孟大鵬

(朝陽市朝陽縣水務(wù)局，遼寧 朝陽 122000)

水是維持地球生命系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，對(duì)水生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展起到重要控制作用[1-5]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口規(guī)模的擴(kuò)大，居民生活和各行業(yè)用水量急劇增加，江河斷流、水體污染、水資源短缺和水生態(tài)功能退化等問題日趨突出，因此科學(xué)評(píng)價(jià)水資源承載力以及合理規(guī)劃區(qū)域發(fā)展，逐漸成為水文水資源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。關(guān)于水資源承載力的研究，國內(nèi)外學(xué)者比較側(cè)重于地理環(huán)境和資源學(xué)科領(lǐng)域，即綜合考慮各方面因素系統(tǒng)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力，對(duì)水資源承載力存在的問題利用可持續(xù)發(fā)展的思想和現(xiàn)有創(chuàng)新方法解決，相關(guān)研究主要集中于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，從生態(tài)系統(tǒng)角度考慮完整的水資源效應(yīng)價(jià)值的研究較少，尤其是對(duì)水生態(tài)修復(fù)和維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的生態(tài)用水量研究鮮有報(bào)道。從促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、保障生態(tài)安全和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度，準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量對(duì)于保證生態(tài)環(huán)境用水極為重要[6-7]。

目前，針對(duì)生態(tài)環(huán)境需水問題中國有關(guān)研究還處于起始階段，大多研究仍以定性分析為主，涉及定量計(jì)算的研究較少。鑒于此，文章以朝陽市為例，以水質(zhì)達(dá)標(biāo)、滿足水環(huán)境容量和保障水環(huán)境安全為基準(zhǔn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量利用水環(huán)境容量模型定量計(jì)算，通過分析區(qū)域水資源承載力提出行之有效的管控對(duì)策。

1 區(qū)域概況

朝陽市地理位置為E118°50' 19''-121°17 '38''、N40°35' 53''-42°23' 21''，地處遼西低山丘陵區(qū)，境內(nèi)丘陵起伏、溝壑縱橫、峽谷相間，地貌形態(tài)復(fù)雜，川地、平地、山地、丘陵等交錯(cuò)分布，地勢(shì)結(jié)構(gòu)有“七山一水二分田”之稱。該地區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，日照充足，降水偏少，四季分明，溫差較大，年降水量450-580mm，時(shí)空分布差異較大，降水主要分布在5-8月。河流水系有大凌河、老哈河、小凌河、青龍河等，其中流域面積超過100km2的河流有69條，多年地表徑流量13.22億m3。理論上，朝陽市屬于多水區(qū)，但受自然條件與地形地貌等條件限制，其水資源開發(fā)難度大、開采成本高、可利用總量少且用水效率低，加之季節(jié)性降水分配不均衡和水環(huán)境污染，長期以來該地區(qū)均處于缺水狀態(tài)[8]。

2019年對(duì)朝陽地區(qū)大凌河、牤牛河、小凌河、蹦河、青龍河、老哈河、18處地下水、閻王鼻子水庫、白石水庫實(shí)施水質(zhì)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示：評(píng)價(jià)河長共270km，Ⅳ類及劣于Ⅳ類水質(zhì)河長15km，Ⅲ類及優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)河長255km；按單指標(biāo)法對(duì)18處地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的占61.1%，其中硝酸鹽氮、總硬度、溶解性總固體為主要超標(biāo)項(xiàng)目；閻王鼻子水庫、白石水庫年內(nèi)水質(zhì)類別為Ⅲ類。

2 生態(tài)環(huán)境需水量

現(xiàn)階段，學(xué)術(shù)界對(duì)生態(tài)需水的概念尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，對(duì)此不同學(xué)者提出生態(tài)環(huán)境需水、環(huán)境需水、生態(tài)需水等多種名稱。依據(jù)環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)相關(guān)理論，有學(xué)者詳細(xì)區(qū)分了以上概念，并定義了生態(tài)環(huán)境需水的內(nèi)涵：為維持水生態(tài)功能，在特定的水質(zhì)要求、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)目標(biāo)下所必須滿足的基本水量。然而，該研究并未明確區(qū)分環(huán)境需水與生態(tài)需水的概念，只強(qiáng)調(diào)最低水量需求以滿足生態(tài)保護(hù)目標(biāo)[9]。

朝陽市正式發(fā)布的水環(huán)境功能區(qū)劃分，從保障水環(huán)境安全、保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)、保證人民身體健康的角度，明確了轄區(qū)內(nèi)大中型水庫及所有河流的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？紤]當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，滿足該水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可以基本保證區(qū)域水環(huán)境安全[10-11]。所以，制定的水環(huán)境功能區(qū)劃為確定生態(tài)環(huán)境需水量提供了參考。結(jié)合水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與保證水環(huán)境安全的要求，可對(duì)最低生態(tài)環(huán)境需水量利用水環(huán)境容量計(jì)算法定量研究。

2.1 污染物入河量調(diào)查

準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是合理統(tǒng)計(jì)污染物入河量，通過對(duì)污廢水排放量的調(diào)查確定研究區(qū)污染物入河量?？紤]全市范圍內(nèi)工業(yè)、生活等主要污水排放源，確定入河排污口及其污染物濃度限制，水體污染物濃度限制，見表1；并統(tǒng)計(jì)分析不同河段的納污量，2019年遼陽市主要河流納污情況，見表2。

表1 水體污染物濃度限制 mg/L

表2 2019年遼陽市主要河流納污情況

2.2 確定水質(zhì)目標(biāo)

對(duì)于研究區(qū)主要河流水質(zhì)目標(biāo)朝陽市地面水環(huán)境功能區(qū)劃給予了明確規(guī)定(見表2)，朝陽市青龍河、蹦河水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類，小凌河、牤牛河水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類，其他河段水體納污為Ⅳ類。

2.3 生態(tài)需水量計(jì)算

1)假設(shè)條件。假設(shè)上游來水與下游控制斷面上所有污水直接混合，不考慮河流運(yùn)輸過程中陸域污染物的衰減，即確定的需水量符合最不利要求；假設(shè)穩(wěn)態(tài)條件，即各計(jì)算河段保持均勻一致的流速和流量；假設(shè)濃度和斷面流速保持均勻，即忽視污染物流動(dòng)過程中產(chǎn)生的縱向離散作用。

2)污染物稀釋所需水量。結(jié)合污水稀釋目標(biāo)的高低和實(shí)際污染物排放量大小，利用下式綜合確定總稀釋需水量，即：

(1)

W=max(Wi)

(2)

式中：Wi、W為分區(qū)i和整個(gè)區(qū)域的污染物稀釋所需水量，m3；qj為河流j的污水排放量，t/a；ai為單位污染物量，1mg；Cik為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)k下污染物i的稀釋目標(biāo)濃度，mg/L；Qij為污染物i在河流j中的年排放量。

2019年遼陽市污染物稀釋所需水量，見表3。從表3可知，稀釋河流污染物COD、氨氮所需水量為4 508.18萬t/a、12 097.29萬t/a，然后利用公式(2)對(duì)所有河流所需水量的最大值進(jìn)行疊加，確定總需水量12 342.57萬t/a。

表3 2019年遼陽市污染物稀釋所需水量 萬t/a

3)生態(tài)環(huán)境需水量。一般地，區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量不等于污染物稀釋水量，其原因?yàn)楹恿鞯南聺B、蒸發(fā)現(xiàn)象使得河水存在損失，并導(dǎo)致污染物稀釋水量<生態(tài)環(huán)境需水量；此外，河水與污染物混合時(shí)能夠發(fā)揮一定的降解功能，對(duì)于降低污染物濃度具有積極作用，河水吸納污染物計(jì)算量應(yīng)該<實(shí)際值，這使得污染物稀釋水量>生態(tài)環(huán)境需水量。所以，有必要對(duì)污染物稀釋水量考慮以上因素加以修正。然而，現(xiàn)階段有關(guān)學(xué)者對(duì)該方面的研究還較少，很難建立降解水量與污染物、河流水量與下滲量以及蒸發(fā)量之間的定量關(guān)系。對(duì)此，結(jié)合生態(tài)環(huán)境需水量受以上因素影響的互補(bǔ)性特征，可以把生態(tài)環(huán)境需水量利用污染物稀釋水量替代。

3 水資源承載力評(píng)價(jià)

3.1 結(jié)果分析

對(duì)朝陽市2019年水資源承載力利用供需分析法簡單評(píng)估，即考慮區(qū)域水資源需水量、可利用水量和總水資源量準(zhǔn)確分析水資源供需平衡程度，估算平衡指數(shù)或承載力值。

參考水資源公報(bào)，2019年朝陽市總供水量45 617.0萬m3，其中污水回用量、地表和地下水供水量為1 524.9、4 362.1、39 730.0，所占比例為3.3%、9.6%和87.1%。2019年全市總用水量45 617.0萬m3，其中農(nóng)田灌溉、居民生活、林牧漁畜、工業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)公共和生態(tài)環(huán)境用水量19 475.0、8 909.1、7 211.8、5 893.5、3 245.7、881.9萬m3。該地區(qū)生態(tài)環(huán)境用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他行業(yè)用水，實(shí)際用水量明顯低于估算值，水生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重超載。此外，由于閻王鼻子水庫、白石水庫的攔蓄作用，境內(nèi)大多數(shù)的中小河流長期干枯，生態(tài)環(huán)境用水明顯不足，并致使河流自凈功能嚴(yán)重下降，水環(huán)境問題日趨突出。地下水作為生活、工農(nóng)業(yè)用水的主要來源，為維持各行業(yè)用水需要局部地區(qū)地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重，加之河流缺少有效的補(bǔ)給進(jìn)一步加劇了地下水位的下降，若不采取有效的措施勢(shì)必會(huì)造成嚴(yán)重的用水危機(jī)。

3.2 對(duì)策建議

從維持水資源可持續(xù)利用和保障水環(huán)境安全的角度，為解決朝陽市存在的水資源問題提出以下有效的對(duì)策建議：

1)優(yōu)化水資源配置。以控制地下水開采量、合理利用地表水量作為水資源優(yōu)化配置的原則，按照供水目標(biāo)優(yōu)先次序盡可能以直供的方式向城市提供水資源。在滿足直供目標(biāo)的基礎(chǔ)上，可以將多余來水量分配給生態(tài)系統(tǒng)。若城市需水量與來水量存在較大差異，可以通過水庫調(diào)劑和補(bǔ)給來減少供水缺口，若該條件下仍無法滿足用水要求，應(yīng)以不超過現(xiàn)狀可開采能力為界限適當(dāng)加大地下水開采量。

2)加強(qiáng)水污染控制。大量排放的水污染物不僅能夠顯著增加生態(tài)環(huán)境用水量，而且可對(duì)地表水造成嚴(yán)重污染。所以，緩解水資源供需矛盾的有效措施為減少污染物排放、治理水污染。其中，農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)污染源為水污染物的主要來源。因此，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污染源的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定排放應(yīng)加強(qiáng)工業(yè)污染防治；同時(shí)，通過完善污水廠監(jiān)管與運(yùn)行機(jī)制、加快污水廠的建設(shè)等措施加大城市污水治理力度；全面系統(tǒng)的調(diào)查農(nóng)業(yè)面源污染情況，合理劃定農(nóng)藥、化肥禁施區(qū)，為進(jìn)一步減少化肥、農(nóng)藥的污染對(duì)其制定減施計(jì)劃；此外，考慮朝陽市具體情況建立一套行之有效的禽畜養(yǎng)殖污染防治計(jì)劃、消除禽畜污染管理制度，在環(huán)境管理工作中納入污染物排放和禽畜養(yǎng)殖審批指標(biāo)，扎實(shí)推進(jìn)水污染防控計(jì)劃。

3)節(jié)約用水。目前，朝陽市的萬元GDP耗水量(271m3)高于全國和遼寧省的平均值，用水效率整體處于較低水平。特別是朝陽市第一耗水大戶-農(nóng)業(yè)用水，大水漫灌的方式普遍存在。所以，降低用水定額、提高用水效率為解決水資源短缺問題的核心，必須開展節(jié)約用水，可從生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面實(shí)施節(jié)約措施。其中，生活節(jié)水途徑包括在大專院校和住宅小區(qū)等集中用水區(qū)建設(shè)中水處理系統(tǒng)、維修改造城市管網(wǎng)輸配水工程、更新節(jié)水器具減少損失率；工業(yè)節(jié)水途徑有提倡循環(huán)用水、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、推廣節(jié)水器具、更新設(shè)備、發(fā)展低耗水工業(yè)、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)等；農(nóng)業(yè)節(jié)水途徑有推廣作物低耗高產(chǎn)節(jié)水栽培技術(shù)、選用抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種、調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)、降低單位灌溉定額、提高渠系水利用系數(shù)等。

4 結(jié) 論

目前，國內(nèi)外學(xué)者從多個(gè)不同的角度深入研究了水資源承載力，并形成了相應(yīng)的方法和指標(biāo)體系，在該項(xiàng)研究中有學(xué)者引入了可持續(xù)發(fā)展理論，并注重強(qiáng)調(diào)了水生態(tài)功能。然而，現(xiàn)階段尚未對(duì)生態(tài)環(huán)境用水形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，對(duì)此還處于定性分析階段，有關(guān)定量研究鮮有報(bào)道。水生態(tài)功能退化、水質(zhì)超標(biāo)和水環(huán)境污染等問題，逐漸成為制約中國水生態(tài)文明建設(shè)的主要因素，而產(chǎn)生該問題的關(guān)鍵是生態(tài)用水量不足，所以科學(xué)研究生態(tài)用水量具有重要的意義。文章以朝陽市為例，結(jié)合污染物排放情況、水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和水環(huán)境安全的要求，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量采用定量模型簡單估算，通過科學(xué)評(píng)判區(qū)域水系統(tǒng)承載力，探討了水環(huán)境與水資源的統(tǒng)一管理。然而，因未考慮水的生態(tài)價(jià)值、忽略了河水對(duì)污染物的降解作用和河水的年內(nèi)、年際變化等，故本研究還存在一些不足，為準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量未來仍需進(jìn)一步深入研究。