成都市生態(tài)用水情況分析研究

孫林博雷孝章張璐

（1四川大學水利水電學院 四川成都 610065 2四川大學水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室 四川成都 610065）

成都市生態(tài)用水情況分析研究

孫林博1雷孝章2張璐2

（1四川大學水利水電學院 四川成都 610065 2四川大學水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室 四川成都 610065）

為確切了解目前成都市生態(tài)用水量的基本情況，該研究從生態(tài)用水的基本概念出發(fā)，提出應用較廣泛且適合本研究的生態(tài)用水的概念，利用水量平衡原理，推導出研究區(qū)生態(tài)用水計算公式；經(jīng)計算，成都市可提供的年平均生態(tài)用水量為61.97×108m3，通過分析成都市水資源的組成情況，成都地區(qū)生態(tài)用水量占水資源總量的68%，說明研究區(qū)系統(tǒng)本身生態(tài)需水量較大，為本地區(qū)水資源利用及規(guī)劃提供參考。

成都市；生態(tài)用水；水量平衡

1 生態(tài)用水概念

通過對已有的文獻總結(jié)，結(jié)合研究區(qū)水資源的特點，歸納出生態(tài)用水指在特定的時空范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)維持一定的穩(wěn)定狀態(tài)所消耗的、不作為社會和經(jīng)濟用水的水資源量，包括地表水、地下水和土壤水。屬于用水范疇，反應生態(tài)系統(tǒng)歷史或現(xiàn)狀的用水水平，表征系統(tǒng)客觀供給能力；生態(tài)用水是從供水的角度來研究生態(tài)用水與水資源之間的關(guān)系，屬于總水資源的組成部分。系統(tǒng)生態(tài)用水量的多少受到其他用水單位的影響，在水資源總量一定的情況下，其他用水單位用水量越少，可提供給的生態(tài)用水量就越多，系統(tǒng)實際使用的生態(tài)用水就越多；反之，越少。因此生態(tài)用水量是一個變化的動態(tài)值。

生態(tài)用水是系統(tǒng)可供給水量，不一定是系統(tǒng)合理的需求量，在水資源相對匱乏的地區(qū)這一特點表現(xiàn)得更加突出。本文認為根據(jù)區(qū)域水量平衡計算，從水資源總量中扣除生產(chǎn)生活用水即為系統(tǒng)實際供給或有能力供給的水量——生態(tài)用水量，該部分生態(tài)用水主要用于河道外生態(tài)用水和河道內(nèi)生態(tài)用水兩部分。

2 水量平衡計算基本原理

地球上任一區(qū)域或在一定時段內(nèi)，進入的水量與輸出的水量之差等于該地區(qū)內(nèi)的蓄水變化量，這一關(guān)系叫做水量平衡。水循環(huán)是說明水文現(xiàn)象運動變化等性質(zhì)的最好形式，進行水量平衡研究有助于了解水循環(huán)各要素的數(shù)量關(guān)系，估計地區(qū)水資源數(shù)量，分析水循環(huán)各要素之間的相互關(guān)系，可以利用物質(zhì)不滅定律，對任意時段內(nèi)、任意流域建立水量平衡關(guān)系。

根據(jù)水量平衡定義，可以從流域、水資源管理等不同角度建立水量平衡關(guān)系式。

從流域角度，對于任何流域（包括閉合流域和非閉合流域），水量平衡關(guān)系式如下：

式中，I為流域內(nèi)輸入水量；A為流域內(nèi)輸出水量；ΔW為研究時段流域內(nèi)蓄水變化量，可為正負，在多年情況下，蓄水變化量將趨近于0。

水文學中，流域分為閉合流域和非閉合流域兩種，區(qū)別標準為流域地下水分水線與地面水分水線是否重合。在非閉合流域中，流域內(nèi)輸入水量包括流域內(nèi)降水、流域外輸入徑流，即I=P+R；流域內(nèi)輸出水量包括蒸發(fā)損失量、輸出流域徑流量，即A=E+R’。在閉合流域中，可視為流域輸入水量僅為降水量，即I=P。

從水資源管理的角度分析，提高水資源的有效利用率旨在保護水資源可持續(xù)開發(fā)利用、充分發(fā)揮水資源的效益以及在滿足用水戶對水量和水質(zhì)要求的前提下，使水資源最大的發(fā)揮其社會、環(huán)境、經(jīng)濟等綜合效益。

從水資源管理角度，通過供水與用水之間的關(guān)系建立水量平衡方程[2]。平衡方程如下：

式中，Wt為研究區(qū)總水資源量或總供水量；Ut為研究區(qū)總用水量。

總水資源量就是地表徑流與地下徑流之和扣除兩者重復計算的水量，加上調(diào)入水量減去調(diào)出水量，計算式如下：

式中，Rs為研究區(qū)地表徑流量；Rg為研究區(qū)地下徑流量；Rr為研究區(qū)地表徑流與地下徑流重復計算的水量；Wi為外流域調(diào)入研究區(qū)水量；We為從研究區(qū)調(diào)出水量。

用水按照不同用途可以分為生活用水、生產(chǎn)用水和生態(tài)用水，即“三生”用水以及外流域調(diào)出水量。在進行水量統(tǒng)計時需要注意，生產(chǎn)生活用水的一部分將回歸到地表水或地下水中，如農(nóng)業(yè)灌溉用水、經(jīng)污水廠處理的污水等，因此生產(chǎn)生活用水應按照耗水量進行計算。耗水量是用水消耗量的簡稱，是指在水的輸送過程中，通過蒸騰、蒸發(fā)、土壤吸收、產(chǎn)品帶走、居民和牲畜飲水等形式消耗掉的，而不能回歸到地表水體或者地下含水層的水量[2]耗水率是耗水量與實際供水量的比值，反應出對水資源的利用效率，該值與當?shù)亟?jīng)濟技術(shù)水平相關(guān)聯(lián)，經(jīng)濟技術(shù)越發(fā)達耗水率應更高。耗水率可以通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得。

因此，總用水等于生產(chǎn)、生活耗水量、生態(tài)用水量，計算式如下：

式中，Ud為生活用水量；Up為生產(chǎn)用水量；Ue為生態(tài)用水量；λd為生活用水耗水率；λp為生產(chǎn)用水耗水率。

水量平衡方程不管從流域水量平衡角度，還是水資源管理角度建立其實質(zhì)都是一致的。根據(jù)水量平衡方程、研究區(qū)各用水時段（月）和來水時段（月），即可求出區(qū)域不同時段生態(tài)用水，即：

3 研究區(qū)生態(tài)用水計算方法

本文以成都市為例，統(tǒng)計分析成都市生態(tài)用水情況。區(qū)域生態(tài)用水量需要通過水量平衡計算，但由于水資源量和用水量包含的內(nèi)容很多，且部分資料獲取困難、計算過程比較復雜，需要根據(jù)研究區(qū)特點，進行適當?shù)募僭O(shè)和簡化，進而求出各組成部分的來水量或用水量。

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域以岷江流域成都地區(qū)西面以邛崍山為界，西南面南河流域以長丘山分水嶺為界，東面、東南面以龍泉山為界，北部都江堰市以白沙河分水嶺為界與岷江和沱江流域相隔。研究區(qū)僅南面岷江出口和東北面毗河、青白江等沱江出口，北面為區(qū)域岷江進口，因此扣除岷江調(diào)往沱江水量后認為研究區(qū)域是封閉流域。

研究區(qū)地下水特點：從近年（2005年～2012年）成都市水資源公報來看，成都市地下水埋深年初與年末相對穩(wěn)定，大部分地區(qū)處于平衡狀態(tài)。

根據(jù)以上對研究區(qū)的特點分析，提出以下基本假設(shè)：

（1）假設(shè)成都市地下水徑流平衡，研究區(qū)滿足水量平衡原理。

（2）農(nóng)業(yè)用水以灌溉用水進行計算。

（3）區(qū)間蒸發(fā)水量包含到農(nóng)業(yè)用水、植被生態(tài)用水中，不單獨考慮。

3.2 研究區(qū)生態(tài)用水的計算公式推導

根據(jù)基本假設(shè)，研究區(qū)水資源量包括兩部分，即岷江上游來水Ws和研究區(qū)區(qū)間降水Wp，并且需扣除研究區(qū)出口彭山站下泄水量Wx和往外流域沱江的調(diào)出水量We；用水量由生產(chǎn)用水Up、生活用水Ul、生態(tài)用水Ue三部分組成，其中生產(chǎn)用水包括第一產(chǎn)業(yè)用水（農(nóng)業(yè)灌溉用水）、第二、三產(chǎn)業(yè)用水；生活用水包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口和牲畜生活用水。生產(chǎn)生活用水計算時需考慮耗水率問題。

根據(jù)水量平衡計算式，生態(tài)用水計算公式表述如下：

4 研究區(qū)用水量統(tǒng)計與分析

根據(jù)水量平衡原理，研究區(qū)可提供的生態(tài)用水為水資源總量與生產(chǎn)生活用水量的差值。經(jīng)統(tǒng)計分析研究區(qū)在計算水平年可提供的生態(tài)用水量為61.97×108m3，生態(tài)用水計算過程、水資源量、生產(chǎn)生活用水量及相應耗水量按月份統(tǒng)計見下表：

表1 研究區(qū)生態(tài)用水統(tǒng)計匯總表單位：億立方米

圖1 生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水組成圓餅圖

根據(jù)上表知，生產(chǎn)生活用水和生態(tài)用水之和為系統(tǒng)可供給的水資源總量，生態(tài)用水受到生產(chǎn)生活用水的影響，當水資源總量供給一定、生產(chǎn)生活用水量增加時，將擠占一部分生態(tài)用水，生態(tài)用水隨之減少；反之，增加。因此，生態(tài)用水實質(zhì)上是系統(tǒng)可供給水量，是一個相對的、變化的量。在水資源調(diào)配中需要在有限水資源量的前提下，合理安排生產(chǎn)生活用水，保證一定的生態(tài)用水，使之滿足生態(tài)需水需求。

根據(jù)“三生”用水量組成圓餅圖可知，在計算水平年研究區(qū)可供給水資源總量為91.04×108m3，其中生產(chǎn)用水25.30×108m3，占用水總量的28%；生活用水3.77×108m3，占用水量的4%；生態(tài)用水量61.97×108m3，占用水總量的68%?？梢钥闯?，生態(tài)用水所占比例較大，其原因有兩種：其一是研究區(qū)水資源供應充足時，生產(chǎn)生活用水量一定，生產(chǎn)生活用水份額相應減少，生態(tài)用水份額隨之增加而較大；其二研究區(qū)系統(tǒng)本身生態(tài)用水需求就比較大，生態(tài)用水所占份額隨之較大。

5 結(jié)語

生態(tài)用水量及其占總水資源中的份額都比較大，從概念上看，本文認為生態(tài)用水是系統(tǒng)可供給水量，即該水量不一定被全部利用，關(guān)鍵看需水情況，大致能說明區(qū)間水資源豐富；對于研究區(qū)區(qū)間蒸發(fā)量大部分計入了生態(tài)用水中，少部分計入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水中，本文從水量平衡角度，將城市植被的灌溉用水、河道基流需水以及天然植被的需水全部考慮在內(nèi)，可以為本地區(qū)水資源利用及規(guī)劃提供參考。

[1]瞿倫強.論成都的環(huán)境用水和生態(tài)環(huán)境建設(shè) [J].四川環(huán)境, 1997，16（1）：51-55.

[2]魯曉陽.岷江上游生態(tài)環(huán)境治理對策探討[J].四川環(huán)境,1999，18（1）：72-74.

[3]柳長順,陳獻,劉昌明,等.流域生態(tài)用水與需水研究[J].水利水電技術(shù),2005，36（6）：17-21.

[4]楊愛民,唐克旺,等.生態(tài)用水的基本理論與計算方法[J].水利學報,2012,（12）：39-45.

[5]呂明強,都金康.城市水文與水資源導論[M].北京：中國科學技術(shù)出版社,1993：163-175.

[6]田英,楊志峰,劉靜玲,等.城市生態(tài)環(huán)境需水量研究[J].環(huán)境科學學報，2003,23（1）：100-106.

[7]Gleick PH，Water in crisis：Paths to sustainablewateruse[J].EcologicalApplications，1998，8（3）：571-579.

孫林博（1991—），男，漢族，河南南陽人，碩士研究生，研究方向：水土保持。