结合,引进先进技术,尽量开发水电能源。其余供电不足部分,需建设火电或核电补足。
(5)海南地表径流水质较好。但需制定措施,防止工业大量上马和城市人口增加后所增加的工业废水和生活废水污染河水,应开展环境水容量研究,订定排污标准,严格执行环保法规,以免将来污染水资源。
(原载:中山大学学报,自然科学版,1991。)