基于武汉市水资源“三条红线”管理的评价指标量化方法探讨

孙可可，陈 进

（长江科学院a.水资源综合利用研究所；b.院长办公室，武汉 430010）

基于武汉市水资源“三条红线”管理的评价指标量化方法探讨

孙可可a，陈 进b

（长江科学院a.水资源综合利用研究所；b.院长办公室，武汉 430010）

“三条红线”是“最严格水资源管理制度”的核心，指的是水资源开发利用控制红线、用水效率控制红线、水功能区限制纳污控制红线。每条红线的管理和实施，都需要以评价指标为衡量标准，考虑到地区、行业等的差异和管理的需要，有必要对各评价指标进行具体量化。分析了“三条红线”间的内在关系，并以武汉市为例，划分各行政单元区，对“三条红线”的各评价指标进行初步量化，为探讨制定合理的武汉市水资源管理“三条红线”指标提供借鉴。

水资源管理；三条红线；指标量化；武汉市

1 概 述

2011年中央一号文件明确提出实行最严格的水资源管理制度，确立水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污的“三条红线”。“三条红线”在实施过程中，都以具体的评价指标作为控制标准。水资源开发利用红线的控制指标包括地区或流域的用水总量、行业部门用水总量等；用水效率控制红线的评价指标有人均生活用水量、万元工业增加值用水量、每公顷农田用水量（亩均用水量）、农田灌溉水有效利用系数、工业用水重复利用率等；水功能区限制纳污红线则以各污染物的允许纳污量作为评价指标［1］。对各评价指标进行量化，划定定量控制标准，是有效落实水资源管理“三条红线”制度的前提和基础。因此，有必要分析各评价指标之间的内在关系，探讨影响指标的因素，在此基础上对“三条红线”的各评价指标进行合理的量化。

2 “三条红线”评价指标间关系

总的来说，“三条红线”分别反映了水资源管理中的水利用问题和水体污染问题，从管理的目的上看，限制纳污和用水控制相辅相成，具有一定的相关性，任何一个指标的提高均有利于另一个指标的实现。用水总量的降低，会在一定程度上要求通过提高用水效率来满足用水需求，同时用水效率的提高也会降低总的用水量［2］。

具体的，每条红线都以相应的评价指标为实施标准，各评价指标之间存在着一定的相关性，各指标的划定和实现都会对其他指标的实施产生影响，因此，在对各评价指标进行量化时，需尽可能地考虑其他因素的影响。

3 武汉市“三条红线”评价指标量化

3.1 武汉市水资源概况

武汉市水资源充沛，长江、汉江两条大江穿城而过，多年平均降水量1 284 mm，多年平均水资源总量47.25亿m3。市内分布有大量湖泊和水库，水域面积达2 117.6 km2，占全市总面积的1／4。现有湖泊170个，其中城区湖泊41个，郊区湖泊129个，5 km以上河流165条，大中小型水库272座。目前，随着武汉加快建设资源节约型环境友好型社会，经济的快速发展使得用水量迅速增长，出现了供需矛盾和用水效率低下的问题，同时产生的大量废水给水体水质和河流湖泊的生态环境带来了威胁。有必要对“三条红线”各指标分别进行量化，划定定量控制标准，以有效落实“三条红线”政策，实现对水资源的最严格管理。

3.2 水资源开发利用控制红线指标量化

水资源开发利用控制红线要求从用水总量上划定控制标准，其目的在于促进水资源的合理开发、优化配置、全面节约和有效保护［3］。影响区域用水总量的因素包括地区的经济发展水平、水资源丰富程度、开发利用现状、水环境现状、需求程度以及用水行业的产业结构等。本文分析武汉市和全国的用水现状，考虑上述影响因素，尝试探讨全国未来的水资源总量控制标准在地区上进行合理分配的方法。以2009年为现状水平年，选取大连、南京和广州3个较为典型的城市作为对比，其现状用水情况如表1所示。

表1 2009年武汉等主要城市和全国的用水情况统计表Tab le 1 Typical indices of water use in W uhan and other cities in 2009

由于影响总量控制标准的因素众多，包括水资源条件等自然因素和行业差异等的人为因素［4］，其因素之间关系复杂。本文仅选取具有一定代表性的因子，分别为地区人均用水量、万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量），这3个因子分别从生活、工业、农业用水3个层面，一定程度上反映了地区的水资源的丰富程度、经济技术水平和产业结构的差异。此方法的原理是将全国的用水总量控制标准按比例进行分配，其比例为地区水资源总量占全国总量的比率，同时考虑全国和各地区的人均生活用水量、万元工业增加值用水量、每公顷农田用水量（亩均用水量）等因素的影响。具体计算公式为

式中：Q标准为地区的未来用水总量控制量化标准；Q全国标准为全国划定的未来用水总量控制目标；Q全国为全国的现状年用水总量；Q地区为地区的现状年用水总量；q1全国，q2全国和q3全国分别为全国人均生活用水量、万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量）；q1地区，q2地区和q3地区分别为地区人均生活用水量、万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量）；α1，α2和α3分别为全国的生活用水、工业用水和农业用水所占百分比。

由上述公式可以看出，地区的人均生活用水量、万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量）越高，相应的用水率也越高，计算出的地区用水总量控制标准就越高。由表1可知2009年全国和武汉市的用水效率指标现状值，根据2011年中央一号文件中的内容，到2020年划定的全国用水总量控制目标为6 700亿m3。以2009年为现状水平年，根据上述公式，计算得2020年武汉市的用水总量控制目标为

该方法计算出的结果略大于单纯以现状用水情况进行用水总量划分的结果。同时，由于方法的局限性，对各区域计算出的总量控制标准之和可能不等于总的全国控制标准，因此，可以将各地区的用水总量标准乘以比例系数，比例系数同时，随着未来经济发展和水资源状况的变化，可对地区用水总量控制标准进行适时的调整。

而对于武汉市各行政分区，则可以根据各分区的现状用水比例对武汉市的未来用水总量控制标准进行分配。在实施用水总量控制过程中，考虑到武汉市建设资源节约型环境友好型的两型社会，对资源的利用效率要求更高，可适当降低用水总量的控制标准。该方法考虑了地区水资源丰富程度、经济技术水平和产业结构的差异性，相比以往单纯以现状用水总量为比例进行分配的方法，能够更加合理的确定出地区的用水总量控制标准。但是，还有其他一些因素，如地区的用水保证率程度、未来经济发展对水资源的需求程度等未考虑，且尚未考虑各影响因素之间的相关性，故此方法还有待于进一步改进。

3.3 用水效率控制红线指标量化

目前，用水效率红线的落实，主要是通过划定用水效率标准，以及确定一段时期内用水效率的提高水平。该方法简单易行，但是缺少考虑各地区的实际用水效率水平，对于现状用水效率较低的地区，划定的目标往往难以实现，而对于现状用水效率高的地区，根据边际效应，实现同样的增加幅度，难度也会更大。为合理量化武汉市的用水效率控制指标，将武汉市的各现状用水效率指标和全国进行比较，并根据未来的规划目标，划定符合地区经济技术水平的合理用水效率标准。

表2 全国和武汉市现状年用水效率指标以及未来水平年控制标准Table 2 The evaluation indices of water use efficiency in W uhan and the whole country in 2009 and the control objectives in 2020

由表2可知，2009年武汉市和全国的万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量）比较接近，对于未来水平年指标控制标准，可以采用相同的削减比例进行划定。而对于万元GDP用水量和农业灌溉水有效利用系数，武汉市的现状指标值明显高于全国的平均水平，因此，在划定过程中，可以考虑边际效应的因素，适当降低指标的削减比例，以利于控制目标的实现。

对于人均综合用水量和人均生活用水量指标，将随着用水总量和人口数量的控制，人均用水量将缓慢增长并趋于稳定不变，全国范围尚未划定控制标准，可以按照用水效率现状水平进行控制。万元工业增加值用水量和每公顷农田用水量（亩均用水量）参用和全国同样的削减比例，到2020年的控制标准分别为60.6～80.8 m3／万元和4 176～5 568 m3／hm2（278.4～371.2 m3／亩）。2009年武汉市万元GDP用水量为104 m3，约低于全国平均值40%，已经低于全国2020年削减40%后的目标值，同时农业灌溉水有效利用系数为0.51，高于全国平均水平3个百分点，因此考虑边际因素，划定2020年武汉市的万元GDP用水量范围为62.68～104.46 m3，农业灌溉水有效利用系数控制范围为0.55～0.58。

对于武汉市各行政分区，由于其经济技术水平、产业结构等的差异，各区的用水效率指标差异较大，在对用水效率控制红线实施过程中，应进行充分考虑，分别量化，制定出合理可行的控制标准。

3.4 水功能区限制纳污红线指标量化

实行水功能区限制纳污，需要在水功能区划的基础上，结合水环境的保护目标、现状水质及排污现状，计算各水域的纳污能力，即在给定的水质目标和水质现状下水体所能容纳的最大污染物量，并划定限制纳污的定量标准。以武汉市中心城区为例，选取2010年为现状水平年，根据《2010年武汉市水环境状况》中的监测结果，武汉市中心城区现有37个湖泊一级水功能区中，水质达到Ⅲ类标准的湖泊10个，达到Ⅳ类水质标准的11个，水质为Ⅴ或劣Ⅴ类的湖泊16个。利用ArcGIS软件，将各一级水功能区的水质现状和管理目标，以不同的颜色进行表示，绘制水质现状图和管理目标图，如图1和图2所示。

图1 2010年武汉市中心城区各一级水功能区水质现状图Fig.1 Status quo of the water quality ofmain water function regions in urban area of W uhan in 2010

图2 2010年武汉市中心城区各一级水功能区水质管理目标图Fig.2 Objective of water quality m anagement for main water function regions in urban area of W uhan in 2010

由图1和图2可以看出，武汉市中心城区水功能区水质现状水平不高，均在Ⅲ类水平以下，受污染的湖泊数量比例比较高，部分湖泊水质在Ⅴ类或劣Ⅴ类以下，相比较管理目标，水质的达标率仅为40.54%，对于未达标的水域，需要通过纳污量的削减等措施以改善其水质。对于湖泊水功能区，其纳污能力的计算方法有数学模型计算法、调查统计法和估算法，具体方法可根据计算精度要求以及现有资料情况进行选择。针对武汉市中心城区各湖泊一级水功能区，由于湖泊众多，选取面积大于1 km2的湖泊为计算对象，采用数学模型的方法计算各湖泊的纳污能力。根据《水域纳污能力计算规程》中的计算方法，当湖泊或水库的入流量等于出流量时，湖泊的水量保持平衡稳定，小型湖泊的纳污能力计算公式为

式中：M为湖泊的纳污能力（t）；Cs为水质目标浓度值（mg／L）；C0为水体初始浓度值（mg／L）；V为湖泊的容积（万m3）。

考虑到实行最严格的水功能区限制纳污，在缺少实际水功能区的现状COD（化学需氧量）和NH3-N（氨氮）浓度值时，假定其现状浓度值均取符合水质指标范围内的最高值。根据《GB3838－2002地表水环境质量标准》，不同水质类型对应的生化需氧量COD和NH3-N的浓度值如表3所示。

表3 不同水质类别下COD和氨氮的标准浓度范围Table 3 Criteria of the concentration of COD and NH3-N for different water quality levels mg／L

在假定各湖泊现状浓度值均取符合水质指标范围内的最高值时，由表3可以得出各主要湖泊的COD和NH3-N的现状浓度值，将其代入上述公式，即可计算出武汉市中心城区主要湖泊水功能区的纳污削减量，结果如表4所示。

表4仅在现状水质指标范围已知的情况下，计算出了排污削减量的范围以及最小排污量，在实际的应用中，可根据具体的现状排污量（包括COD和NH3-N），计算出湖泊纳污的具体削减量，削减后的排污量指标即为水功能区的限制纳污量。

表4 武汉市中心城区主要湖泊水功能区限制纳污计算表Table 4 The pollution accommodating capacity ofmain lake function regions in W uhan

4 讨论和建议

目前，我国的水资源管理实行用水总量控制和用水定额管理相结合的管理制度，关于水资源管理“三条红线”的评价指标量化还处于探索阶段，科学合理的控制目标需要在对各地区的现状用水和排污情况调查计算的基础上进行确定。对“三条红线”各评价指标量化的关键在于充分考虑各地区、行业的差异，制定不同的控制标准，同时鉴于各评价指标间存在着不同程度的相关性，一个指标的控制会对其他指标产生相应的影响，今后可以考虑对指标的相关性进行研究。武汉市水资源丰沛，然而由于过度开发利用，用水效率水平不高，接近全国的平均水平，同时水质现状水平不高，对水功能区的纳污缺乏严格的控制和管理手段。建议今后建立科学合理的用水和纳污控制目标，并进行有效的落实。

本文初步提出了武汉市的用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污的合理控制标准，其结果的合理性还有待于进一步验证。同时，为有效落实“三条红线”，还需要采取相应的保障措施，如对于取水总量已经达到或者超过总量控制指标的地区，暂停审批建设项目的新增用水；对取水总量接近取水许可控制指标的地区，限制审批新增用水；将水功能区水质目标作为各级政府水污染防治和污染减排工作的重要依据等。

［1］ 孙宇飞，王建平，王晓娟.关于“三条红线”指标体系的几点思考［J］.水利发展研究，2010，（8）：62－65.（SUN Yu-fei，WANG Jian-ping，WANG Xiao-juan.Some Comments About the Evaluation Index System of“the Three Red Lines”［J］.Water Resources Development Research，2010，（8）：62－65.（in Chinese））

［2］ 陈 进，黄 薇.实施水资源三条红线管理有关问题［J］.中国水利，2011，（6）：118－120.（CHEN Jin，HUANGWei.Some Problems About the Implementation of“Three Red Lines”of Water Resources Management［J］.China Water Resources，2011，（6）：118－120.（in Chinese））

［3］ 胡震云，雷贵荣，韩 刚.基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制［J］.河海大学学报（自然科学版），2010，38（1）：41－46.（HU Zhen-yun，LEIGuirong，HAN Gang.Regional Water Consumption Control Based on Technical Efficiency ofWater Resources Utilization［J］.Journal of Hohai University（Natural Sciences），2010，38（1）：41－46.（in Chinese））

［4］ 裴源生，刘建刚，赵 勇.水资源用水总量控制与定额管理协调保障技术研究［J］.水利水电技术，2009，40（3）：8－11.（PEIYuan-sheng，LIU Jian-gang，ZHAO Yong.Study on Support Technique for Coordination Between Total Amount Control and Quota Management of Water Consumption for Water Resources［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2009，40（3）：8－11.（in Chinese） ）

（编辑：周晓雁）

Evaluation Index Quantification for“The Three Red Lines”of W ater Resources M anagement in W uhan

SUN Ke-ke，CHEN Jin
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

“The Three Red Lines”，as the core of themost stringentwater resourcesmanagement policy，consists of the red line of restrictingwater resources exploitation and utilization，red line of controllingwater consumption efficiency，and red line of limiting water resources pollution.The implementation of each red line requires a corresponding evaluation index，which needs to be quantified as there exists disparity in different areas and industries.The article firstmakes an analysis on the relationship among the three red lines，andmakes a quantification of each evaluation index with Wuhan Municipality as a case study.The quantification results could offer reference for the formulation of reasonable evaluation index for Wuhan’swater resourcesmanagement.

water resourcesmanagement；the three red lines；evaluation index quantification；Wuhan Municipality

TV213.4

A

1001－5485（2011）12－0005－05

2011-10-20

水利部公益性行业专项经费项目（201001005）

孙可可（1988-），男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要从事水文水资源研究，（电话）027-82818101（电子信箱）kewater＠yeah.net。