袁 帥，盧麗娜

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

基于經(jīng)濟(jì)生態(tài)用水比例合理性的水資源配置設(shè)計(jì)

袁 帥，盧麗娜

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

在水資源系統(tǒng)模擬的基礎(chǔ)上提出了經(jīng)濟(jì)生態(tài)用水比例計(jì)算，對(duì)生態(tài)用水閾值進(jìn)行了探討，提出了生態(tài)用水合理性評(píng)價(jià)方法。以生態(tài)用水比例合理性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，探討了水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用模式和水資源配置方案。通過(guò)研究，建立了一整套評(píng)價(jià)流域水資源可持續(xù)發(fā)展的理論和方法，對(duì)促進(jìn)流域水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。

經(jīng)濟(jì)耗水；生態(tài)用水；閾值；水資源配置

1 概述

我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用狀況表明，社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境尖銳的用水矛盾對(duì)水資源可持續(xù)利用構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。由水資源子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，總體上向不利于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)健康發(fā)展、水資源系統(tǒng)逐步破壞的方向發(fā)展。如何實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境與水資源的動(dòng)態(tài)平衡，遏制生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)惡化，保持水資源可持續(xù)利用，是流域/區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題。

流域/區(qū)域水資源配置首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間水量的合理分配。根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)環(huán)境用水不同特點(diǎn)、區(qū)域水資源狀態(tài)，提出社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水和生態(tài)環(huán)境用水的計(jì)算方法，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水和生態(tài)環(huán)境用水比例合理性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以經(jīng)濟(jì)生態(tài)用水合理比例為限，驅(qū)動(dòng)水資源配置模型進(jìn)行耗水平衡分析，提出水資源配置方案。

2 基本理論

水資源有廣義和狹義之分。狹義的水資源是指徑流性水資源，也是目前水資源評(píng)價(jià)的主要對(duì)象。廣義的水資源則包括徑流性水資源和非徑流性水資源。徑流性水資源進(jìn)入河道、補(bǔ)給地下水，非徑流性水資源量直接用于生態(tài)服務(wù)功能。

2.1 狹義水資源口徑下經(jīng)濟(jì)和生態(tài)用水比例計(jì)算

對(duì)于任一流域水資源分區(qū)，從狹義水資源角度，進(jìn)入該區(qū)的水資源量包括當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水量、入境水量、調(diào)入與調(diào)出水量之差，計(jì)算水資源量公式為：W=WL+ INW+DIW-DOW。其中：W為進(jìn)入流域水資源分區(qū)的計(jì)算水資源量，ECW為經(jīng)濟(jì)耗水量，WL為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水量，INW為入境水量，OUW為出境水量，DIW為調(diào)入水量，DOW為調(diào)出水量。

2.2 廣義水資源量口徑下經(jīng)濟(jì)和生態(tài)用水比例計(jì)算廣義水資源包括徑流性水資源和非徑流性水資源，非徑流性水資源量計(jì)算公式為：

式中：EYP——非徑流性水資源量，億m3；

R——徑流系數(shù)；

P——降雨量，mm；

A——流域水資源分區(qū)面積，萬(wàn)km2。

進(jìn)入流域水資源分區(qū)的計(jì)算水資源量包括當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水量、入境水量、調(diào)入與調(diào)出水量之差、非徑流性水資源量，即W=WL+INW+DIW-DOW+EYP。

3 生態(tài)用水比例閾值分析

當(dāng)水資源分區(qū)生態(tài)用水比例在其閾值范圍內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)為水資源處于可持續(xù)利用狀態(tài)?，F(xiàn)有研究成果和生產(chǎn)實(shí)踐表明，流域/區(qū)域生態(tài)環(huán)境用水的彈性很大，在生態(tài)用水比例閾值范圍內(nèi)，生態(tài)用水量減小不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成大的影響，生態(tài)系統(tǒng)的自恢復(fù)能力可自動(dòng)修復(fù)，達(dá)到新的平衡。在接近或小于生態(tài)用水比例閾值時(shí)，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)呈剛性不可恢復(fù)狀態(tài)。繼續(xù)減少生態(tài)用水比例，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)則進(jìn)入損毀階段。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)破壞不同階段的劃分，對(duì)應(yīng)著不同的生態(tài)用水比例區(qū)間，確定各個(gè)階段所對(duì)應(yīng)的生態(tài)用水比例閾值，需深入研究生態(tài)用水機(jī)理，確定不同階段合理的極限值。

3.1 比較法

按照狹義水資源口徑計(jì)算的生態(tài)用水比例未考慮降水的影響，不同地區(qū)計(jì)算的生態(tài)用水比例閾值不相同。采用比較法計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先針對(duì)特定的流域或區(qū)域計(jì)算出基準(zhǔn)年所有水資源分區(qū)的生態(tài)用水比例；然后綜合對(duì)比分析各水資源分區(qū)的實(shí)際水資源開(kāi)發(fā)利用程度和生態(tài)環(huán)境狀況，從中選擇代表水資源可持續(xù)利用程度最差、較差、適中、較好、很好的幾個(gè)水資源分區(qū)，這些水資源分區(qū)的生態(tài)用水比例可作為水資源可持續(xù)利用的基本判斷標(biāo)準(zhǔn)；最后根據(jù)流域或區(qū)域的實(shí)際水資源利用情況，結(jié)合上述基本判斷標(biāo)準(zhǔn)，給出近似的生態(tài)用水比例閾值或區(qū)間值，據(jù)此作為指導(dǎo)規(guī)劃水平年水資源優(yōu)化配置的控制性指標(biāo)。

3.2 經(jīng)驗(yàn)法

當(dāng)前國(guó)際上比較認(rèn)可的流域經(jīng)濟(jì)耗水比例是30%～40%以下，即生態(tài)用水比例在60%～70%以上。中國(guó)工程院重大咨詢項(xiàng)目西北地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究認(rèn)為，我國(guó)西北地區(qū)生態(tài)用水比例至少在50%～60%以上，當(dāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水超過(guò)50%時(shí)，將面臨生態(tài)環(huán)境退化，進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境狀況和水資源開(kāi)發(fā)利用的實(shí)際情況，建議干旱和半干旱地區(qū)生態(tài)用水比例控制在50%～60%以上，濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)控制在60%～70%以上。

4 生態(tài)用水合理性評(píng)價(jià)

水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的主要量化指標(biāo)是確定水資源分區(qū)的生態(tài)用水比例，計(jì)算各水資源分區(qū)生態(tài)用水比例需逐一分析其合理性。具體評(píng)價(jià)過(guò)程如下：

第一，對(duì)研究區(qū)域概化為以四級(jí)區(qū)為最小的流域單元，然后對(duì)計(jì)算單元之間的水量傳輸關(guān)系進(jìn)行現(xiàn)實(shí)模擬，得到各個(gè)四級(jí)區(qū)上的產(chǎn)生量、入境水量、出境水量和調(diào)入調(diào)出水量、國(guó)民經(jīng)濟(jì)耗水量。第二，根據(jù)上述公式分別計(jì)算各分區(qū)的入境水比例、出境水比例以及經(jīng)濟(jì)耗水比例和生態(tài)用水比例。第三，生態(tài)用水比例閾值確定以及理想?yún)^(qū)域選定。對(duì)各分區(qū)的現(xiàn)狀生態(tài)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，選定生態(tài)狀況較好的區(qū)域?yàn)槔硐氡尘皡^(qū)域，所對(duì)應(yīng)的生態(tài)用水比例值作為合理閾值。第四，彈性度計(jì)算。彈性度是反映流域/區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用潛力的綜合指標(biāo)，計(jì)算公式為：彈性度=生態(tài)用水比例/背景閾值，即Re=REYW/BREYW。第五，水資源分區(qū)分類(lèi)。首先根據(jù)研究區(qū)域生態(tài)狀況，劃定不同的閾值范圍，作為分類(lèi)劃分標(biāo)準(zhǔn)。其次根據(jù)計(jì)算得到的生態(tài)用水比例與劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確定各個(gè)水資源分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所處狀態(tài)。第六，根據(jù)四級(jí)區(qū)分類(lèi)劃分所屬范圍，分別統(tǒng)計(jì)在不同范圍之內(nèi)的個(gè)數(shù)，最終計(jì)算不同狀態(tài)區(qū)域占分區(qū)總數(shù)目的比例，確定研究區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用總體狀態(tài)。

5 水資源配置

5.1 水資源配置框架

通過(guò)對(duì)地區(qū)水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)耗水系統(tǒng)和生態(tài)用水系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，確定各自相對(duì)應(yīng)的發(fā)展模式，結(jié)合生態(tài)用水比例評(píng)價(jià)結(jié)果，確定開(kāi)發(fā)可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用方案和水資源配置方案。

首先，根據(jù)分區(qū)狀態(tài)和總體狀態(tài)，確定水資源開(kāi)發(fā)利用策略。水資源開(kāi)發(fā)利用的潛力度以1為基準(zhǔn)，根據(jù)分區(qū)內(nèi)水資源總量和當(dāng)前經(jīng)濟(jì)耗水總量，計(jì)算未來(lái)水資源可開(kāi)發(fā)利用量或當(dāng)前情況下占用生態(tài)用水比例。水資源開(kāi)發(fā)利用潛力或占用生態(tài)用水比例=|生態(tài)用水比例-背景閾值|/水資源總量，即EXP=|REYWBREYW|/W。其次，根據(jù)水資源開(kāi)發(fā)利用策略，進(jìn)行基準(zhǔn)年水資源配置和規(guī)劃水資源配置，計(jì)算不同水平年四級(jí)區(qū)生態(tài)用水比例?？v向?qū)Ρ痊F(xiàn)狀年、基準(zhǔn)年和不同水平年各個(gè)分區(qū)內(nèi)生態(tài)用水比例變化狀況。若生態(tài)用水比例逐漸增加，說(shuō)明地區(qū)生態(tài)狀況趨向理想發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，否則認(rèn)為地區(qū)生態(tài)趨向惡化，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)原配置方案進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，通過(guò)多次調(diào)整，當(dāng)生態(tài)用水比例保持在一定的合理范圍時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前的水資源配置方案是合理的。

5.2 水資源配置方案反饋

根據(jù)水資源配置方案結(jié)果，計(jì)算各方案是否滿足可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用狀態(tài)，針對(duì)存在的問(wèn)題，提出方案調(diào)整與反饋措施。水資源配置方案反饋模式包括：

第一，實(shí)行取耗水總量控制準(zhǔn)入制度。首先從總體上實(shí)行取耗水總量控制。其次根據(jù)水資源開(kāi)發(fā)利用模式，若屬于非高效性社會(huì)經(jīng)濟(jì)模式模式，則通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少農(nóng)業(yè)耗水量而增加工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)耗水量，提高用水效率；若屬于高效性社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水模式，則進(jìn)一步提高用水效率，調(diào)整工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少高耗水等行業(yè)，發(fā)展高科技等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

第二，適當(dāng)控制人工生態(tài)用水比例。根據(jù)研究，從生態(tài)服務(wù)功能和價(jià)值出發(fā)，天然生態(tài)無(wú)論是在生物多樣性還是對(duì)地區(qū)生態(tài)的整體改善而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工生態(tài)。而當(dāng)前各地尤其是在城市化建設(shè)過(guò)程中，很多城市沒(méi)有圍繞原有的天然生態(tài)進(jìn)行城市規(guī)劃，反而是先破壞后進(jìn)行建設(shè)，然后再增加人工生態(tài)面積，此種生態(tài)建設(shè)模式從整體效率而言是非可持續(xù)模式。因此，地區(qū)城市建設(shè)及生態(tài)建設(shè)應(yīng)本著依附本地天然生態(tài)為基礎(chǔ)實(shí)行開(kāi)發(fā)性的生態(tài)保護(hù)政策，而非一味擴(kuò)大人工生態(tài)面積。

第三，改變水資源條件。根據(jù)所屬水資源類(lèi)型，確定增加入境水量或進(jìn)行跨流域調(diào)水，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水，置換擠占的當(dāng)?shù)赜盟?。在?jīng)濟(jì)耗水比例較高的地區(qū)，如海河流域，在用水總量不再新增的基礎(chǔ)上，通過(guò)新增外調(diào)水來(lái)置換擠占本地生態(tài)用水量?；蚋鶕?jù)上下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率實(shí)行水市場(chǎng)模式，增加入境水量、減少出境水量。

6 結(jié)語(yǔ)合理的經(jīng)

濟(jì)生態(tài)環(huán)境用水比例，既能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水，同時(shí)又不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境用水造成破壞性影響。在流域水資源可持續(xù)發(fā)展研究過(guò)程中，水資源配置是基礎(chǔ)，生態(tài)用水比例計(jì)算是核心，確定合理的生態(tài)用水比例閾值是關(guān)鍵。通過(guò)水資源可持續(xù)發(fā)展研究，為流域水資源發(fā)展指出明確方向，確定流域水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用基本管理方法。

TV213.4

B

1004-7042（2016）01-0010-02

袁帥（1990-），男，2013年畢業(yè)于河北工程大學(xué)水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師。

2015-11-12；

2015-12-17