謝艾楠，黃 鶴，陳乃嘉

（松遼水利委員會流域規(guī)劃與政策研究中心，吉林 長春 130021）

0 引言

水資源承載能力是指可預(yù)見的時期內(nèi)，在滿足合理的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，綜合考慮來水情況、工況條件、用水需求等因素，水資源承載經(jīng)濟(jì)社會的最大負(fù)荷[1]。一個區(qū)域是否有開發(fā)利用潛力，首先要評定該地區(qū)的水資源承載能力[2-6]。

水資源承載能力的計(jì)算方法有層次分析法、生態(tài)足跡法、情景分析法、模糊綜合評價法等，這些方法更多地運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、邏輯推斷思維，判斷比較水資源承載能力。

層次分析法是在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行分析之后，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)矩陣，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為求解多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供一種簡便的綜合決策分析方法[7]。用該方法計(jì)算水資源承載能力時，各影響因素的權(quán)重確定是難點(diǎn)，且指標(biāo)數(shù)量的增加就會帶來構(gòu)造層次的增加，特征值和特征向量的求解過程比較復(fù)雜。

生態(tài)足跡法是將每個人消耗的資源折合成為全球統(tǒng)一的、具有生產(chǎn)力的地域面積，通過計(jì)算區(qū)域生態(tài)足跡總供給與總需求之間的差值——生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，反映區(qū)域各項(xiàng)資源開發(fā)程度。用該方法計(jì)算水資源承載能力的不足之處在于指標(biāo)表征單一，過分簡單，只衡量了水資源的可持續(xù)程度，無水資源各項(xiàng)指標(biāo)的具體評價結(jié)果[8]。

情景分析法是對水資源系統(tǒng)未來發(fā)展的可能性和導(dǎo)致從現(xiàn)狀向未來發(fā)展的一系列事件、結(jié)果的描述和分析，從而尋求適用未來不確定環(huán)境下更好的解決方案。它是對未來水資源狀況的模擬假設(shè)，無法對現(xiàn)狀水資源承載能力進(jìn)行科學(xué)評價[9]。

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，通過精確的數(shù)字手段處理模糊的評價對象，能對蘊(yùn)藏信息呈現(xiàn)模糊性的資料作出比較科學(xué)、合理、貼近實(shí)際的量化評價。在評價水資源承載能力時，與層次分析法缺點(diǎn)類似，對指標(biāo)權(quán)重矢量的確定主觀性較強(qiáng)，計(jì)算復(fù)雜不好確定[10，11]。

而水資源承載能力預(yù)警計(jì)算過程相對簡單是通過對一個地區(qū)水資源承載能力與現(xiàn)狀水資源承載負(fù)荷進(jìn)行比較，從而預(yù)判該地區(qū)水資源承載狀況是否超預(yù)警的評價方法，它可摸清該流域或區(qū)域水資源承載能力，核算經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的壓力與承載負(fù)荷，對水資源承載狀況進(jìn)行動態(tài)評價；可作為地區(qū)水資源承載能力預(yù)警判別方法，對水資源承載負(fù)荷超過或接近承載能力的地區(qū)，實(shí)行預(yù)警提醒和限制性措施，構(gòu)建政策引導(dǎo)機(jī)制和空間開發(fā)風(fēng)險防控機(jī)制，促進(jìn)水資源與人口經(jīng)濟(jì)均衡協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 水資源承載能力預(yù)警評價方法

該方法與水資源承載能力評價的其他方法一樣，同樣注重基礎(chǔ)資料的收集整理，包括統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報、水利普查、水利規(guī)劃及江河流域水量分配方案等有關(guān)資料，完善該區(qū)域水資源及開發(fā)利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

“水資源承載能力基線指標(biāo)”是水資源開發(fā)利用的最大上限，根據(jù)水資源稟賦條件、允許開發(fā)利用上限、水資源調(diào)配能力等，對水資源承載能力核算需要的基礎(chǔ)資料和指標(biāo)進(jìn)行分解或補(bǔ)充，作為水資源承載能力基線。“水資源承載能力負(fù)荷核算”是現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用程度的體現(xiàn)，根據(jù)流域及區(qū)域?qū)嶋H經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r、水資源開發(fā)利用情況等進(jìn)行核算，這些負(fù)荷指標(biāo)有時不在一個尺度平臺上，需將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2015 年，水利部啟動了“建立水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警機(jī)制”的相關(guān)工作。水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院經(jīng)論證研究后，提出水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)評價方法，將“水資源承載能力基線指標(biāo)”按百分比的形式分區(qū)劃線，通過“水資源承載能力負(fù)荷核算”與“水資源承載能力基線指標(biāo)”的對比，確定該地區(qū)水資源承載狀況[12，13]，即水資源不超載區(qū)、臨界狀態(tài)、超載區(qū)、嚴(yán)重超載區(qū)。水資源承載能力評價邏輯框圖見圖1。

水資源承載能力預(yù)警評價方法經(jīng)過對水資源狀態(tài)不同的地區(qū)進(jìn)行研究計(jì)算后，按照評價的可操作、可度量、可監(jiān)測等原則，并考慮與水行政管理部門相關(guān)指標(biāo)的銜接，選取用水總量指標(biāo)、地下水開采量指標(biāo)作為水資源承載能力核算基線，即水資源開發(fā)利用的上限；選取現(xiàn)狀口徑下的用水總量和地下水開采量（包括平原區(qū)地下水開采量、地下水超采區(qū)指標(biāo)）作為水資源承載負(fù)荷核算指標(biāo)。

2 松嫩平原水資源承載狀況計(jì)算

2.1 松嫩平原概況

松嫩平原位于東北地區(qū)中部，屬半濕潤向半干旱過渡氣候區(qū)，地勢低平，是東北地區(qū)商品糧生產(chǎn)最有發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)之一。松嫩平原后備土地資源豐富，在眾多古河道上分布大量的鹽堿荒地，是整個東北地區(qū)的最后一塊可墾后備荒原，也是全國少有的土地和水匹配良好、規(guī)模較大、集中連片的后備耕地資源。松嫩平原地勢平坦，土地肥沃，具有珍貴稀有的黑土資源，素有“天下糧倉”之稱。

松嫩平原雖然降水不足，但東北地區(qū)松花江、嫩江兩大水系在此交匯，每年有多達(dá)百億的過境水量，具有可合理利用的江河水資源。多年平均降水量370～450 mm，蒸發(fā)量1 434～1 789 mm，徑流量328.52 億m3，地表水資源量11.96 億m3，地下水資源量56.25 億m3，不重復(fù)量46.33 億m3，水資源總量58.29 億m3。

松嫩平原涉及黑龍江省和吉林省，用水指標(biāo)的劃定方法及管理方式不同，水資源稟賦條件及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展格局不同，水資源開發(fā)利用程度及工程配套情況不同，另外，松嫩平原還包括多處地下水超采區(qū)。因此，選取松嫩平原進(jìn)行分析計(jì)算更具代表性[14，15]。

2.2 水資源承載能力指標(biāo)

2.2.1 用水總量指標(biāo)

用水總量指標(biāo)的確定需考慮以下幾種情況：1）部分市（縣）的用水總量控制指標(biāo)中包含規(guī)劃但未生效工程供水量且沒有替代水源，計(jì)算時給予扣減該工程的配置供水量；2）區(qū)域涉及的調(diào)水工程處于通水初期或?yàn)榉制谥鸩缴У墓┧こ?，?jì)算時根據(jù)規(guī)劃的分期供水指標(biāo)進(jìn)行扣減；3）對于用水總量控制指標(biāo)確定時考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)實(shí)需求，允許擠占部分地表水或地下水超采的，計(jì)算中扣減相應(yīng)地表水?dāng)D占量和地下水超采量；4）對于各市（縣）用水總量控制指標(biāo)超出流域水量分配指標(biāo)的部分予以扣減。

松嫩平原涉及的19 個市（縣）均未涉及以上4種情況，因此，可直接采用各市（縣）分配的用水總量指標(biāo)作為水資源承載能力基線指標(biāo)。

2.2.2 地下水開采量指標(biāo)

地下水可開采量指標(biāo)只針對平原區(qū)地下水，對山丘區(qū)地下水開采量不進(jìn)行評價。該指標(biāo)的確定主要根據(jù)第二次水資源調(diào)查評價成果的平原區(qū)地下水可開采量。

2.3 水資源承載負(fù)荷核算

2.3.1 用水總量核算

用水總量指標(biāo)對應(yīng)的水平年與現(xiàn)狀年來水頻率可能不同，因此，首先需將現(xiàn)狀年水資源公報口徑用水量轉(zhuǎn)換為用水總量控制指標(biāo)口徑的用水量。松嫩平原的19 個市（縣）需轉(zhuǎn)換的用水項(xiàng)主要指農(nóng)業(yè)灌溉用水量[16]。

一般情況下，農(nóng)業(yè)灌溉用水量轉(zhuǎn)換僅對當(dāng)年來水較枯或較豐（降水頻率在37.5%～62.5%范圍外）的地區(qū)進(jìn)行。首先根據(jù)水資源公報、雨量站等降水量資料，判斷該地區(qū)的降水豐枯程度，然后將現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)灌溉用水量轉(zhuǎn)換到多年平均用水量。經(jīng)分析，黑龍江、吉林兩省農(nóng)業(yè)灌溉用水量與年降水頻率關(guān)系不密切，無法采用一般方法進(jìn)行計(jì)算，兩省采用多年平均灌溉定額或灌溉用水量作為基準(zhǔn)進(jìn)行折減（增）的轉(zhuǎn)化方法。

1）黑龍江省統(tǒng)計(jì)1956—2020 年降水資料計(jì)算多年平均農(nóng)田灌溉定額，其與2020 年灌溉定額比值作為2020 年農(nóng)業(yè)灌溉用水量折算系數(shù)；2020 年農(nóng)業(yè)灌溉實(shí)際用水量與折算系數(shù)相乘作為2020 年用水總量控制指標(biāo)口徑農(nóng)業(yè)灌溉用水量；2020 年農(nóng)業(yè)灌溉用水量與用水總量控制指標(biāo)口徑農(nóng)業(yè)灌溉用水量的差值為農(nóng)業(yè)灌溉用水折算量。若折算量為正數(shù)，則采用其作為農(nóng)業(yè)用水折減量；若折算量為負(fù)數(shù)，則采用其作為農(nóng)業(yè)用水折增量。

2）吉林省僅對部分縣域單元農(nóng)業(yè)灌溉用水量進(jìn)行折算，近5 年農(nóng)業(yè)灌溉用水量連續(xù)增加、連續(xù)減少或變化不大的區(qū)域不折算。取2016—2020 年農(nóng)業(yè)灌溉用水量平均值作為折算基準(zhǔn)值，2020 年農(nóng)業(yè)灌溉用水量與該基準(zhǔn)值的差值作為農(nóng)業(yè)灌溉用水折算量。若折算量為正數(shù)，則采用其作為農(nóng)業(yè)用水折減量；若折算量為負(fù)數(shù)，則采用其作為農(nóng)業(yè)用水折增量。

用水總量核算成果見表1。

表1 用水總量核算成果表 萬m3

2.3.2 地下水開采量核算

1）平原區(qū)與山丘區(qū)地下水開采量核算

日糧中的蛋白質(zhì)含量過多或過少均會影響到骨骼發(fā)育，然而有學(xué)者指出，日糧蛋白水平對體尺的影響不顯著[3，12]。邱忠玉等[13]的研究也表明，12%～13%低蛋白日糧對蛋雞育成期脛長發(fā)育無顯著影響（P＞0.05）；郝文博等[14]研究蛋白水平同樣對雛雞脛長無顯著影響（P＞0.05）。這與本研究結(jié)果一致，本研究設(shè)定的四種日糧蛋白質(zhì)水平對京紅1號蛋種雞育成期脛長影響均無顯著差異(P＞0.05)，另外，隨日糧蛋白質(zhì)水平的增加對死淘率無顯著差異(P＞0.05)，表明設(shè)定的四種日糧蛋白質(zhì)水平梯度并未達(dá)到能夠顯著影響脛長和成活率的水平。

在用水總量控制指標(biāo)口徑用水量基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)狀年地表水與地下水供水比例，核算地下水開采量?，F(xiàn)狀年用水總量控制指標(biāo)口徑平原區(qū)、山丘區(qū)地下水開采量可按照全國水資源調(diào)查評價劃定的平原區(qū)與山丘區(qū)分界線分析獲取[17]。用水總量控制指標(biāo)口徑地下水開采量見表2。

表2 用水總量控制指標(biāo)口徑地下水開采量表 萬m3

2）平原區(qū)地下水超采區(qū)復(fù)核

地下水超采是體現(xiàn)一個地區(qū)水資源超載的重要指標(biāo)，預(yù)示著該區(qū)域目前已無開發(fā)利用潛力，需進(jìn)行治理措施予以恢復(fù)[13]。因此，將平原區(qū)地下水超采區(qū)作為水資源承載負(fù)荷指標(biāo)之一[18]。根據(jù)《全國平原區(qū)地下水超采區(qū)分布范圍》中的超采區(qū)名錄，松嫩平原深層承壓水超采區(qū)有黑龍江省大慶市主城區(qū)、吉林省松原市寧江區(qū)，超采區(qū)現(xiàn)狀超采量分別為264.87 萬m3和2 302.51 萬m3，主要為油田用水及生活牲畜用水；淺層超采區(qū)為白城市洮北區(qū)，超采區(qū)現(xiàn)狀超采量為1.53 億m3，超采系數(shù)為1.99。

除名錄中上述深層承壓水超采區(qū)外，按照深層承壓水開采即視為超采的原則，在黑龍江省的肇源縣、肇州縣、林甸縣和杜蒙縣，以及綏化市的安達(dá)市、明水縣、青岡縣、肇東市還存在著深層承壓水的開采，現(xiàn)狀深層承壓水開采量為1.84 億m3，主要為生活和牲畜用水。

2.4 水資源承載狀況評價

2.4.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

該評價標(biāo)準(zhǔn)采用《全國水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)細(xì)則》，先進(jìn)行單指標(biāo)評價（見表3），再進(jìn)行綜合評價。如單指標(biāo)評價結(jié)果中，任一評價結(jié)果為嚴(yán)重超載，則綜合評價按兩者最不利的評價結(jié)果，判定為嚴(yán)重超載；超載、臨界、不超載評價標(biāo)準(zhǔn)與此相同。

表3 單指標(biāo)水資源承載狀況分析評價標(biāo)準(zhǔn)

2.4.2 評價結(jié)果

比照水資源承載狀況分析評價標(biāo)準(zhǔn)，得到單指標(biāo)評價結(jié)果，各項(xiàng)單指標(biāo)評價結(jié)果按最不利考慮，即得到綜合評價結(jié)果，見表4。

表4 水資源承載狀況評價結(jié)果 萬m3

3 評價結(jié)果分析

3.1 評價結(jié)論

綜上所述，按照水資源承載能力預(yù)警的計(jì)算方法，松嫩平原只有3 個市（縣）水資源不超載，大部分地區(qū)處于臨界狀態(tài)或嚴(yán)重超載狀態(tài)?？梢姡赡燮皆F(xiàn)狀水資源形勢不容樂觀。

經(jīng)分析，松嫩平原水資源超載主要是由于地下水單指標(biāo)評價結(jié)果超載引起的。地下水單指標(biāo)評價結(jié)果超載主要有3 種類型：1）現(xiàn)狀淺層地下水超采，代表縣域?yàn)殇眳^(qū)；2）區(qū)域內(nèi)存在深層承壓水超采區(qū)，深層承壓水用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)等非特殊用水需求，代表縣域?yàn)榇髴c市區(qū)；3）黑龍江省依據(jù)深度大于80 m 的機(jī)電井且分布較集中的地區(qū)來圈定深層承壓水開采區(qū)，深層承壓水用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)等非特殊用水需求，代表縣域?yàn)檎卦纯h、肇州縣、杜蒙縣。

3.2 超載原因分析

1）從水資源稟賦條件看，超載的5 個地區(qū)人均水資源量和畝均水資源量均低于全國和內(nèi)蒙古自治區(qū)平均水平。具體對比成果見表5。

表5 水資源稟賦條件對比表

2）從用水結(jié)構(gòu)看，除大慶市區(qū)外，其他4 個縣域單元均以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，各用水戶中農(nóng)業(yè)用水比重最大，占總用水量的57.72%～93.44%；大部分區(qū)域工業(yè)用水量占比很小，都在10%以下；生活用水量占總用水量10%以上的縣域單元僅有肇州縣；生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水量最小，僅占總用水量的0.00%～5.02%。大慶市區(qū)以工業(yè)生產(chǎn)為主，各用水戶中工業(yè)用水比重最大，占總用水量的73.44%，生活用水占總用水量的20.27%，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的4.94%，生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水量最小，僅占總用水量的1.35%。表明松嫩平原的農(nóng)業(yè)用水量已大量擠占了生態(tài)等其他用水，農(nóng)業(yè)用水在地表水配套設(shè)施不足的情況下，只能靠大量開采地下水滿足灌溉，造成地下水超采，水資源承載能力處于臨界或超采狀態(tài)。

3）從水資源開發(fā)利用程度看，松嫩平原屬于嫩江和松花江（三岔河口以下）兩個水資源二級區(qū)，目前嫩江地表水水資源開發(fā)利用程度為24.5%，平原區(qū)地下水水資源開發(fā)利用程度為52.7%，水資源開發(fā)利用程度為31.7%；松花江（三岔河口以下）地表水水資源開發(fā)利用程度為31.9%，平原區(qū)地下水水資源開發(fā)利用程度為90.1%，水資源開發(fā)利用程度為44.6%。由此可見，地下水開發(fā)利用程度偏高，部分市（縣）已超過開采上限，地表水仍有一定的開發(fā)利用潛力，但需結(jié)合地區(qū)用水總量指標(biāo)分配情況綜合考慮。

4）從水資源管理角度看，目前松花江流域水資源管理仍處于粗放式管理階段，以流域?yàn)榛A(chǔ)的權(quán)威、統(tǒng)一、高效的水資源管理體系尚未形成，缺乏有效調(diào)控手段，造成了水資源的過度消耗與浪費(fèi)。

4 結(jié)語

采用水資源承載能力預(yù)警評價松嫩平原水資源承載狀況方法相對簡單，又不失全面，但需掌握評價范圍各項(xiàng)用水管控指標(biāo)及水資源調(diào)查評價等成果，它是水行政管理部門編制流域規(guī)劃、進(jìn)行取水許可審批、建立水資源承載能力動態(tài)監(jiān)測預(yù)警的重要參考，是評價流域或地區(qū)具有水資源開發(fā)利用潛力的新方法、新尺度、新嘗試。解決松嫩平原地區(qū)水資源超載除了大力發(fā)展節(jié)水和地下水超采區(qū)治理措施外，更應(yīng)從松嫩平原國家糧食主產(chǎn)區(qū)的戰(zhàn)略地位來思考，謀劃長期有效的解決辦法。松嫩平原雖然降水不足，但松花江、嫩江兩大水系在此交匯，每年有多達(dá)百億的過境水量，具有合理利用江河水資源的優(yōu)勢，可利用這一優(yōu)勢建設(shè)引水、蓄水、調(diào)水和河湖水系連通工程，加快形成“東水中引，北水南調(diào)，邊水濟(jì)腹”的松花江流域水資源配置格局，保障流域糧食主產(chǎn)區(qū)的水資源需求。