海南岛水资源可利用量估算

李龙兵

（海南省水文水资源勘测局，海南 海口 570203）

0 引言

水资源可利用量是综合规划区域水资源的节约、保护、配置、开发、利用和治理措施的条件，又是进行水资源承载能力分析的基础[1]。以往在评价一个地区的水资源量时，通常把这个地区的所有水量都当作实际可利用的水资源量，这样往往会造成水资源的过度开发，从而破坏该地区原有的水生态平衡[2]。因此，正确评估水资源可利用量比水资源量更具有实际应用价值，确定水资源的承载能力和进行水资源合理配置应以可利用量为基础。

目前水资源可利用量的理论体系还未成熟完善，对水资源可利用量研究的途径与方法差异较大，难以有效地指导实践[3]。国内在水资源可利用量的计算通常采用的方法是倒算法与正算法，倒算法一般用于北方水资源紧缺地区，正算法多用于南方水资源较丰沛的地区及沿海独流入海河流。王永勇[4]结合珠江片的特点，对珠江片的水资源可利用量进行初步的估算，采用正算法对珠江三角洲计算了地表水资源可利用量。高建芳[5]采用倒算法，从地表水资源量中扣除维护生态环境最小需水量的方法，分析计算了艾比湖流域水资源可利用量。研究发现不同算法对水资源可利用量估算结果由于其地域空间差异特性而差异较大，需要开展大量典型区域的实例研究和不断深入总结经验和理论探索，而专门针对热带海岛地区的研究尚不多见。

建设海南全岛自由贸易试验区（港），水资源是一个不可或缺的重要基础资源。为确保水资源可持续利用，全面践行绿水青山就是金山银山的理念，保护好海南岛的绿水青山，构建人与自然、人与水和谐，对海南岛水资源可利用量分析十分必要。本研究在坚持可持续发展观点的基础上，总结前人的工作经验，用最新的数据，用多种方法对海南岛的水资源可利用量研究进行初步探讨。

1 基本概念、计算方法及数据来源

1.1 基本概念

水资源可利用量估算涉及以下概念：

1）地表水资源量。河流、湖泊、冰川等地表水体逐年更新的动态水量，即天然河川径流量。

2）地下水资源量。地下饱和含水层逐年更新的动态水量，即降水和地表水入渗地下水的补给量。

3）水资源总量。流域或区域内地表水资源量、地下水资源量和两者不重复计算量的代数和。

4）地表水资源可利用量。以流域为单位，在保护生态环境和水资源可持续利用的前提下，在可预见的未来，通过经济合理、技术可行的措施，在当地地表水资源中可供河道外开发利用的最大水量（按不重复水量计）。

5）地下水可开采量。在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不引起生态退化和环境恶化的条件下，可持续从含水层中获取的水量。

6）水资源可利用量。以流域为单位，在保护生态环境和水资源可持续利用的前提下，在可预见的未来，通过经济合理，技术可行的措施，在当地水资源中可供河道外开发利用的最大水量（按不重复水量计）。[6]

1.2 计算方法

1.2.1 地表水资源可利用量

海南岛地表水资源可利用量分别采用正算法和倒算法进行计算。

正算法是根据工程最大供水能力或用水需求的分析成果，以用水消耗系数（耗水率）折算出相应的可供河道外一次性利用的水量。

倒算法是用多年平均地表水资源量减去不可以和不可能被利用水量中的汛期下泄洪水量的多年平均值，得出多年平均地表水资源可利用量。

1.2.2 地下水可开采量

地下水可开采量采用可开采系数法计算。可开采系数（ρ，无因次）是指某地区的地下水可开采量（Q可开）与同一地区的地下水总补给量（Q总补）的比值，即 ρ ＝ Q可开/Q总补。

1.2.3 水资源可利用总量

水资源可利用总量的计算，采取地表水资源可利用量与浅层地下水资源可开采量相加，再扣除地表水资源可利用量与地下水资源可开采量两者之间重复计算量的方法估算。

1.3 数据来源

本研究采用 1956—2000 年的地表水和地下水资源量的数据主要来源于 2004 年海南省开展的《海南省水资源调查调查评价》[7]，2001—2015 年的地表和地下水资源量、用水量的数据主要来源于 2001—2015 年《海南省水资源公报》[8]，有关地下水分析相关参数主要来源于 2000 年海南省开展的《海南岛地下水勘测分析》[9]，有关工程最大供水能力、实际（规划）流域引出水量、用水消耗系数、水稻田和旱田等数据主要来源于 2004 年海南省开展的《海南省水资源开发利用情况调查评价》[10]。

2 水资源分区

2.1 海南岛水资源概况

海南岛位于中国最南端，四面环海，地处热带，是我国最具热带海洋气候特色的热带岛屿，全年暖热，干湿季节明显，常风较大，台风频繁，气候资源多样，水汽充足，雨量丰沛。海南岛为独立热带海岛水系，面积为 34 124 km2，水资源较为丰富，多年平均降水量为 1 780 mm，多年平均水资源总量为 320.0×108m3（用 1956—2015 年资料分析），人均占有水资源量为 3 520 m3，比全国平均值多 75%。但由于水资源时空分布不均，与人口、经济布局不相匹配，从而造成了区域性和工程型缺水并存，水资源短缺和紧张状况不断加剧的局面，已经成为海南省国民经济和社会发展的重要制约因素。

2.2 海南岛水资源分区

水资源分区是水资源可利用量分析的基础性工作，根据《全国水资源综合规划技术大纲》[11]，《全国水资源分区》[12]和《海南省水资源综合规划工作大纲》[13]，结合海南岛河流水系特点、水资源的自然、社会和经济属性，按照开发、利用、治理、配置、节约、保护要求，将流域水系与行政区划有机结合起来进行分区。将海南岛分成 6 个四级区，即南渡江、海南岛东北部、万泉河、海南岛南部、昌化江、海南岛西北部，各分区成果如表1 所示，分区分布如图1 所示。

表1 海南岛水资源四级分区 km2

3 水资源总量

3.1 地表水资源量

图1 海南岛水资源四级分区和行政区示意图

根据 2004 年海南省水资源调查评价和 2001—2015 年海南省水资源公报资料，整理出海南岛天然年径流量系列资料作为海南岛地表水资源量分析资料，多年平均地表水资源量为 316.3 亿 m3，天然年径流量系列过程线如图2 所示。根据海南岛年径流量系列分析，丰枯悬殊，年际变化较大，但整体呈现增长的态势。

图2 海南岛地表水资源量年过程线图

3.2 地下水资源量

依据 2002 和 2017 年由水利部水利水电规划设计总院编制《全国水资源调查评价技术细则》[14]，地下水资源量计算采用补给量法和排泄量法，其中平原区采用补给量法计算，同时计算排泄量；山丘区采用排泄量法计算，主要计算河川基流量[15]。

1）山丘区地下水资源量。海南岛山丘区地下水资源主要为中部基岩裂隙水及零星分布的火山岩裂隙孔洞潜水、岩溶水。海南岛山丘区矿化度（M≤1 g/L）总面积，亦即计算面积为 24 929 km2。在计算海南岛山丘区河川基流量时，主要选用了福才、三滩、乘坡、加报、毛枝、雅亮等 6 个水文站，采用直线斜割法分割计算单站的实测河川径流量中的河川基流量，建立单站河川径流量与基流量的关系曲线，计算各选用水文站控制区域逐年的河川基流模数。选用流域与未选用流域水文地质特征相似或一致，根据被移用地区的多年平均年降水量与选用水文站所控制流域的多年平均年降水量的比值，确定适当的类比修正系数，确定未被选用水文站所控制的区域逐年的河川基流模数。按照面积加权平均法的原则，计算各计算分区逐年河川基流量系列。1980—2015 年海南岛山丘区的多年平均地下水资源量为 55.65 亿 m3。

2）平原区地下水资源量。根据地下水动力特征、赋存条件和水文地质单元，结合地貌特征，把海南岛平原区划分为琼北台地、一般沿海、山间等平原区分别计算评价。琼北台地平原区面积为6 399 km2；一般沿海平原区面积为 2 634 km2，山间平原区面积为 162 km2。因海南岛地下水资料缺乏，降水入渗补给量只计算分区内水稻田生长期多年平均降水入渗补给量与水稻田旱作期及旱地的多年平均降水和灌溉入渗补给量之和，近似作为平原区内计算分区的多年平均地下水资源量，没有计算平原区内其他覆盖条件下（林地、灌木和草地等）的入渗补给。1980—2015 年海南岛平原区的多年平均地下水资源量为 26.79 亿 m3。

3）海南岛地下水资源量。采用汇总单元内平原区多年平均地下水资源量与山丘区多年平均天然河川基流量相加，再扣除由山丘区河川基流形成的平原区多年平均灌溉入渗补给量的方法计算，1980—2015 年海南岛多年平均地下水资源量为 82.44 亿 m3。

3.3 不重复量计算

计算单元内地下水评价类型区为山丘区时，地表水资源量为该计算单元的河川径流量，地下水资源量全部属于重复量；地下水与河川径流不重复量主要由旱地和水田旱作期的潜水蒸发量和浅层地下水开采净消耗量组成。经分析计算海南岛地下水资源量与地表水资源量不重复量为 3.69 亿 m3。

3.4 水资源总量

海南岛多年平均地表水资源量为 316.30 亿 m3，地下水资源量与地表水资源量不重复量为 3.69 亿 m3，水资源总量为 320.00 亿 m3。各分区多年平均地表、地下的水资源量和水资源总量如表2 所示。

表2 海南岛水资源分区多年平均水资源总量成果表亿 m3

4 地表水资源可利用量计算

4.1 正算法计算

地表水资源可利用量 = 工程最大供水能力×用水消耗系数 + 实际（规划）流域引出水量。

用正算法计算得出海南岛可利用地表水资源量为 73.94 亿 m3，地表水资源量可利用率为 23.4%，地表水资源量可利用量较低，地表水资源量可利用率最高为南渡江 36.0%，海南岛东北部最低，仅为10.1%。正算法计算出的地表水资源可利用量偏低，不能充分利用地表水资源。各分区计算结果如表3所示。

表3 海南岛地表水资源可利用量正算法计算成果表

4.2 倒算法计算

1）河道内生态环境需要水量。地表水资源量中不可以被利用水量主要为河道内生态环境需要水量，河道内生态环境需水量是根据每年最小的月径流量，组成年最小月径流量系列，对此系列进行统计分析，取其 p = 90% 保证率情况下的月径流量为河道内生态环境需水量。由于汛期 5—10 月河道内水量较大，并有洪水下泄入海，汛期河道内生态环境需水量能得到满足，仅需在非汛期（1—4 与 11—12 月）考虑河道内生态环境需水，按非汛期 181 d计算河道内生态环境需水量，海南岛非汛期河道内生态环境需水量 31.43×108m3。

2）汛期难于控制利用洪水量。海南岛汛期历时较长，从 5—10 月，主汛期为 8—10 月，并可分为 2 个相对集中的高峰期。可将汛期分为 2 段，即5—7 与 8—10 月，分别计算各段的汛期难于控制利用的洪水量。海南岛主要利用南渡江下游龙塘控制站、昌化江下游宝桥控制站和万泉河下游加积控制站进行分析计算，以流域汛期洪水下泄的洪水量作为汛期难于控制利用的洪水量。经分析计算海南岛汛期难于控制利用洪水量为 145.10 亿 m3。

3）地表水资源可利用量。多年平均地表水资源可利用量 = 多年平均地表水资源量-非汛期河道内生态环境需水量-汛期难于控制利用的洪水量 =139.80 亿 m3。

4）地表水资源量可利用率。地表水资源量可利用率 = 地表水资源可利用量/地表水资源量×100% =44.2%，地表水资源量可利用量较高，地表水资源量可利用率最高为昌江化流域高达 56.5%，最低为万泉河和海南岛东北部，也高达 37.1%。倒算法计算出的地表水资源可利用量偏高，有可能造成破坏水环境不利影响。地表水资源量可利用率计算成果如表4 所示。

表4 海南岛地表水资源可利用量倒算法计算成果表

4.3 地表水资源可利用量的确定

正算法和倒算法计算的地表水可利用总量分别为 73.94 亿和 139.80 亿 m3，倒算法比正算法计算成果多了 65.87 亿 m3，多了 47.1%，正算法和倒算法 2 种方法计算结果相差较大。由于国际上多认为河流水资源的合理开发利用率是 30%，极限开发利用率是 40%[4]。本研究结合海南岛水资源开发利用程度和海南岛河流丰枯悬殊的特点，取 2 种方法计算结果的均值较为合理（简称综合法），即海南岛地表水可利用量为 106.90 亿 m3，占地表水资源量的33.8%。各分区采用的地表水资源可利用量成果如表5 所示。

表5 海南岛地表水资源可利用量评价成果表

5 地下水资源可开采量计算

平原区浅层地下水可开采量采用可开采系数法计算，根据《海南岛地下水勘测分析》及《地下水资源量及可开采量补充细则》[16]确定海南岛各水资源分区的可开采系数，计算海南岛平原区浅层地下水可开采量，不同区域采用不同数值。山丘区地下水可开采量与地表水可利用量间重复计算量即为山丘区地下水可开采量。海南岛的地下水资源可开采量为 20.38 亿 m3，其中平原区浅层地下水可采量为12.35 亿 m3，占平原区地下水资源量的 45.6%；山丘区地下水可开采量为 8.022 亿 m3，占山丘区地下水资源量的 14.5%。各水资源分区的地下水可开采量如表6 所示。

6 水资源可利用总量

6.1 水资源可利用总量分析

水资源可利用总量 = 多年平均地表水可利用量 + 多年平均地下水可开采量。

通过分析计算，得到了正算法、倒算法和综合法 3 种模式下海南岛的水资源可利用总量，分别为 94.31 亿、160.00 亿和 127.20 亿 m3，水资源可利用总量大的量比少的量多了 65.69 亿 m3，由此可以看出不同的计算方法，水资源的可利用量相差比较大，建议采用综合法计算成果 127.20 亿 m3作为海南岛水资源可利用总量，该总量总体没有超过 40%可利用极限，又可充分利用海南岛水资源，该成果是合理的。计算成果如表7 所示。

6.2 水资源开发利用程度分析

根据海南岛 2011—2015 年近 5 a 用水量分析，海南岛近 5 a 平均年用水量为 45.05 亿 m3，水资源开发利用率为 14.1%，开发利用程度最高的海南岛西北部为 26.7%，最低的为万泉河流域仅为 5.9%，最高的是最低的 4.5 倍。同全国近 5 a 平均水资源开发利用率 21.6% 相比，海南岛的水资源开发程度还是比较低的。近 5 a 各水资源分区水资源开发利用情况比较如表8 所示。

6.3 水资源开发利用潜力分析

根据海南岛近 5 a 水资源开发利用程度分析，采用综合法计算成果相对比较合理，因此，建议综合法计算成果可作为海南岛多年平均水资源可利用总量成果，多年平均水资源可利用总量为 127.20 亿 m3，占水资源总量的 39.3%。通过对水资源可利用量和开发利用分析，可以看出，海南岛不仅水资源量地区分布不均，水资源可利用量地区之间的差异也大，开发利用程度也是明显有高有低。海南岛东北部和西北部开发利用程度高，但水资源可利用总量小，未来可开发利用的水资源总量有限，为了保证重点区域用水，需要考虑从其他流域调水。但昌化江和万泉河开发利用程度低，水资源可利用量相对较大，可以考虑向其流域调水，但应首先满足本流域的用水需求。

表6 海南岛地下水可开采量统计表

表7 海南岛水资源可利用总量

表8 海南岛省水资源分区近 5 a 水资源开发利情况统计表

7 结语

水资源可利用量计算受多因素影响，尤其是地表水资源可利用量的估算，目前尚无概念明确、易于操作的计算办法。不同算法对水资源可利用量估算结果由于其地域空间差异特性而差异较大，本研究专门针对热带海岛地区进行水资源可利用量估算。

1）通过对地表水资源可利用量和地下水可开采分析计算，合理确定海南岛多年平均水资源可利用总量 127.20 亿 m3，占水资源总量的 39.3%。

2）海南岛不仅水资源量地区分布不均的问题较突出，水资源可利用量地区之间的差异也十分明显，地区开发利用也高低差异较大。

3）海南岛东北部和西北部开发利用程度高，但可开发利用的水资源总量有限，为了保证重点区域用水，需要考虑从其他流域调水。万泉河和昌化江开发利用程度低，水资源可利用量相对较大，可以考虑向其流域调水，但应开展充分的分析论证。

结合海南岛总体水资源丰富，但时空分布不均的特点，估算了水资源可利用量，为海南岛水资源可持续合理利用及水资源配置提供了一定依据。但如何准确确定水资源的可利用量还有很多工作要做，如在计算水资源的可利用量时，还应充分考虑生态需水量和地下水储量的动态性、航运用水、景观用水等，这些都还需要作进一步的研究。