基于負(fù)載指數(shù)的徐州市水資源開(kāi)發(fā)潛力綜合分析

王 偉

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局， 江蘇 徐州 221018)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，水環(huán)境污染日益加劇，水資源短缺已成為制約很多地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。徐州市是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市，工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要大量外流域調(diào)水，合理利用利用現(xiàn)有水資源顯得格外重要。水資源負(fù)載指數(shù)充分考慮了水資源系統(tǒng)自然和社會(huì)的雙重屬性，能較為科學(xué)地表征水資源利用的實(shí)際狀況[1]。因此，通過(guò)對(duì)徐州市水資源負(fù)載指數(shù)近10年變化進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，有利于該地區(qū)合理開(kāi)發(fā)水資源，制定中長(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃。

1 研究區(qū)概況

徐州市位于江蘇省西北部，東經(jīng)116°22′～118°40′、北緯33°43′～34°58′之間，東西長(zhǎng)約210 km，南北寬約140 km，土地總面積11 259 km2。徐州市位于淮河流域，分屬3個(gè)水系：故黃河水系、沂沭泗水系、濉安河水系。境內(nèi)有2個(gè)湖泊、5座中型水庫(kù)及69座小型水庫(kù)。各水系河網(wǎng)密布，河、湖、庫(kù)相互溝通，已初步形成具有防洪、除澇、供水、灌溉、降漬等功能的水利工程體系。氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)性氣候區(qū)，既受東南季風(fēng)影響，又受西北季風(fēng)控制。降水量地區(qū)分布很不均勻，空間分布呈自西北向東南遞增趨勢(shì)，年內(nèi)分配不均勻，汛期(5—9月)總降水量占全年平均降水量的60.0%～70.0%，多年平均降水量約為829 mm。多年平均水資源總量約為35.63億m3，人均擁有水資源量為424 m3，低于江蘇省平均470 m3/人的水平，僅為全國(guó)2 190m3/人的17.8%。徐州市多年平均外調(diào)水量8.07億m3，入境水量52.87億m3，出境水量為56.69億m3。一般干旱年份缺水5.70×108m3，特殊干旱年份缺水12.00×108m3，是全國(guó)40座嚴(yán)重缺水的城市之一。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

水資源負(fù)載指數(shù)的物理意義是區(qū)域的降水、人口和農(nóng)業(yè)灌溉面積決定水資源的需求量，利用這3個(gè)數(shù)據(jù)與水資源量之間的關(guān)系反映水資源利用程度及判斷今后水資源開(kāi)發(fā)的難易程度[2]。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，計(jì)算水資源負(fù)載指數(shù)時(shí)，通常用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值替代農(nóng)業(yè)灌溉面積，能夠更準(zhǔn)確反映該地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用程度[3]。水資源負(fù)載指數(shù)計(jì)算公式為

(1)

式中:C為水資源負(fù)載指數(shù)；P為人口，萬(wàn)人；G為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，億元；W為水資源總量，億m3；K為與降水有關(guān)的系數(shù)[4]。

(2)

式中:R為降水量，mm。

水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文采用的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于《徐州市水資源公報(bào)》(2010—2019年)和《2019年徐州市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

表1 水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)

從中提取徐州市2009—2018年水資源總量，以及2016年徐州市各個(gè)區(qū)、縣水資源總量，從《2018年徐州市統(tǒng)計(jì)年鑒》提取徐州市各區(qū)縣GDP和常住人口總數(shù)。將上述數(shù)據(jù)整理，帶入式(1)，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理。

3 徐州市水資源負(fù)載指數(shù)時(shí)間變化與空間分布

3.1 基于時(shí)間尺度上的水資源負(fù)載指數(shù)分析

以時(shí)間為評(píng)價(jià)尺度，選取徐州市2009—2018年的水資源量、降水量、人口、GDP等相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行處理，計(jì)算得出負(fù)載指數(shù)見(jiàn)表2，徐州市負(fù)載指數(shù)及相關(guān)變量見(jiàn)圖1。

表2 2009—2018年徐州市水資源狀況及相關(guān)指標(biāo)

圖1 徐州市負(fù)載指數(shù)及相關(guān)變量

依據(jù)水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)[4]，2009—2018年徐州市水資源負(fù)載指數(shù)平均為37.22，水資源開(kāi)發(fā)利用屬于Ⅰ級(jí)。水資源利用程度很高，開(kāi)發(fā)潛力不大，城市需外流域調(diào)水。由水資源負(fù)載指數(shù)的計(jì)算公式易知，水資源負(fù)載指數(shù)與區(qū)域人口總量和GDP規(guī)模成正比，與降水量和水資源總量成反比[1]。徐州市人口10年間的共計(jì)增長(zhǎng)為12.01萬(wàn)人，年均增長(zhǎng)率為0.14%。徐州經(jīng)濟(jì)在2009—2018年間呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，年均增長(zhǎng)率約為10.95%。水資源總量年際變化較大，年徑流Cv值為0.8左右。豐水年時(shí)徐州市水資源量可達(dá)50多億m3；而枯水年時(shí)，水資源量?jī)H為20多億m3。

結(jié)合表2和圖1可以看出，2009—2013年水資源負(fù)載指數(shù)逐年增加在2013年達(dá)到峰值，其中我們可以看到水資源總量變化不大，常住人口較2009年有所下降，而GDP的規(guī)模在這幾年卻以每年13.83%的速度迅速發(fā)展，因此導(dǎo)致水資源負(fù)載指數(shù)快速上升。隨著最嚴(yán)格水管理制度得到貫徹執(zhí)行，地下水的開(kāi)采受到嚴(yán)格控制，調(diào)水翻水工程的用越來(lái)越大：一是翻引長(zhǎng)江水入駱馬湖，二是經(jīng)沙集翻水站翻引洪澤湖水入駱馬湖，還可向房亭河流域供水。水資源總量有向上曲折發(fā)展的趨勢(shì)，徐州市年降水量變化特征(1950—2018年)見(jiàn)圖2，由圖2可知，近10年徐州市年降水量略低于歷年平均降水量。水資源總量有所增加，降水量基本平穩(wěn)，所以我們可以看出政府不斷加大對(duì)水資源管理的力度，對(duì)保護(hù)水資源起到了極為重要的作用。與此同時(shí)，徐州市GDP的增長(zhǎng)速度為8.14%，其增速有所下降，常住人口也在緩慢增加。因此，徐州市水資源負(fù)載指數(shù)一直居高不下，除與自身水資源總量、人口有關(guān)，更主要的是與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有直接關(guān)系。

圖2 徐州市年降水量變化特征(1950—2018年)

3.2 基于空間尺度上的水資源負(fù)載指數(shù)分析

基于空間尺度上，將徐州市劃分為6個(gè)評(píng)價(jià)單元(城區(qū)包含云龍區(qū)、鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、銅山區(qū)和賈汪區(qū))，分析徐州市各區(qū)域水資源利用程度和開(kāi)發(fā)潛力的區(qū)域差異(以2018年為例)。各評(píng)價(jià)單元的主要指標(biāo)和水資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。2018年徐州市各區(qū)域負(fù)載指數(shù)空間分布見(jiàn)圖3。

圖3 2018年徐州市各區(qū)域負(fù)載指數(shù)空間分布

在空間尺度上，各個(gè)分區(qū)的水資源負(fù)載指數(shù)均超過(guò)10，水資源利用程度極高，屬于Ⅰ級(jí)。其中，城區(qū)開(kāi)采地下水尤其巖溶水時(shí)間較長(zhǎng)，且開(kāi)采井分布集中，在長(zhǎng)期大量開(kāi)采地下水過(guò)程中，已明顯地出現(xiàn)了地下水位持續(xù)下降。區(qū)域面積大，水資源量少，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高，致使其水資源負(fù)載指數(shù)達(dá)到52.93，為全市最高。豐縣、睢寧縣的水資源負(fù)載指數(shù)分別為16.52、18.56，各區(qū)域差別較大。2018年徐州市各區(qū)縣C值及降水量見(jiàn)圖4。

圖4 2018年徐州市各區(qū)縣C值及降水量

表3 2018年徐州市城區(qū)、縣水資源狀況及相關(guān)指標(biāo)

豐沛地區(qū)與睢寧縣水資源負(fù)載指數(shù)平均為19.71，明顯低于城區(qū)52.93和新沂市、邳州市。根據(jù)往年的《徐州市水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，豐沛地區(qū)2018年降水量較往年有大幅提升，且該地區(qū)的可利用地下水主要為淺層孔隙地下水，其總量短期內(nèi)受降水的影響較大。結(jié)合表3和圖4，豐沛、睢寧地區(qū)人口與城區(qū)及邳州市差距不大，但經(jīng)濟(jì)方面還有一定差距，因此其水資源負(fù)載指數(shù)要較其他地區(qū)要低。2018年新沂市受降水量影響，其地下水資源量主要是淺層孔隙地下水，所以水資源總量明顯低于豐沛、邳州地區(qū)水資源量，其水資源負(fù)載指數(shù)也相應(yīng)較高。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)徐州市水資源負(fù)載指數(shù)多年平均為37.22，開(kāi)發(fā)利用程度極高，開(kāi)發(fā)利用潛力極小，各個(gè)分區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)差異明顯且均需外來(lái)調(diào)水，水資源自然供給不能滿足人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。徐州市入境水量豐富，但是自身利用率不高，大中型水庫(kù)較少，水庫(kù)、河道庫(kù)容較小，蓄水能力差。因此，提高入境水利用率，修繕河湖水庫(kù)，增加其蓄水能力，將會(huì)有利于緩解該地區(qū)水資源供需矛盾。

(2)降水量是區(qū)域水資源量的主要補(bǔ)給源，對(duì)降水的開(kāi)發(fā)利用程度直接影響區(qū)域水資源可利用量。降水在時(shí)空分布不均，豐水時(shí)大量洪水排泄廢棄；干旱時(shí)又蓄水有限，供水困難。加大對(duì)雨水資源的開(kāi)發(fā)利用(如雨洪利用)，做好區(qū)域水資源協(xié)調(diào)和合理配置已成為當(dāng)務(wù)之急。

(3)隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、人口數(shù)量不斷增加，徐州市水資源的供需矛盾將會(huì)更加突出。為此，要實(shí)現(xiàn)徐州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，一方面提高現(xiàn)有調(diào)水工程水資源的綜合利用效率；其次，水利主管部門應(yīng)加強(qiáng)沿河、湖、庫(kù)沿線居民生活及工廠生產(chǎn)排水管理，改善河、湖、庫(kù)水質(zhì)，提高水資源質(zhì)量；最后，提高污水處理能力及污廢水重復(fù)利用率，增加水資源開(kāi)發(fā)利用效率。