海河流域水资源承载能力与合理配置问题探讨

丁志宏，杨晓勇，韩瑞光

（1.天津市中水科技咨询有限责任公司，天津 300170；2.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；3.水利部海河水利委员会，天津 300170）

海河流域地跨北京、天津、河北、山西、山东、河南、辽宁和内蒙古8 个省（自治区、直辖市），总面积32.06 万km2，多年平均降水量535 mm，多年平均水资源总量370 亿m3。海河流域是我国政治、文化中心和经济发达地区，2004年总人口1.34 亿，国内生产总值达2.6 万亿元，流域内交通发达，矿产资源丰富，也是全国主要粮、棉产区之一。从总体上说，海河流域属于资源性严重缺水地区，以不足全国1.3%的水资源量承担着全国11%耕地面积、10%人口的用水任务，并支撑着全国13%的GDP。

近年来，由于经济社会发展对水资源需求的增长，水资源开发利用率已达98%，大大超过了流域水资源的承载能力。为解决水危机，北京市、天津市实施了多次外调水； 多数平原城市也都依靠超采地下水来维持供水，一些地区群众饮水困难，农业灌溉用水更得不到保障。同时，引发了一系列生态环境问题：一是河道断流干涸，海河平原21 条主要河流3 664 km河段中，干涸长度由20 世纪60年代的710 km 增加到2005年的2 100 km，平原河道完全丧失了航运功能。二是湿地萎缩，平原12 个主要湿地面积由20世纪60年代的2 180 km2减少到2005年的570 km2。华北明珠白洋淀经常干涸，不得不靠补水维持。三是河口生态恶化，入海水量由20 世纪50年代年均的240 亿m3减少到近几年的10 亿m3左右，造成河口淤积严重和水生生物生存环境恶化。四是地下水严重超采，1980—2004年地下水累计亏损量900 亿m3，地下水位持续下降造成地面下沉、海水入侵、土壤沙化等问题。五是水土流失量大面广，到2005年山区仍有10 万km2水土流失面积。六是水污染加剧，目前受污染河流已达72%，地下水水质不合格面积占76%，农村生活饮用水中高砷、高氟、苦咸水等占31%[1]。

今后5～10年是海河流域社会经济发展战略向纵深推进的关键时期，“京津冀都市圈”区域经济一体化和天津滨海新区开发开放已列入国家总体发展战略，《北京城市总体规划》和《天津城市总体规划》相继被国务院批复，流域西部是国家重要能源基地，中部平原是我国重要粮食生产基地，曹妃甸国家级循环经济示范区正加快建设[2]。海河流域水资源短缺和水生态环境恶化愈来愈成为流域经济和社会发展的重要制约因素。因此，研究未来流域水资源的承载能力和水资源的合理配置思路已显得非常迫切和必要。

传统的流域水资源配置思路是根据流域历史和现状缺水情况，预测未来用水需求，然后规划和计划修建新的水库、引水、提水和灌渠等，不断提高供水能力，试图减少或消灭干旱，将大多数耕地变成旱涝保收的良田。这种配置思路出发点是好的，实际执行起来却存在很多问题，对流域水资源承载能力、地区生态环境状况、水利设施投资和收益状况、节水管理措施考虑较少，已经不能满足未来水资源可持续利用的要求。首先，水资源是有限的，干旱也是有周期性的自然现象，一旦较大干旱发生，常常是大范围和长时间的，这使各地水库也蓄不到足够的水；其次，损失在水库蒸发和渠系渗漏的水量往往超过一半，水的利用效率很低；第三，如果没有符合市场经济规律的投资和运行管理机制，水利设施很难发挥正常效益。对于大旱而言，出现概率并不大，如果建成的大量水利工程长期低水平运用，经济上往往并不合算，反而采用应急水量分配方案可能更加经济合理[3，4]。目前，水资源承载能力的研究方法、指标体系各式各样，但还没有一个统一、公认的理论基础和研究方法，并且一些方法过于复杂，在处理经济发展规模、生态环境与水资源的关系上很难实际应用。目前，在全国流域水资源综合规划编制中，以水资源可利用量为基础通过“三生”用水与可供水量的关系来反映水资源的承载能力，较好地解决了水资源配置与承载能力的关系。如果需水量小于可供水量，经济发展规模和生态环境用水必然在水资源承载能力范围内；反之，需要调整产业结构和经济发展规模对水资源的需求量，以满足水资源承载能力。

1 水资源承载能力与合理配置的内涵

1.1 水资源承载能力

承载能力是力学中的一个重要概念，表示一个承载体能够在不遭受破坏的前提下可以承受的最大外力或荷载。水资源不遭受破坏与可持续利用在概念上是等同的。从逻辑上讲，外力既可以是人口总量、生物总量，也可以是经济总量。水资源承载能力具有自然和社会双重属性，其大小受生产力水平、社会经济结构、生态环境状态以及科技水平等众多因素的影响，涉及到水资源系统、社会经济系统和生态环境系统之间的复杂相互作用关系。相同数量的水资源在不同区域上的承载能力是不相同的，在不同时间尺度上的承载能力也是不相同的[5]。

要分析计算水资源承载能力，需要先确定水资源可利用量，在可利用量的基础上通过可供水量和综合总用水量来反映需求是否超过了总承载能力。水资源可利用量是指在水资源可持续利用的前提下，考虑技术上的可行性、经济上的合理性以及生态环境的可承受性，通过工程措施可以获取并利用的一次性水量，也是在当地水资源量中可供河道外消耗利用的最大水量。可供水量是指在需水要求和指定供水保证率的条件下，水工程设施可能为用户提供的水量。可利用量是可供水量在生态、工程供水能力、分配水量的上限。综合总用水量就是一个地区或区域经济社会的总用水量。

我国现行的年综合总用水量包括了生活用水、生产用水和部分城市生态用水，能够比较客观地反映一个地区或区域经济社会的用水水平。随着科学技术的发展及国家经济实力的增强，开发利用水资源的手段和措施会不断改进或更新，水资源可利用量也会发生变化，所以只能根据可能预计的未来某个水平年的技术经济条件进行估算。

1.2 水资源合理配置

水资源配置是在水资源归国家所有的前提下，对水资源使用权的分配管理。依据社会主义市场经济的法律、行政、经济和技术手段，正确处理水资源天然分布与经济社会发展格局之间的关系，为国家实施可持续发展战略积极创造有利的水资源条件，是水资源合理配置的基本内涵。

水资源的合理配置是由工程措施和非工程措施组成的综合体系实现的。其基本功能涵盖两个方面：在需求方面通过调整产业结构、建设节水型社会并调整生产力布局，抑制需水增长势头，以适应较为不利的水资源条件； 在供给方面则协调各项竞争性用水，加强管理，并通过工程措施改变水资源的天然时空分布来适应生产力布局。两个方面相辅相成，以促进区域的可持续发展。

水资源的天然分布包括其数量和质量在时间与空间上的分布。水资源合理配置体系不仅应适合经济发展和人民生活的需求，还应尽可能地满足人类所依赖的生态环境对水资源的需求以及未来社会对水资源的基本需求。显然，水资源合理配置是一个长期的、动态的过程，将随着经济的发展和社会的进步而不断滚动作业，始终保持其前瞻性和适应性。

水资源合理配置是以经济或生物总量为出发点，探求与水资源之间的关系。水资源承载能力是“经过合理的水资源优化配置”而得到的，而水资源优化配置是一种社会经济活动行为； 水资源承载能力的最终表现之一为区域社会经济发展规模，体现了水资源承载能力的社会经济内涵[6]。

2 海河流域水资源承载能力分析

2.1 现状水资源承载能力分析

2.1.1 水资源总量与可利用量

全国水资源评价成果[7]表明，全国1956—2000年系列多年平均水资源总量28 405 亿m3，按2004年人口计算，人均为2 170 m3。海河流域水资源总量370 亿m3，仅占全国的1.3%；按2004年人口计算，人均水资源占有量仅为280 m3，只相当于全国平均水平的13%；海河流域的水资源总量及人均水资源占有量均为全国10 个水资源一级区中最低的，并远低于国际通行的人均1 000 m3紧缺标准和500 m3极度紧缺标准，是严重的资源性缺水地区。

与海河流域第一次评价成果（1956—1979年系列）相比，本次全流域多年平均水资源总量（1956—2000年系列）减少了12.1%，只有12.6%降水量形成河川径流量；在河川径流量中，由地下水补给形成的河川基流量占36.1%，地表径流量占63.9%[8]。

水资源可利用总量采用地表水可利用量加上降水入渗补给量与河川基流量之差的可开采部分的方法计算。其计算公式为：

式中：ρ 为可开采系数；Pr 为降水入渗补给量；Rg 为河川基流量。海河流域1956—2000年年均水资源可利用总量为235 亿m3，可利用率为63%[8]。

2.1.2 现状水资源供需分析

采用水资源长系列（1956—2000年）供需分析表明，海河流域现状多年平均经济社会需水量达到449 亿m3，而可供水量只有361 亿m3，缺水量达89亿m3，缺水率达到20%。其中，城镇缺水14 亿m3，农村缺水75 亿m3，具体情况见表1。海河流域1980—2004年多年平均供用水量398 亿m3，流域内多年平均水资源总量317 亿m3，当地水资源利用量311 亿m3（不含引黄水47 亿m3和深层承压水开采量40 亿m3），流域水资源开发利用率98%，大大超过了供水安全的危机线。

表1 海河流域现状多年平均水资源量供需分析 108m3

2.1.3 2004年供用水量分析

以2004年（降水属于平水年，径流属于偏枯水年）为例进行供用水分析。

供水量是指各种水源工程为用户提供的包括输水损失在内的毛供水量，按水源工程引水口供出的毛供水量计。海河流域2004年总供水量384 亿m3，其中当地地表水供水量77 亿m3、占20%，引黄水量44 亿m3、占11%，地下水260 亿m3、占68%，非常规水源3.2 亿m3。

用水量统计口径与供水量一致，是折算到水源工程引水口处的包括输水损失在内的毛用水量。海河流域2004年总用水量384 亿m3，其中城镇用水量（城镇生活、工业、城市河湖）103 亿m3、占总用水量的27%，农村用水量（农村生活、灌溉、林牧渔业）281 亿m3、占73%。

海河流域2004年供用水量384 亿m3，扣除引黄水量44 亿m3，流域当地水资源供用水量340 亿m3。2004年的当地可供水量为260 亿m3，再考虑有9亿m3的污水被利用而没有计入总供水量，约有90亿m3的生态环境用水被挤占 （其中超采地下水78 亿m3、挤占河道内生态用水12 亿m3）。显然，2004年的经济社会发展是以牺牲部分生态环境为代价换取的，其发展规模超过了流域水资源的承载能力，经济社会发展是不可持续的。

2.2 未来水资源承载能力分析

到2020年，预计海河流域人口由2004年的1.34 亿增至2020年的1.57 亿； 未来城镇化趋势明显加快，城镇化率由43%增至66%；GDP 增至7 万亿元。到2030年，预计海河流域总人口为1.58 亿，接近零增长；城镇人口1.05 亿，城镇化率66%；GDP达13 万亿元，年均增长率7.5%；有效灌溉面积稳定在0.07 亿hm2，粮食产量5 500 万t。

2.2.1 需水量预测

河道外总需水量为城镇、农村“三生”需水量之和，不包括河道内生态环境需水量。其中，城镇需水量为生活、生产（工业、建筑业、三产）、生态环境（绿地、城市河湖、环境卫生），农村需水量为生活、生产（农业）、生态（湖泊湿地）。

在大力推进节水型社会建设、采取强化节水模式条件下，特别是在农业需水方面结合近年用水实际进行了合理压缩，经测算，到2020年海河流域河道外多年平均总需水量为480 亿m3（其中城镇170 亿m3、农村310 亿m3），比现状多年平均需水量449 亿m3增加了7%；到2030年海河流域河道外多年平均总需水量为490 亿m3（其中城镇190 亿m3、农村300 亿m3），比现状多年平均需水量449 亿m3增加了9%。

2.2.2 流域内可供水量

海河流域供水水源众多，主要有当地地表水、地下水、黄河水、再生水、微咸水、海水，2010年以后还将增加长江水。按可利用量控制的多年平均地表水可供水量123 亿m3、采补平衡控制的地下水可开采量184 亿m3计算，由于2020年分配给海河流域的外调水量132 亿m3（长江水81 亿m3，其中南水北调中线分配62 亿m3、东线19 亿m3，黄河水51 亿m3）、非常规水源 （再生水、微咸水、海水）36 亿m3，2020年总可供水量为475 亿m3；到2030年分配给海河流域的外调水量166 亿m3（长江水115 亿m3，其中南水北调中线分配84 亿m3、东线31 亿m3，黄河水51 亿m3）、非常规水源41 亿m3，2030年总可供水量为514 亿m3[8，9]。

供需分析表明，虽然未来需水量有所增加，但由于节水措施和南水北调工程通水，海河流域水资源短缺状况可以逐步得到缓解。海河流域2020年多年平均缺水量5 亿m3，缺水率1.1%，供需基本平衡，地下水超采基本得到控制，水资源承载能力可基本保持在2020年的经济社会发展目标水平；2030年总体不缺水，满足2030年的经济社会发展需水要求，其总的水资源承载能力通过优化配置水资源可略大于2030年的经济社会发展目标，地下水开始逐步恢复，生态环境开始趋好，经济社会发展步入可持续发展轨道。当然，也有一些学者通过分析认为，海河流域在2020年仍将缺水30 亿m3，到2030年水资源供需才基本平衡，这可能是农业需水估值偏大造成的。

3 水资源合理配置思路

未来海河流域水资源供需基本平衡，但是要保持经济社会可持续发展，提高水资源承载能力还需要合理优化配置水资源。在空间上，要通过跨地区、跨流域调水来调剂水资源的余缺； 在时间上，要通过水库等调节工程来解决年内和年际水资源分布不均匀的问题； 在不同的国民经济用水部门间，要按照协调发展的投入产出关系实行计划供水； 在开源与节流的关系上，要坚持在节约的基础上扩大供水能力，控制需水的过度增长； 在水资源的开发利用模式上，不仅要重视原水的开发，更要注重污废水的再生处理及回用； 在除害与兴利的关系上，要注重化害为利，将洪水转化为可用的水资源[10]。

为此，在南水北调工程通水前，应合理配置当地水与黄河水、挖掘非常规水源和利用好雨洪水。南水北调、万家寨引黄等跨流域调水工程建成后，海河流域将初步形成南水北调东中线与流域内骨干河道组成的“二纵六横”的水网络体系和东西互补、南北互济的水资源配置格局。建设南水北调配套等新增水源工程，实现外调水、地下水、当地地表水等水资源的科学调配；合理安排非受水区的水利工程建设；统筹兼顾生活、生产、生态用水，兼顾受水区和非受水区以及城市和农村的用水。

在实际配置中[11]，海河流域南水北调受水区要优先使用长江水、其次为地表水和地下水兼顾非常规水，南水北调非受水区则通过工程措施优先合理使用当地水、其次考虑跨区调水；在配水对象上，坚持生态基流-居民生活用水-工业用水-城市生态用水-农业用水-农村生态用水配水优先序列，才能切实处理好经济发展与生态环境保护间的关系。

4 水资源有效配置的保障措施

要实现未来流域水资源的合理有效配置，完善的政策和管理机制是实现海河流域未来水资源供需平衡和生态修复的关键。

（1）确保南水北调工程受水区优先使用长江水。一是加快南水北调中、东线工程及其配套工程建设，保障及时向受水区的缺水地区通水； 二要明确流域机构、调水管理机构、地方水行政主管部门、调水工程管理部门等单位的管理职责和职能分工，提出公平、民主、高效的协调机制方案，便于协调管理；三是要建立长江水与当地水合理的水价关系，建立优先使用长江水的激励机制。

（2）推进流域水资源统一调度。抓紧完善跨省河流水量分配方案；严格执行全流域地下水压采方案；改善和完善现有水利设施，逐步实现流域范围内水利工程联合调度运行，并向全流域水质水量统一配置和调度发展。

（3）着力战略储备水源地的建设和维护。大中城市要有计划地建设战略储备水源地，遇特殊枯水期有计划地启动已封闭的地下水水源或其他备用水源，增大供水安全裕度。在山前平原划定地下水回补区，在汉江丰水时多调水用于地下水回补。

（4）建立城市特殊干旱年应急供水制度。针对出现机遇小的干旱季节和干旱年，流域和各地区应该分别制定应急水量分配方案。应确保城乡居民生活饮用水，保证公共事业用水和与居民生活密切相关的发电、生活必需品的生产用水，尽量满足粮油和蔬菜基地基本农田用水和一般工业用水。对用水大户强化监督，必要时采取定时、限量供水。

（5） 加强水文、水资源和生态环境监测和科学研究，定期修改和完善流域水资源规划和水量分配方案，编制海河流域南水北调工程受水区生态补水规划。

[1]海河水利委员会. 海河流域生态环境恢复水资源保障规划[R]. 天津： 海河水利委员会，2006.

[2]海河水利委员会. 海河流域水利保障体系近期建设实施方案[R]. 天津： 海河水利委员会，2008.

[3]陈进，黄薇. 未来长江流域水资源配置的思考[A]. 全国第三届水问题研究学术研讨会论文集[C]. 北京： 中国水利水电出版社，2005.

[4]周孝德，沈冰. 水与社会经济发展的相互影响及作用[A].全国第三届水问题研究学术研讨会论文集[C]. 北京： 中国水利水电出版社，2005.

[5]王建华，江东，顾定法，等. 水资源承载力的概念与理论[J].甘肃科学学报，1999，11（2）：1-4.

[6]龙腾锐，姜文超，何强. 水资源承载力内涵的新认识[J]. 水利学报，2004（1）：38-45.

[7]水利部水利水电规划设计总院. 全国水资源及其开发利用调查评价报告[R]. 北京： 水利部水利水电规划设计总院，2005.

[8]海河水利委员会. 海河流域水资源及其开发利用调查评价简要报告[R]. 天津： 海河水利委员会，2005.

[9]水利部. 南水北调总体规划[R]. 北京： 水利部，2002.

[10]王浩. 我国水资源配置的现状与未来[J]. 水利水电技术，2006，37（2）：1-6.

[11]任宪韶，户作亮，曹寅白，等. 海河流域水资源评价[M]. 北京： 中国水利水电出版社，2007.