溫笑寒

(遼寧省本溪水文局,遼寧 本溪 117000)

水資源是支撐區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟、社會協(xié)調發(fā)展以及國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性自然資源,也是維持人類生存發(fā)展的根本保障[1]。目前,我國生態(tài)環(huán)境、耕地、生產(chǎn)力、人口用水需求與水資源的分布不相協(xié)調,經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源短缺矛盾逐漸引起廣大學者的重點關注[2]。許多學者利用多種不同方法研究分析了水資源可持續(xù)開發(fā)利用狀況,其中水資源短缺程度最直接地體現(xiàn)在水資源壓力上。水資源壓力是指為維持生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會和居民生活用水需求,對一定時空尺度下水生態(tài)環(huán)境和水資源所造成的影響,開發(fā)利用模式、經(jīng)濟社會狀況、技術管理水平等因素都間接或直接地影響著其指數(shù)大小,水資源承載能力、開發(fā)利用程度和人均水資源量是反映水資源壓力的重要指標[3-5]。例如,朱法軍等從環(huán)境、經(jīng)濟、人口與水資源協(xié)調發(fā)展上,選擇技術管理、經(jīng)濟發(fā)展、人口規(guī)模、生態(tài)環(huán)境和數(shù)量等綜合壓力構建評價體系;夏富強等以綠洲城市為例,通過分析水資源壓力與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會間的關系定量計算了其水資源壓力;唐霞等結合黑河流域開發(fā)現(xiàn)狀,選用水環(huán)境壓力、經(jīng)濟發(fā)展用水程度和水資源開發(fā)利用程度構建水資源壓力評價體系[6-8]。

因此,以往研究主要側重于水資源壓力的定量評估,但已有指標體系或水資源壓力指數(shù)還存在許多不足:①水資源壓力評價過程中對生態(tài)環(huán)境需水考慮較少,大多是與水資源供應或支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的有關指標;②研究區(qū)域水資源壓力狀況時缺少長時間序列的數(shù)據(jù)支持,通常選用個別年份數(shù)據(jù)資料,而較少分析壓力變化趨勢。鑒于此,文章全面考慮生態(tài)、社會和資源等因素,從可持續(xù)發(fā)展的角度構建水資源壓力評價體系,通過定量計算2005—2020年本溪市水資源承載力和負載指數(shù)分析其水資源壓力變化趨勢,為實現(xiàn)城市生態(tài)、經(jīng)濟、社會的協(xié)調發(fā)展及其水資源可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本溪市地處E123°34'～125°46',N40°49'～41°35'之間,下轄平山區(qū)、南芬區(qū)、溪湖區(qū)、明山區(qū)、本溪縣和桓仁縣,總面積8414km2。境內河網(wǎng)水系密布,大小河流近200余條,歸屬于渾江、太子河和愛河水系,按流域分區(qū)劃分葠窩水庫以上、葠窩水庫以下、渾江桓仁水庫以下、愛河4個水資源四級區(qū),地表水資源可利用量約34.8億m3,占總量的35.1%,生態(tài)需水量約17.6億m3,占總量的17.3%。本溪市屬大陸性季風氣候,冬夏季風交替分明,豐枯水期明顯,年均降水量為800～1000mm,受地貌特征和氣候環(huán)境影響,全年60.0%降水集中于七、八月份,年際降水量和徑流量年際變化較大。受地形抬升影響,在全省范圍內屬于降水量較豐沛的地區(qū),但是隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,本溪市可調配水量少、水資源開發(fā)利用程度偏低、水質逐漸惡化、經(jīng)濟發(fā)展與水資源水量時空分配不協(xié)調等問題日趨突出。因此,為實現(xiàn)本溪市水文循環(huán)、水生態(tài)保護和水資源可持續(xù)利用等目標,有必要評價其水資源壓力變化趨勢。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究所用水資源量、降水量、社會經(jīng)濟等相關數(shù)據(jù)來源于本溪市2005—2020年統(tǒng)計年鑒和水資源公報等資料。

2.2 水資源承載力

水資源承載力是指在維持水環(huán)境生態(tài)功能和特定生產(chǎn)生活水平的情況下,通過合理利用一定區(qū)域范圍內的水資源所能支撐人口、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展的最大能力,計算方法如下:

E=0.4×γ×φ×W/δ

(1)

式中:E為水資源承載力,km2;γ、φ、δ為水資源的均衡因子、產(chǎn)量因子及其全國平均生產(chǎn)能力,m3/km2。其中,0.4代表城市水資源最大開發(fā)利用率,超過0.4則認為地區(qū)或國家水資源開發(fā)利用會嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。因此,在水資源承載力計算過程中開發(fā)利用率≥0.4,其它水資源用于保障生態(tài)環(huán)境用水[9-10]。

2.3 水資源負載指數(shù)

水資源負載指數(shù)反映了水資源利用程度,主要是利用區(qū)域水資源量與農田灌溉面積、降水量、經(jīng)濟、人口之間的關系評定水資源開發(fā)難易程度,其數(shù)學表達式為:

(2)

式中:I、W為水資源負載指數(shù)和水資源總量,億m3;K、R、G、S為降水系數(shù)、人口,萬人;GDP,億元和有效灌溉面積,km2。其中,降水系數(shù)K與區(qū)域降雨量有關,不同降雨量級別下K的計算方法如下:

(3)

式中:P為區(qū)域降水量。

通過計算分析,可以將水資源負載指數(shù)劃分成Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級5個等級,所以對應的取值區(qū)間為I>10、5

2.4 趨勢檢驗

趨勢檢驗是有效區(qū)分研究對象處于確定或自然波動變化趨勢的有效方法,現(xiàn)已廣泛應用于數(shù)據(jù)趨勢檢測等領域,故利用Mann-Kendall檢驗法判定水資源承載力和水資源負載指數(shù)變化趨勢[10]。

2.5 結果分析

采用公式(1)～(3)計算本溪市2005—2020年水資源承載力和負載指數(shù),結果如表1所示。

表1 2005—2020年水資源壓力變化趨勢

由表2可知,2005—2020年本溪市水資源負載指數(shù)I總體處于Ⅱ級及以上等級,水資源進一步開發(fā)潛力較小,開發(fā)利用程度高,用水緊張且開發(fā)利用條件比較困難。其中,2008年的負載指數(shù)最低達到3.76,說明水資源進一步開發(fā)潛力不大,開發(fā)利用程度中等,水資源壓力一般且開發(fā)利用條件中等;2005—2020年間負載指數(shù)I達到Ⅰ級的有5a,并以2018年最高達到14.42,說明該年水資源進一步開發(fā)潛力很小,開發(fā)利用程度很高,為了緩解水資源供給壓力需要外部調水,之后有所下降。雖然本溪市具有相對豐富的降雨量,但其時空分布具有明顯差異,加之水資源經(jīng)濟發(fā)展和用水不均衡,致使本溪市水資源開發(fā)依然面臨著嚴峻的形勢。經(jīng)趨勢檢驗分析,本溪市水資源負載指數(shù)呈不顯著波動上升趨勢,為緩解水資源壓力應加強科學管理和優(yōu)化配置[11-12]。

從表2可以看出,本溪市2005～2020年水資源量W與承載力E之間存在密切聯(lián)系,2008年水資源量最高102.35億m3,水資源承載力E也達到最大202.62km2,其次是2020年的90.42億m3和143.10km2。經(jīng)趨勢檢驗分析,研究期間本溪市水資源承載力總體呈顯著波動上升趨勢,這主要與區(qū)域降水量相對較大、工農業(yè)生產(chǎn)用水量逐漸減少等因素有關。隨著水資源利用效率和全民節(jié)水意識的不斷提高及攔蓄調水工程的建設,未來本溪市水資源承載力將進一步提升,更好地支撐經(jīng)濟社會發(fā)展[13-14]。

3 結 論

文章以本溪市為例,通過計算2005—2020年水資源承載力和負載指數(shù),并進一步檢驗其壓力變化趨勢,主要結論如下:

1)2005—2020年本溪市水資源負載指數(shù)I總體處于Ⅱ級及以上等級,水資源開發(fā)利用程度較高,進一步開發(fā)潛力較小且利用條件比較困難。經(jīng)趨勢檢驗分析,本溪市水資源負載指數(shù)呈不顯著波動上升趨勢,為緩解水資源壓力應加強科學管理和優(yōu)化配置。

2)雖然負載指數(shù)較高,但2005—2020年本溪市水資源承載力總體呈顯著波動上升趨勢,這主要與區(qū)域降水量相對較大、工農業(yè)生產(chǎn)用水量逐漸減少等因素有關。隨著水資源利用效率和全民節(jié)水意識的不斷提高,節(jié)水器具的推廣應用及攔蓄調水工程的建設,未來水資源承載力將進一步提升,更好地支撐經(jīng)濟社會發(fā)展。