撓力河流域水資源開發(fā)潛力分析

趙惠媛，張 涵，婁 丹，邢貞相

(1. 黑龍江省水文局，黑龍江 哈爾濱 150001；2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

撓力河流域水資源開發(fā)潛力分析

趙惠媛1，張 涵2，婁 丹1，邢貞相2

(1. 黑龍江省水文局，黑龍江 哈爾濱 150001；2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

針對撓力河流域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，將撓力河流域進(jìn)行分區(qū)處理，然后應(yīng)用水資源負(fù)載指數(shù)法對撓力河流域開發(fā)利用現(xiàn)狀和開發(fā)潛力進(jìn)行定量評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明，撓力河流域整體的水資源開發(fā)處于中等水平，仍具有一定的開發(fā)潛力，尤其是下游地區(qū)，開發(fā)利用程度相對較低，可在保證生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大其開發(fā)力度。研究成果可為該地區(qū)水資源合理開發(fā)、中長期生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的制定提供科學(xué)的決策依據(jù)。

水資源開發(fā)潛力；負(fù)載指數(shù)；撓力河流域；評價(jià)指標(biāo)體系

水資源是維持自然生態(tài)系統(tǒng)的基本要素，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)乎人類當(dāng)前及未來福祉的一項(xiàng)基礎(chǔ)性資源和戰(zhàn)略性資源[1-2]。隨著人口數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，水資源的開采也不斷加劇，水資源短缺正在成為限制很多區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[3-5]。研究流域水資源的開發(fā)潛力，可以加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)灌溉用水規(guī)劃和水資源綜合利用的管理，對實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

水資源承載能力是指在某一發(fā)展階段，以可以預(yù)見的技術(shù)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則和維持生態(tài)環(huán)境為條件，在水資源得到合理開發(fā)利用下，某一研究區(qū)域人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大容量。而水資源的開發(fā)潛力是衡量一個(gè)區(qū)域水資源含量和承載力的重要指標(biāo)之一。近幾年對于水資源開發(fā)潛力與承載力評價(jià)方法校多[6-9]，其中比較成熟的方法主要是負(fù)載指數(shù)法[10-11]。

本文對撓力河流域進(jìn)行分區(qū)，應(yīng)用負(fù)載指數(shù)法并結(jié)合GIS技術(shù)評價(jià)了撓力河流域的水資源利用程度及開發(fā)潛力，定量的揭示了撓力河流域農(nóng)作物種植面積、水資源總量、流域生態(tài)需水量、區(qū)域人口數(shù)量、降水量之間的平衡關(guān)系及撓力河流域水資源開發(fā)利用的空間分布特征。以期為撓力河水資源承載力的科學(xué)管理提供有效的依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

撓力河流域位于黑龍江省東部地區(qū)，為烏蘇里江一級支流。地理坐標(biāo)為東經(jīng)131°～134°，北緯46°～48°。流域總面積22 495 km2，其中，山丘區(qū)面積為9386 km2，占總面積的41.2%；平原區(qū)面積為13 109 km2，占總面積的58.3%。撓力河干流寶清鎮(zhèn)以上為淺山丘陵區(qū)，以下為平原區(qū)。灘地坡降上游山區(qū)一般在1/200～1/800；中游的劉福亮子為坡降變緩的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，寶清至劉福亮子坡降為1/1600；劉福亮子至炮臺(tái)亮子坡降為1/4000～1/10 000；炮臺(tái)亮子至菜嘴子坡降為1/12 000～1/15 000；由菜嘴子開始灘地坡降又逐漸變陡，菜嘴子至河口平均坡降為1/8100。河道主槽嚴(yán)重彎曲，水力坡降很緩，一般在1/15 000～1/37 000。河道彎曲系數(shù)較大，上游為1.7，中、下游為2～3，局部河段為3.5，支流一般為1.07～1.80。本區(qū)屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，屬于半濕潤地帶，夏季高溫多雨，冬季干冷而漫長。多年平均降水量為545 mm，降水大部分集中在6—9月份，占全年降水量的70%，尤其是7、8兩個(gè)月雨量較為集中，約占全年降水量的44%；春季5、6月份降水量較少，僅占全年降水量的23%，因此，本區(qū)春季干旱頻繁，秋季又多洪澇災(zāi)害。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究將撓力河流域劃分為八五九、勝利、大興、紅衛(wèi)、五九七、八五二、八五三、饒河農(nóng)場、紅旗嶺、富錦市、饒河縣、寶清縣、集賢縣、雙鴨山市、友誼農(nóng)場和雙鴨山農(nóng)場共16個(gè)分區(qū)。各分區(qū)的水資源開發(fā)潛力數(shù)據(jù)主要來源于各分區(qū)的《水資源公報(bào)》和各水文局統(tǒng)計(jì)的降水?dāng)?shù)據(jù)，在各分區(qū)的統(tǒng)計(jì)年鑒中提取年GDP總量、農(nóng)作物種植面積和人口數(shù)量(常住人口)等數(shù)據(jù)。

2 研究方法

將負(fù)載指數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)來研究區(qū)域的水資源開發(fā)潛力。建立以農(nóng)作物種植面積、水資源總量、流域生態(tài)需水量、區(qū)域人口數(shù)量、降水量為評價(jià)指標(biāo)，以區(qū)域水資源負(fù)載指數(shù)作為區(qū)域水資源開發(fā)綜合表征變量的評價(jià)指標(biāo)體系，對撓力河流域水資源開發(fā)潛力進(jìn)行綜合評價(jià)。同時(shí)根據(jù)水資源負(fù)載指數(shù)的高低，可以將區(qū)域水資源開發(fā)利用潛力劃分為6級，分級結(jié)果及其意義如表1所示。水資源負(fù)載指數(shù)的計(jì)算公式如式

(1)

式中：C為水資源負(fù)載指數(shù);P為人口，萬人；A為農(nóng)作物種植面積(農(nóng)業(yè)種植區(qū))，萬hm2，對于城區(qū)，該變量采用GDP表示，萬元；W為水資源總量扣除生態(tài)需水量的余量，億m3；K為與降水量R(mm)有關(guān)的系數(shù)，其取值見式(2)。

(2)

表1 基于負(fù)載指數(shù)的水資源開發(fā)潛力分級

3 結(jié)果與分析

將提取的2005—2010年的水資源總量數(shù)據(jù)及人口、GDP的結(jié)果，按照式(2)選取K值，再用式(1)計(jì)算撓力河流域分區(qū)的水資源負(fù)載指數(shù)，得到基于分區(qū)尺度的水資源負(fù)載指數(shù)，見表2，然后在GIS的支持下，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)連接到對應(yīng)分區(qū)的矢量圖中，即得到基于負(fù)載指數(shù)的撓力河流域各分區(qū)2005—2010年的水資源利用程度及開發(fā)潛力空間分布圖，如圖1所示。由表2可以看出撓力河流域2005—2010年水資源負(fù)載指數(shù)均處于Ⅰ～Ⅳ級水平，在96個(gè)評價(jià)方案中，有14個(gè)方案(占比為14.58%)的水資源開發(fā)利用程度為Ⅱ級水平，具有相對較低的水資源開發(fā)潛力，其余大部分都處于第Ⅲ、Ⅳ級水平，這說明撓力河流域總體的水資源開發(fā)利用程度不高，未來還有較大的開發(fā)潛力。

圖1 基于負(fù)載指數(shù)的撓力河流域各分區(qū)水資源開發(fā)潛力分布圖

分區(qū)2005等級2006等級2007等級2008等級2009等級2010等級均值等級八五九154Ⅳ120Ⅳ139Ⅳ274Ⅲ141Ⅳ148Ⅳ163Ⅳ勝利177Ⅳ128Ⅳ126Ⅳ241Ⅲ174Ⅳ136Ⅳ164Ⅳ大興176Ⅳ182Ⅳ182Ⅳ252Ⅲ168Ⅳ165Ⅳ188Ⅳ紅衛(wèi)254Ⅲ183Ⅳ196Ⅳ328Ⅲ211Ⅲ167Ⅳ223Ⅲ五九七203Ⅲ199Ⅳ200Ⅲ308Ⅲ243Ⅲ183Ⅳ223Ⅲ八五二317Ⅲ227Ⅲ280Ⅲ403Ⅲ192Ⅳ226Ⅲ274Ⅲ八五三208Ⅲ198Ⅳ220Ⅲ304Ⅲ154Ⅳ176Ⅳ210Ⅲ饒河農(nóng)場206Ⅲ144Ⅳ137Ⅳ264Ⅲ159Ⅳ141Ⅳ175Ⅳ紅旗嶺183Ⅳ179Ⅳ168Ⅳ279Ⅲ497Ⅲ162Ⅳ245Ⅲ富錦市436Ⅲ377Ⅲ450Ⅲ715Ⅱ306Ⅲ519Ⅱ467Ⅲ饒河縣283Ⅲ221Ⅲ342Ⅳ538Ⅱ275Ⅲ270Ⅲ322Ⅲ寶清縣391Ⅲ333Ⅲ309Ⅲ442Ⅲ436Ⅲ252Ⅲ361Ⅲ集賢縣679Ⅱ687Ⅱ579Ⅱ743Ⅱ2213Ⅰ465Ⅲ894Ⅱ雙鴨山市1693Ⅰ1497Ⅰ1617Ⅰ2707Ⅰ336Ⅲ2320Ⅰ1695Ⅰ友誼農(nóng)場439Ⅲ316Ⅲ372Ⅲ503Ⅱ114Ⅳ310Ⅲ342Ⅲ雙鴨山農(nóng)場177Ⅳ174Ⅳ191Ⅳ226Ⅲ362Ⅲ154Ⅳ214Ⅲ均值373Ⅲ323Ⅲ344Ⅲ533Ⅱ374Ⅲ362Ⅲ350Ⅲ

從各分區(qū)的多年平均水資源負(fù)載指數(shù)看，16個(gè)分區(qū)只有雙鴨山市和集賢縣分別處于Ⅰ、Ⅱ級開發(fā)水平，水資源開發(fā)利用程度較高，開發(fā)潛力小。而其余14個(gè)分區(qū)的開發(fā)利用水平均低于Ⅲ級水平，水資源開發(fā)利用程度不高，開發(fā)潛力較大。 從整個(gè)流域來看，87.50%的區(qū)域多年平均負(fù)載指數(shù)處于Ⅲ級以下水平，流域整體水資源開發(fā)潛力較大。

從整個(gè)區(qū)域各年看，2006年流域整體平均負(fù)載指數(shù)最小，各分區(qū)都處于Ⅲ級以下水平(1個(gè)分區(qū)處于Ⅰ,占比為6.25%；1個(gè)分區(qū)處于Ⅱ級水平，占比為6.25%；5個(gè)分區(qū)處于Ⅲ級水平，占比為31.25%；其余9個(gè)分區(qū)均處于Ⅳ級水平，占比為56.25%)，這說明該年份流域水資源整體開發(fā)利用程度較低，開發(fā)潛力最大。2008年的流域平均負(fù)載指數(shù)最大，各分區(qū)負(fù)載指數(shù)較大(1分區(qū)處于Ⅰ級水平，占比為6.25%；4個(gè)分區(qū)處于Ⅱ級水平，占比為25.00%；其余11個(gè)分區(qū)均處于Ⅲ級水平，占比為68.75%)，這說明該年份流域水資源利用程度相對偏高，整體開發(fā)潛力相對偏小。其他年份，流域水資源整體開發(fā)程度處于Ⅲ、Ⅳ級水平，水資源開發(fā)潛力較大。

從負(fù)載指數(shù)空間分布(圖1)不難看出，撓力河流域中上游地區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)偏大，尤其是左岸地區(qū)，開發(fā)利用程度較高，開發(fā)潛力相比較??；而在下游地區(qū)，尤其下游的左岸地區(qū)，其水資源負(fù)載指數(shù)較小，開發(fā)利用程度較低，開發(fā)潛力較大。

4 結(jié) 論

文章應(yīng)用負(fù)載指數(shù)法對撓力河流域16各個(gè)分區(qū)的水資源開發(fā)利用和開發(fā)潛力進(jìn)行評價(jià)，綜合以上分析，撓力河流域總體的水資源承載力評價(jià)結(jié)果為該流域水資源承載力處于中等級別，說明撓力河流域整體的流域水資源開發(fā)利用程度不高，未來具有較大的開發(fā)潛力。尤其是下游地區(qū)未來開發(fā)潛力更大。因此，在撓力河流域的未來水資源開發(fā)過程中，應(yīng)對不同分區(qū)采用不同的開發(fā)強(qiáng)度。對于中上游地區(qū)應(yīng)放緩水資源開發(fā)強(qiáng)度，在充分利用現(xiàn)有的水資源基礎(chǔ)上，采取節(jié)水措施，減少農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的水資源浪費(fèi)，提高水資源利用率，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)水資源管理，盡快使耗水型經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向節(jié)水型經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。對于下游地區(qū)可適當(dāng)加大開發(fā)強(qiáng)度，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)灌溉面積，提高區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，保障區(qū)域糧食安全。

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Analysis on potentiality of water resources development in Naolihe Basin

ZHAO Huiyuan1, ZHANG Han2, LOU Dan1, XING Zhenxiang2

(1.HeilongjiangHydrologyBureau,Harbin150001,China;2.SchoolofWaterConservancyandCivilEngineering,NortheastAgriculturalUniversity，Harbin150030,China)

According to the present situation of the development and utilization of water resources in Naoli River Basin, the Naolihe Basin development status and potential was quantitative evaluated based on the method of water resource load index through the partition processing for Naolihe Basin. Evaluation results show, the Naolihe Basin water resources still has certain development potential, especially the relatively lower level of development and utilization in the downstream, due to the development of water resource is in the middle level for the whole basin. We can increase properly its development efforts in the situation of guarantee that ecological environment. The research results can provide a scientific base for making decision in the rational development of water resources, the protection of long-term ecological and environmental and the development planning of socio-economic in this region.

water resources development potential; load index; Naolihe Basin; evaluation index system

黑龍江省水利廳科技開發(fā)項(xiàng)目(201402;201318)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51109036；51179032)；黑龍省自然科學(xué)基金(E2015024)；教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20112325120009)；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201301096)；黑龍江省級領(lǐng)軍人才梯隊(duì)后備事頭人資助項(xiàng)目(500001)

趙惠媛(1961-)，女，黑龍江肇東人，教高，主要從事水資源分析與評價(jià)工作。E-mail: 962477155@qq.com。

邢貞相(1976-)，男，山東膠南人，副教授，主要從事水資源分析與評價(jià)方面的研究。E-mail：xingzhenxiang01@163.com。

TV213.4

A

2096-0506(2017)04-0001-05