基于负载指数的徐州市水资源开发潜力综合分析

王 伟

(江苏省水文水资源勘测局徐州分局， 江苏 徐州 221018)

社会经济迅速发展，水环境污染日益加剧，水资源短缺已成为制约很多地区社会经济可持续发展的关键因素。徐州市是淮海经济区的中心城市，工农业的可持续发展需要大量外流域调水，合理利用利用现有水资源显得格外重要。水资源负载指数充分考虑了水资源系统自然和社会的双重属性，能较为科学地表征水资源利用的实际状况[1]。因此，通过对徐州市水资源负载指数近10年变化进行研究评价，有利于该地区合理开发水资源，制定中长期生态环境保护和社会经济的可持续发展规划。

1 研究区概况

徐州市位于江苏省西北部，东经116°22′～118°40′、北纬33°43′～34°58′之间，东西长约210 km，南北宽约140 km，土地总面积11 259 km2。徐州市位于淮河流域，分属3个水系：故黄河水系、沂沭泗水系、濉安河水系。境内有2个湖泊、5座中型水库及69座小型水库。各水系河网密布，河、湖、库相互沟通，已初步形成具有防洪、除涝、供水、灌溉、降渍等功能的水利工程体系。气候属温带季风性气候区，既受东南季风影响，又受西北季风控制。降水量地区分布很不均匀，空间分布呈自西北向东南递增趋势，年内分配不均匀，汛期(5—9月)总降水量占全年平均降水量的60.0%～70.0%，多年平均降水量约为829 mm。多年平均水资源总量约为35.63亿m3，人均拥有水资源量为424 m3，低于江苏省平均470 m3/人的水平，仅为全国2 190m3/人的17.8%。徐州市多年平均外调水量8.07亿m3，入境水量52.87亿m3，出境水量为56.69亿m3。一般干旱年份缺水5.70×108m3，特殊干旱年份缺水12.00×108m3，是全国40座严重缺水的城市之一。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

水资源负载指数的物理意义是区域的降水、人口和农业灌溉面积决定水资源的需求量，利用这3个数据与水资源量之间的关系反映水资源利用程度及判断今后水资源开发的难易程度[2]。在经济发达的地区，计算水资源负载指数时，通常用国内生产总值替代农业灌溉面积，能够更准确反映该地区水资源开发利用程度[3]。水资源负载指数计算公式为

(1)

式中:C为水资源负载指数；P为人口，万人；G为国内生产总值，亿元；W为水资源总量，亿m3；K为与降水有关的系数[4]。

(2)

式中:R为降水量，mm。

水资源负载指数分级评价见表1。

2.2 数据来源及处理

本文采用的数据主要来自于《徐州市水资源公报》(2010—2019年)和《2019年徐州市统计年鉴》。

表1 水资源负载指数分级评价

从中提取徐州市2009—2018年水资源总量，以及2016年徐州市各个区、县水资源总量，从《2018年徐州市统计年鉴》提取徐州市各区县GDP和常住人口总数。将上述数据整理，带入式(1)，并将计算结果进行整理。

3 徐州市水资源负载指数时间变化与空间分布

3.1 基于时间尺度上的水资源负载指数分析

以时间为评价尺度，选取徐州市2009—2018年的水资源量、降水量、人口、GDP等相关数据，根据计算公式进行处理，计算得出负载指数见表2，徐州市负载指数及相关变量见图1。

表2 2009—2018年徐州市水资源状况及相关指标

图1 徐州市负载指数及相关变量

依据水资源负载指数分级[4]，2009—2018年徐州市水资源负载指数平均为37.22，水资源开发利用属于Ⅰ级。水资源利用程度很高，开发潜力不大，城市需外流域调水。由水资源负载指数的计算公式易知，水资源负载指数与区域人口总量和GDP规模成正比，与降水量和水资源总量成反比[1]。徐州市人口10年间的共计增长为12.01万人，年均增长率为0.14%。徐州经济在2009—2018年间呈现高速发展态势，年均增长率约为10.95%。水资源总量年际变化较大，年径流Cv值为0.8左右。丰水年时徐州市水资源量可达50多亿m3；而枯水年时，水资源量仅为20多亿m3。

结合表2和图1可以看出，2009—2013年水资源负载指数逐年增加在2013年达到峰值，其中我们可以看到水资源总量变化不大，常住人口较2009年有所下降，而GDP的规模在这几年却以每年13.83%的速度迅速发展，因此导致水资源负载指数快速上升。随着最严格水管理制度得到贯彻执行，地下水的开采受到严格控制，调水翻水工程的用越来越大：一是翻引长江水入骆马湖，二是经沙集翻水站翻引洪泽湖水入骆马湖，还可向房亭河流域供水。水资源总量有向上曲折发展的趋势，徐州市年降水量变化特征(1950—2018年)见图2，由图2可知，近10年徐州市年降水量略低于历年平均降水量。水资源总量有所增加，降水量基本平稳，所以我们可以看出政府不断加大对水资源管理的力度，对保护水资源起到了极为重要的作用。与此同时，徐州市GDP的增长速度为8.14%，其增速有所下降，常住人口也在缓慢增加。因此，徐州市水资源负载指数一直居高不下，除与自身水资源总量、人口有关，更主要的是与社会经济的发展有直接关系。

图2 徐州市年降水量变化特征(1950—2018年)

3.2 基于空间尺度上的水资源负载指数分析

基于空间尺度上，将徐州市划分为6个评价单元(城区包含云龙区、鼓楼区、泉山区、铜山区和贾汪区)，分析徐州市各区域水资源利用程度和开发潜力的区域差异(以2018年为例)。各评价单元的主要指标和水资源潜力评价结果见表3。2018年徐州市各区域负载指数空间分布见图3。

图3 2018年徐州市各区域负载指数空间分布

在空间尺度上，各个分区的水资源负载指数均超过10，水资源利用程度极高，属于Ⅰ级。其中，城区开采地下水尤其岩溶水时间较长，且开采井分布集中，在长期大量开采地下水过程中，已明显地出现了地下水位持续下降。区域面积大，水资源量少，经济发展程度高，致使其水资源负载指数达到52.93，为全市最高。丰县、睢宁县的水资源负载指数分别为16.52、18.56，各区域差别较大。2018年徐州市各区县C值及降水量见图4。

图4 2018年徐州市各区县C值及降水量

表3 2018年徐州市城区、县水资源状况及相关指标

丰沛地区与睢宁县水资源负载指数平均为19.71，明显低于城区52.93和新沂市、邳州市。根据往年的《徐州市水资源公报》统计数据，丰沛地区2018年降水量较往年有大幅提升，且该地区的可利用地下水主要为浅层孔隙地下水，其总量短期内受降水的影响较大。结合表3和图4，丰沛、睢宁地区人口与城区及邳州市差距不大，但经济方面还有一定差距，因此其水资源负载指数要较其他地区要低。2018年新沂市受降水量影响，其地下水资源量主要是浅层孔隙地下水，所以水资源总量明显低于丰沛、邳州地区水资源量，其水资源负载指数也相应较高。

4 结 语

(1)徐州市水资源负载指数多年平均为37.22，开发利用程度极高，开发利用潜力极小，各个分区水资源负载指数差异明显且均需外来调水，水资源自然供给不能满足人口增长和社会经济发展的需求。徐州市入境水量丰富，但是自身利用率不高，大中型水库较少，水库、河道库容较小，蓄水能力差。因此，提高入境水利用率，修缮河湖水库，增加其蓄水能力，将会有利于缓解该地区水资源供需矛盾。

(2)降水量是区域水资源量的主要补给源，对降水的开发利用程度直接影响区域水资源可利用量。降水在时空分布不均，丰水时大量洪水排泄废弃；干旱时又蓄水有限，供水困难。加大对雨水资源的开发利用(如雨洪利用)，做好区域水资源协调和合理配置已成为当务之急。

(3)随着经济的不断发展、人口数量不断增加，徐州市水资源的供需矛盾将会更加突出。为此，要实现徐州市社会经济的可持续发展，一方面提高现有调水工程水资源的综合利用效率；其次，水利主管部门应加强沿河、湖、库沿线居民生活及工厂生产排水管理，改善河、湖、库水质，提高水资源质量；最后，提高污水处理能力及污废水重复利用率，增加水资源开发利用效率。