基于经济生态用水比例合理性的水资源配置设计

2017-01-20卢丽娜

山西水利 2016年1期

关键词：水资源量分区水量

袁帅，卢丽娜

（山西省水资源研究所，山西太原 030001）

基于经济生态用水比例合理性的水资源配置设计

袁帅，卢丽娜

（山西省水资源研究所，山西太原 030001）

在水资源系统模拟的基础上提出了经济生态用水比例计算，对生态用水阈值进行了探讨，提出了生态用水合理性评价方法。以生态用水比例合理性评价为基础，探讨了水资源可持续开发利用模式和水资源配置方案。通过研究，建立了一整套评价流域水资源可持续发展的理论和方法，对促进流域水资源可持续开发利用具有重要意义。

经济耗水；生态用水；阈值；水资源配置

1 概述

我国水资源开发利用状况表明，社会经济与生态环境尖锐的用水矛盾对水资源可持续利用构成了严重威胁。由水资源子系统、生态环境子系统和社会经济子系统构成的复杂巨系统，总体上向不利于生态环境系统健康发展、水资源系统逐步破坏的方向发展。如何实现社会经济、生态环境与水资源的动态平衡，遏制生态环境系统恶化，保持水资源可持续利用，是流域/区域水资源开发利用过程中应考虑的问题。

流域/区域水资源配置首先应实现社会经济系统和生态环境系统之间水量的合理分配。根据社会经济用水和生态环境用水不同特点、区域水资源状态，提出社会经济耗水和生态环境用水的计算方法，在社会经济耗水和生态环境用水比例合理性评价的基础上，以经济生态用水合理比例为限，驱动水资源配置模型进行耗水平衡分析，提出水资源配置方案。

2 基本理论

水资源有广义和狭义之分。狭义的水资源是指径流性水资源，也是目前水资源评价的主要对象。广义的水资源则包括径流性水资源和非径流性水资源。径流性水资源进入河道、补给地下水，非径流性水资源量直接用于生态服务功能。

2.1 狭义水资源口径下经济和生态用水比例计算

对于任一流域水资源分区，从狭义水资源角度，进入该区的水资源量包括当地产水量、入境水量、调入与调出水量之差，计算水资源量公式为：W=WL+ INW+DIW-DOW。其中：W为进入流域水资源分区的计算水资源量，ECW为经济耗水量，WL为当地产水量，INW为入境水量，OUW为出境水量，DIW为调入水量，DOW为调出水量。

2.2 广义水资源量口径下经济和生态用水比例计算广义水资源包括径流性水资源和非径流性水资源，非径流性水资源量计算公式为：

式中：EYP——非径流性水资源量，亿m3；

R——径流系数；

P——降雨量，mm；

A——流域水资源分区面积，万km2。

进入流域水资源分区的计算水资源量包括当地产水量、入境水量、调入与调出水量之差、非径流性水资源量，即W=WL+INW+DIW-DOW+EYP。

3 生态用水比例阈值分析

当水资源分区生态用水比例在其阈值范围内时，可以认为水资源处于可持续利用状态。现有研究成果和生产实践表明，流域/区域生态环境用水的弹性很大，在生态用水比例阈值范围内，生态用水量减小不会对生态环境造成大的影响，生态系统的自恢复能力可自动修复，达到新的平衡。在接近或小于生态用水比例阈值时，生态环境系统呈刚性不可恢复状态。继续减少生态用水比例，生态环境系统则进入损毁阶段。生态环境系统破坏不同阶段的划分，对应着不同的生态用水比例区间，确定各个阶段所对应的生态用水比例阈值，需深入研究生态用水机理，确定不同阶段合理的极限值。

3.1 比较法

按照狭义水资源口径计算的生态用水比例未考虑降水的影响，不同地区计算的生态用水比例阈值不相同。采用比较法计算时，应首先针对特定的流域或区域计算出基准年所有水资源分区的生态用水比例；然后综合对比分析各水资源分区的实际水资源开发利用程度和生态环境状况，从中选择代表水资源可持续利用程度最差、较差、适中、较好、很好的几个水资源分区，这些水资源分区的生态用水比例可作为水资源可持续利用的基本判断标准；最后根据流域或区域的实际水资源利用情况，结合上述基本判断标准，给出近似的生态用水比例阈值或区间值，据此作为指导规划水平年水资源优化配置的控制性指标。

3.2 经验法

当前国际上比较认可的流域经济耗水比例是30%～40%以下，即生态用水比例在60%～70%以上。中国工程院重大咨询项目西北地区水资源可持续发展战略研究认为，我国西北地区生态用水比例至少在50%～60%以上，当社会经济耗水超过50%时，将面临生态环境退化，进入不稳定状态。根据我国当前生态环境状况和水资源开发利用的实际情况，建议干旱和半干旱地区生态用水比例控制在50%～60%以上，湿润和半湿润地区控制在60%～70%以上。

4 生态用水合理性评价

水资源可持续利用评价的主要量化指标是确定水资源分区的生态用水比例，计算各水资源分区生态用水比例需逐一分析其合理性。具体评价过程如下：

第一，对研究区域概化为以四级区为最小的流域单元，然后对计算单元之间的水量传输关系进行现实模拟，得到各个四级区上的产生量、入境水量、出境水量和调入调出水量、国民经济耗水量。第二，根据上述公式分别计算各分区的入境水比例、出境水比例以及经济耗水比例和生态用水比例。第三，生态用水比例阈值确定以及理想区域选定。对各分区的现状生态状况进行分析评价，选定生态状况较好的区域为理想背景区域，所对应的生态用水比例值作为合理阈值。第四，弹性度计算。弹性度是反映流域/区域水资源开发利用潜力的综合指标，计算公式为：弹性度=生态用水比例/背景阈值，即Re=REYW/BREYW。第五，水资源分区分类。首先根据研究区域生态状况，划定不同的阈值范围，作为分类划分标准。其次根据计算得到的生态用水比例与划分标准进行对比，确定各个水资源分区生态系统所处状态。第六，根据四级区分类划分所属范围，分别统计在不同范围之内的个数，最终计算不同状态区域占分区总数目的比例，确定研究区域水资源开发利用总体状态。

5 水资源配置

5.1 水资源配置框架

通过对地区水资源系统、经济耗水系统和生态用水系统进行定量分析，确定各自相对应的发展模式，结合生态用水比例评价结果，确定开发可持续开发利用方案和水资源配置方案。

首先，根据分区状态和总体状态，确定水资源开发利用策略。水资源开发利用的潜力度以1为基准，根据分区内水资源总量和当前经济耗水总量，计算未来水资源可开发利用量或当前情况下占用生态用水比例。水资源开发利用潜力或占用生态用水比例=|生态用水比例-背景阈值|/水资源总量，即EXP=|REYWBREYW|/W。其次，根据水资源开发利用策略，进行基准年水资源配置和规划水资源配置，计算不同水平年四级区生态用水比例。纵向对比现状年、基准年和不同水平年各个分区内生态用水比例变化状况。若生态用水比例逐渐增加，说明地区生态状况趋向理想发展，实现了水资源的可持续开发利用，否则认为地区生态趋向恶化，根据评价结果对原配置方案进行反馈调节，通过多次调整，当生态用水比例保持在一定的合理范围时，认为当前的水资源配置方案是合理的。

5.2 水资源配置方案反馈

根据水资源配置方案结果，计算各方案是否满足可持续开发利用状态，针对存在的问题，提出方案调整与反馈措施。水资源配置方案反馈模式包括：

第一，实行取耗水总量控制准入制度。首先从总体上实行取耗水总量控制。其次根据水资源开发利用模式，若属于非高效性社会经济模式模式，则通过调整产业结构，减少农业耗水量而增加工业、第三产业耗水量，提高用水效率；若属于高效性社会经济用水模式，则进一步提高用水效率，调整工业内部结构，减少高耗水等行业，发展高科技等高新技术产业。

第二，适当控制人工生态用水比例。根据研究，从生态服务功能和价值出发，天然生态无论是在生物多样性还是对地区生态的整体改善而言，远远大于人工生态。而当前各地尤其是在城市化建设过程中，很多城市没有围绕原有的天然生态进行城市规划，反而是先破坏后进行建设，然后再增加人工生态面积，此种生态建设模式从整体效率而言是非可持续模式。因此，地区城市建设及生态建设应本着依附本地天然生态为基础实行开发性的生态保护政策，而非一味扩大人工生态面积。

第三，改变水资源条件。根据所属水资源类型，确定增加入境水量或进行跨流域调水，满足社会经济用水，置换挤占的当地用水。在经济耗水比例较高的地区，如海河流域，在用水总量不再新增的基础上，通过新增外调水来置换挤占本地生态用水量。或根据上下游社会经济发展效率实行水市场模式，增加入境水量、减少出境水量。