基于水環(huán)境安全的區(qū)域水資源承載力研究——以河北省邢臺(tái)市為例

韓冬梅，李國(guó)寧

(1．石家莊市環(huán)資土地規(guī)劃研究所，河北石家莊050021;2．河北省工程咨詢(xún)研究院，河北石家莊050051)

水是支撐地球社會(huì)系統(tǒng)發(fā)展不可代替的生命之源，隨著人口劇增和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水資源需求量大幅度增加，水資源短缺越來(lái)越成為各國(guó)最為突出的問(wèn)題之一［1］。因此，進(jìn)行水資源承載力研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外水資源承載力的研究主要集中在資源學(xué)科領(lǐng)域和地理環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域，研究的角度大多是綜合考慮多方面的影響因素，對(duì)一個(gè)地區(qū)的水資源承載力作出系統(tǒng)評(píng)價(jià)，并借助可持續(xù)發(fā)展的思想，應(yīng)用已有的和創(chuàng)新的方法來(lái)解決水資源承載力的問(wèn)題［2－4］。然而，水資源承載力的研究往往只偏重于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，而忽視了水資源在生態(tài)系統(tǒng)層次上的完整效用價(jià)值，特別是對(duì)維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定以及進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的生態(tài)用水量研究較少［5－6］。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障生態(tài)安全，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的的角度考慮，加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的研究，保證一定的生態(tài)環(huán)境用水是非常有必要的［7］。

在我國(guó)，生態(tài)環(huán)境需水問(wèn)題的研究剛剛起步，對(duì)于生態(tài)需水量研究只停留在定性階段，如何確定生態(tài)需水量研究較少［8］。筆者以河北省邢臺(tái)市為例，從保障水環(huán)境安全出發(fā)，以滿足水環(huán)境容量為基礎(chǔ)，以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為目的，定量研究了區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量，在此基礎(chǔ)上對(duì)水資源承載力進(jìn)行了分析，并就水資源的可持續(xù)利用提出了若干意見(jiàn)和建議。

1 研究區(qū)概況

邢臺(tái)市位于河北省南部，總面積12 456 km2。地勢(shì)西高東低，西部為山區(qū)丘陵，占全市總面積的28%，東部為平原，占全市總面積的72%。氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明、寒暑懸殊，多年平均降水量530．6 mm，主要集中在6～9月，占全年降水量的75%～80%。河流屬于海河流域子牙河和黑龍港兩大水系，共有行洪排瀝河道20余條。全市水資源總量12．5億m3，其中地表水資源量5．5億m3，地下水資源量9．9億m3，重復(fù)計(jì)算量2．9億m3。水資源可利用量，平水年(P=50%)12．20億 m3，偏枯年(P=75%)9．79億m3。2005年全市用水總量為18．8億m3，其中農(nóng)業(yè)用水13．6億 m3，工業(yè)用水2．1 億 m3，生活用水2．7 億 m3，其他用水0．4億m3，用水量已超過(guò)全市多年平均水資源量的50．46%。

2 生態(tài)環(huán)境需水量分析

目前對(duì)生態(tài)需水相關(guān)概念的名稱(chēng)和認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，不同學(xué)者對(duì)此就有生態(tài)需水、環(huán)境需水和生態(tài)環(huán)境需水等不同使用名稱(chēng)。一些學(xué)者從生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的基本原理出發(fā)，對(duì)以上概念進(jìn)行了詳細(xì)區(qū)分。該研究中使用的生態(tài)環(huán)境需水定義為:在特定的生態(tài)保護(hù)和環(huán)境建設(shè)目標(biāo)下，為維持生態(tài)系統(tǒng)主要功能所必須滿足的特定水質(zhì)要求下的基本水量。因此，未對(duì)生態(tài)需水和環(huán)境需水的概念加以區(qū)分，只強(qiáng)調(diào)滿足當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)下的最低水量需求［9－10］。

邢臺(tái)市于2004年出臺(tái)了《邢臺(tái)市地面水環(huán)境功能區(qū)劃分》，從保證人民身體健康、保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)和保障水環(huán)境安全的角度出發(fā)，確定了轄區(qū)內(nèi)所有河流及大中型水庫(kù)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按照現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，可以說(shuō)滿足這一水質(zhì)目標(biāo)，基本上就能保證該地區(qū)的水環(huán)境安全。因此，這一標(biāo)準(zhǔn)的制定為生態(tài)環(huán)境需水量的確定提供了有利依據(jù)［11］。從保障水環(huán)境安全的角度出發(fā)，以滿足水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，采用水環(huán)境容量計(jì)算方法，對(duì)最低生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行了定量研究。

2．1 污染物入河量調(diào)查 合理統(tǒng)計(jì)污染物入河量是準(zhǔn)確確定生態(tài)環(huán)境需水量的重要一步。污染物入河量調(diào)查工作主要采用調(diào)查研究區(qū)入河排污口的廢污水排放量的方式進(jìn)行。在全市范圍內(nèi)，共調(diào)查入河排污口207個(gè)，基本涵蓋了全市主要生活和工業(yè)污水排放源。各類(lèi)水體主要污染物濃度限值見(jiàn)表1。研究區(qū)主要河流的納污情況見(jiàn)表2［12］。該研究中不僅需要了解各條河流的納污情況，還要反映污水排放對(duì)河流污染的影響情況。因此在對(duì)各排污口水量進(jìn)行長(zhǎng)年統(tǒng)計(jì)的同時(shí)，又對(duì)各排污口的主要污染物進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為COD和氨氮2項(xiàng)，監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

2．2 水質(zhì)目標(biāo)的確定 《邢臺(tái)市地面水環(huán)境功能區(qū)劃分》對(duì)研究區(qū)內(nèi)主要河流的水質(zhì)目標(biāo)作了明確規(guī)定(表2)。邢臺(tái)市各納污河流以Ⅳ類(lèi)水體為主，上游部分河段為Ⅱ類(lèi)水體。

表1 各功能區(qū)水體污染物濃度限值 mg/L

表2 2005年邢臺(tái)市主要河流納污情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2．3 生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

2．3．1 假設(shè)條件。假設(shè)所有污水均在下游控制斷面上與上游來(lái)水直接混合，忽略陸源污染物在河流輸送過(guò)程中的衰減，即計(jì)算最不利條件下的需水量;假設(shè)各計(jì)算河段的流量和流速保持均勻一致，即穩(wěn)態(tài)條件;假設(shè)污染物流動(dòng)過(guò)程中，忽略由于斷面流速和濃度不均勻造成的縱向離散作用。

2．3．2 污染物稀釋所需水量。根據(jù)實(shí)際污染物排放量大小、污水稀釋目標(biāo)的高低，來(lái)綜合確定單位污染物稀釋所需的水資源量，再計(jì)算總稀釋需水量，計(jì)算公式如下:

式中，Wi為區(qū)域i污染物稀釋所需的水量，m3;Qij為第j條河流中i污染物的年排放量，t/a;Cik為i污染物在k水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的稀釋目標(biāo)濃度，mg/L;ai為i污染物單位量，1 mg;qj為第j條河流的污水排放量，t/a;W為區(qū)域污染物稀釋所需的水量，m3。

計(jì)算結(jié)果表明(表3)，稀釋污染物COD所需水量為70 229．65萬(wàn) t/a，稀釋污染物氨氮所需水量為 67 378．14萬(wàn)t/a。根據(jù)公式(2)，取每條河流中二者的最大值進(jìn)行疊加，則得到區(qū)域污染物稀釋所需水量為79 829．37萬(wàn)t/a。

2．3．3 區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量。污染物稀釋水量不等于區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量。一方面，由于存在河水的蒸發(fā)和下滲現(xiàn)象，導(dǎo)致河水不斷損失，使生態(tài)環(huán)境需水量大于污染物稀釋水量;另一方面，由于污染物在與河水混合過(guò)程中存在一定的降解作用，使河流中污染物濃度逐步降低，河水實(shí)際吸納的污染物量應(yīng)該大于計(jì)算量，使生態(tài)環(huán)境需水量小于污染物稀釋水量。因此，從這兩個(gè)方面對(duì)污染物稀釋水量進(jìn)行修正，從而得到生態(tài)環(huán)境需水量是很有必要的。但從目前來(lái)講，國(guó)內(nèi)外這方面的研究很少，很難建立河流蒸發(fā)和下滲量與河流水量之間以及污染物與降解水量之間的定量關(guān)系。因此，考慮到二者對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量影響的互補(bǔ)性，暫以污染物稀釋水量代替生態(tài)環(huán)境需水量。

表3 2005年區(qū)域污染物稀釋所需水量統(tǒng)計(jì)表 萬(wàn)t/a

3 水資源承載力分析

采用供需分析法簡(jiǎn)單估算目前邢臺(tái)市水資源承載能力，即根據(jù)區(qū)域水資源總量、可利用水資源量和水資源需求量，進(jìn)行區(qū)域水資源供需平衡分析，估算承載能力或平衡指數(shù)。

3．1 水資源供給量統(tǒng)計(jì) 2005年邢臺(tái)市可利用水資源量為13．33億m3，其中地表水資源量3．18億 m3，地下水資源量9．05億 m3，引黃濟(jì)冀工程引水0．48億 m3，非常規(guī)供水(包括中水回用和微咸水利用)0．62億m3。

3．2 水資源需求量估算 2005年全市農(nóng)業(yè)用水13．6億m3、工業(yè)用水2．1億m3、生活用水2．7億m3、其他用水(漁業(yè)、景觀用水)0．4億m3，社會(huì)經(jīng)濟(jì)總耗水量達(dá)18．8億m3，用水缺口全部通過(guò)超采地下水獲得。加上計(jì)算的生態(tài)環(huán)境需水量，目前邢臺(tái)市的水資源總需求量應(yīng)該為27億m3左右。

3．3 水資源承載力分析 在保證水環(huán)境安全的情況下，邢臺(tái)市目前的水資源需求量為27億m3/a左右，大概是該地區(qū)可用水量的2倍，水資源嚴(yán)重超載，供需矛盾突出。由于上游水庫(kù)的攔蓄作用，目前邢臺(tái)市境范圍內(nèi)河流絕大多數(shù)常年干涸，基本上沒(méi)有生態(tài)環(huán)境用水，河水污染嚴(yán)重，且自?xún)裟芰Σ蛔?。工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水均以地下水為主，造成地下水嚴(yán)重超采。由于缺乏河流的有效補(bǔ)給，造成地下水位快速下降，長(zhǎng)此以往，必將產(chǎn)生嚴(yán)重的用水危機(jī)。

4 對(duì)策與建議

針對(duì)目前邢臺(tái)市水資源利用中存在的問(wèn)題，從保障水環(huán)境安全和保證水資源的可持續(xù)利用出發(fā)，提出了若干具有針對(duì)性的意見(jiàn)和建議。

4．1 節(jié)約用水 目前，邢臺(tái)市的用水效率很低，萬(wàn)元GDP耗水276 m3，高于河北省和全國(guó)的平均水平。尤其農(nóng)業(yè)是邢臺(tái)市的第一耗水大戶，普遍采用大水漫灌，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，解決水資源供需矛盾的首要措施是節(jié)水。節(jié)水的目的在于提高用水效率，降低用水定額。節(jié)水的部門(mén)主要包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水3個(gè)方面。農(nóng)業(yè)節(jié)水的途徑包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高渠系利用系數(shù)，降低單位灌溉定額，選用抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種，實(shí)施作物節(jié)水、高產(chǎn)、低耗栽培技術(shù)方式。工業(yè)節(jié)水途徑包括調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展耗水工業(yè)，更新設(shè)備，推廣節(jié)水器具，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提倡循環(huán)用水，減少對(duì)水資源的浪費(fèi)。生活節(jié)水途徑主要包括更新節(jié)水器具，維修改造城市管網(wǎng)的輸、凈、配水利工程，降低其損失率，以及在住宅小區(qū)集中和大專(zhuān)院校集中的地區(qū)采用中水處理系統(tǒng)。

4．2 加快從外流域調(diào)水 邢臺(tái)市所在的華北平原，是我國(guó)水資源最缺乏的地區(qū)之一，加快從外流域調(diào)水是解決水資源供需矛盾的根本途徑。到2010年南水北調(diào)中線工程開(kāi)始對(duì)邢臺(tái)市實(shí)施供水。根據(jù)我們的初步估算，在用水效率不斷提高的情況下，預(yù)計(jì)2010年還需從南水北調(diào)工程中取水10億m3，才能基本上保證用水需求。需要特別指出的是，南水北調(diào)水除作為城市生活用水外，剩余部分應(yīng)該主要作為生態(tài)環(huán)境用水使用。

4．3 加強(qiáng)對(duì)水污染的控制 水污染物大量排放不僅造成地表水污染，也使生態(tài)環(huán)境用水量大幅增加。因此，治理水污染，減少污染物排放是緩解水資源供需矛盾的重要措施。水體污染物主要來(lái)自工業(yè)和生活污染源，農(nóng)業(yè)污染源也不容忽視。因此，首先，應(yīng)加強(qiáng)工業(yè)污染防治，確保工業(yè)污染源穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放;其次，應(yīng)加大城市污水的治理力度，加快城市生活污水處理廠的建設(shè)步伐，完善城市生活污水處理廠的運(yùn)行和監(jiān)管機(jī)制;再次，應(yīng)開(kāi)展農(nóng)業(yè)面源污染環(huán)境狀況調(diào)查，劃定化肥、農(nóng)藥禁施區(qū)，制定農(nóng)藥、化肥使用的減施計(jì)劃，進(jìn)一步減少農(nóng)藥、化肥污染;最后，應(yīng)建立一套適合邢臺(tái)市情況的消除畜禽污染的管理制度和畜禽養(yǎng)殖污染防治計(jì)劃，將畜禽養(yǎng)殖審批和污染物排放納入環(huán)境管理工作，并有計(jì)劃地落實(shí)。

4．4 優(yōu)化配置水資源 水資源優(yōu)化配置原則是優(yōu)先利用南水北調(diào)水量，合理利用當(dāng)?shù)氐乇硭?，控制地下水開(kāi)采量。南水北調(diào)中線工程實(shí)施后其水量將成為邢臺(tái)市城市供水的主要水源，因此盡可能以直供的方式按供水目標(biāo)優(yōu)先次序供給城市用水，當(dāng)來(lái)水量滿足直供目標(biāo)后還有余水時(shí)，分配給河流作為生態(tài)環(huán)境用水。當(dāng)來(lái)水量與城市需水量相差較大時(shí)，通過(guò)當(dāng)?shù)厣絽^(qū)水庫(kù)對(duì)南水北調(diào)水源進(jìn)行補(bǔ)充與調(diào)劑，以減少供水缺口，若供水還不能滿足用水要求時(shí)再適當(dāng)加大地下水開(kāi)采量，但開(kāi)采量應(yīng)不超過(guò)現(xiàn)狀可開(kāi)采能力。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于水資源承載力的研究很多，研究方法也層出不窮，并且將可持續(xù)發(fā)展的思想引入到該項(xiàng)研究中來(lái)，突出了水的生態(tài)環(huán)境價(jià)值。但是，由于目前對(duì)生態(tài)環(huán)境用水的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，這方面的研究往往只停留在定性階段，定量研究的很少。水環(huán)境污染導(dǎo)致水質(zhì)超標(biāo)和水體的生態(tài)環(huán)境功能喪失已成為我國(guó)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，生態(tài)用水不足是導(dǎo)致這一問(wèn)題的重要原因，因此從環(huán)境保護(hù)角度研究生態(tài)用水、保障生態(tài)用水是很有必要的。該研究以河北省邢臺(tái)市為例，從保障水環(huán)境安全的角度出發(fā)，依據(jù)地方政府制定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)污染物排放情況，利用水環(huán)境容量模型，定量計(jì)算了生態(tài)環(huán)境需水量，并據(jù)此對(duì)水資源承載力進(jìn)行了分析，初步實(shí)現(xiàn)了水資源與水環(huán)境管理的統(tǒng)一，具有一定的參考和借鑒價(jià)值。但是，該研究中還有諸多不足之處，如只考慮了水的環(huán)境價(jià)值未考慮其生態(tài)價(jià)值，將河水假定為均勻流體忽略了河水的年際和年內(nèi)變化、忽略了污染物在河水中的降解作用等，這些方面對(duì)于準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)環(huán)境需水量是必不可少的，有待進(jìn)一步深入研究。

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