基于最嚴(yán)格水資源管理的水資源配置研究

李 辰

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和人口的不斷增大，我國(guó)面臨著用水效率低下、水資源短缺、水環(huán)境污染加劇以及水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)等一系列問(wèn)題。水資源配置是調(diào)控水資源需求與分布的有效措施，也是解決水資源問(wèn)題的重要途徑，對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、緩解水資源供需矛盾等具有重要意義[1]。2011年，中央一號(hào)文件明確提出要優(yōu)化完善水資源戰(zhàn)略配置格局，全面提高供水保障能力及水資源調(diào)控水平，突出水資源優(yōu)化配置在加快水利改革發(fā)展中的主導(dǎo)地位。截至目前，雖然水資源配置得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，相關(guān)研究成效顯著，但仍存在水資源配置整體性和系統(tǒng)性研究不夠、過(guò)于重視水量而忽視水質(zhì)、有機(jī)結(jié)合水資源配置與最嚴(yán)格水資源管理制度的研究極少等諸多問(wèn)題[2]。鑒于此，本文全面解析了“三條紅線(xiàn)”、“三項(xiàng)制度”對(duì)選取約束條件的作用以及設(shè)定水資源配置目標(biāo)的影響，通過(guò)科學(xué)對(duì)比兩種模式下的配置結(jié)果，旨在實(shí)現(xiàn)流域水資源的合理配置和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

1 水資源配置

1.1 基本含義

水資源配置是以人水和諧相處為基本原則，在特定的區(qū)域內(nèi)由水行政主管部門(mén)，對(duì)各種可利用的水源采取有效的非工程和工程措施，從各用水部門(mén)之間以及時(shí)間、空間上實(shí)現(xiàn)科學(xué)的調(diào)配。通過(guò)有效增加供水和合理抑制需求等多種途徑，促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的長(zhǎng)期供需平衡以及協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.2 主要任務(wù)

針對(duì)用水競(jìng)爭(zhēng)和水資源短缺提出的水資源配置策略，因其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源屬性決定了水資源配置內(nèi)容的復(fù)雜性，所涉及的范圍也非常廣泛?？傮w而言，水資源配置的主要包括以下任務(wù)：

(1)水環(huán)境質(zhì)量，通過(guò)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量、污染原因及其程度評(píng)價(jià)分析，制定科學(xué)合理的治理標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)措施；(2)水資源需求與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，通過(guò)分析用水效率、用水結(jié)構(gòu)等預(yù)測(cè)水資源在未來(lái)的需求程度；(3)開(kāi)發(fā)利用模式，結(jié)合實(shí)際情況分析可利用水量、供水結(jié)構(gòu)并制定合理的水資源利用方式；(4)供需平衡分析，通過(guò)分析不同開(kāi)發(fā)模式和經(jīng)濟(jì)條件下的供需平衡狀況，從而確定缺水程度、余缺水量、可供水量和供水水源；(5)水資源管理，以水資源配置為基礎(chǔ)積極探索適用性較強(qiáng)的管理體系，加快形成水資源管理機(jī)制。

1.3 配置目標(biāo)

水資源優(yōu)化配置的目標(biāo)應(yīng)追求整體效益最好而非某一方面的最好，其目的是支撐全流域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和全面協(xié)調(diào)[3]。水資源優(yōu)化配置屬于一個(gè)多目標(biāo)相互競(jìng)爭(zhēng)、互相制約、彼此關(guān)聯(lián)的決策問(wèn)題，這就要求采取有效的措施實(shí)現(xiàn)各個(gè)目標(biāo)間的合理分配，從而實(shí)現(xiàn)水資源的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的最大化。因此，水資源優(yōu)化配置模型的目標(biāo)函數(shù)以實(shí)現(xiàn)綜合效益最大為約束條件，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

z=opt[f1(x)，f2(x)，f3(x)]

(1)

式中：f1(x)、f2(x)、f3(x)依次代表經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益。

2 最嚴(yán)格水資源管理制度的作用

以預(yù)測(cè)分析供需水量、開(kāi)發(fā)利用水資源、節(jié)約與保護(hù)用水為基礎(chǔ)制定水資源配置方案，遵循統(tǒng)籌規(guī)劃、因地制宜的原則明確總體布局，水資源配置與“三條紅線(xiàn)”密切相關(guān)，而水資源制度是有效實(shí)施水資源配置方案的保障，圖1反映了兩者之間的關(guān)系。

2.1 三條紅線(xiàn)

(1)用水總量約束。中央一號(hào)文件提出了全國(guó)用水總量控制紅線(xiàn)。通過(guò)對(duì)水資源可開(kāi)采量的全面分析，供給各用水戶(hù)的總水量要嚴(yán)格遵守不同水源不應(yīng)超過(guò)其可供水量的原則。為解決過(guò)度開(kāi)發(fā)的問(wèn)題提出開(kāi)發(fā)利用紅線(xiàn)，對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)取耗水邊界條件進(jìn)行界定，并量化了具體的指標(biāo)[4]。

(2)用水效率約束。中央一號(hào)文件提出用水效率控制紅線(xiàn)，要明確降低工業(yè)生產(chǎn)用水量，并以此設(shè)定用戶(hù)最低和最高用水定額，大大提升灌溉水有效利用系數(shù)。供需水預(yù)測(cè)分析過(guò)程中，各行業(yè)的利用效率和用水定額是用水效率控制兩大指標(biāo)，如灌溉需水量等于畝均灌溉用水定額、有效灌溉系數(shù)、灌溉面積三者的乘積。為解決用水浪費(fèi)、低效的問(wèn)題提出了用水效率紅線(xiàn)，并對(duì)水資源利用的內(nèi)部邊界做出明確的界定，這是涵蓋各種用水效率、用水定額的綜合性指標(biāo)。用水效率約束有利于改善水質(zhì)，既能間接考慮水質(zhì)又能對(duì)用水量直接控制。

(3)水質(zhì)約束。以限制納污控制紅線(xiàn)為基礎(chǔ)明確污染物排放量及其排放濃度不能超過(guò)其允許的總排放量、最高濃度，并符合對(duì)水質(zhì)要求的約束條件。針對(duì)水源地水質(zhì)限制納污紅線(xiàn)明確提出必須全面達(dá)標(biāo)，確保江河湖泊等水質(zhì)的明顯改善。針對(duì)水體污染和超量排放問(wèn)題提出的水功能區(qū)限制納污紅線(xiàn)，將排入水體內(nèi)的污染物和特定的水功能區(qū)目標(biāo)相結(jié)合，對(duì)其外部邊界了界定。

圖1 水資源配置方案與最嚴(yán)格水資源管理間的關(guān)系

2.2 三項(xiàng)制度

傳統(tǒng)的水資源配置大多沒(méi)有考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與資源間的相互耦合關(guān)系，并以單目標(biāo)配置為主，而最嚴(yán)格水資源管理制度全面考慮了水質(zhì)、用水效率和水量，即融入了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與水資源。“三項(xiàng)制度”是設(shè)定水資源配置目標(biāo)的基本條件，也是奠定水資源規(guī)劃的依據(jù)，具體如下：

(1)社會(huì)效益目標(biāo)設(shè)定依據(jù)為用水總量控制制度。為更加合理的分配水量，從水量方面考慮對(duì)用水總量控制，這也是宏觀控制和管理水資源的重要指標(biāo)。實(shí)際上，用水總量控制就是核算河流開(kāi)發(fā)利用率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)河道外總的用水和取水規(guī)模的控制。這是由于區(qū)域缺水程度或總?cè)彼看笮?huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展和穩(wěn)定造成直接影響，從側(cè)面反映其社會(huì)效益，故社會(huì)效益目標(biāo)的設(shè)定以總量控制制度為基本依據(jù)。社會(huì)效益目標(biāo)可以用區(qū)域缺水程度或缺水量大小來(lái)描述，其表達(dá)式為：

(2)

式中：xcj、xij代表公共水源c、獨(dú)立水源i向用戶(hù)j的供水量；為用戶(hù)j的需水量。

(2)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)設(shè)定依據(jù)為用水效率控制制度。用水效率控制制度的目的是加快制定各行業(yè)的控制指標(biāo)體系，減少水資源浪費(fèi)以及提升水資源用水效率，確保用水定額管理的貫徹落實(shí)。以用水產(chǎn)生的最大直接經(jīng)濟(jì)效益反映水資源配置的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的設(shè)定依據(jù)是供水產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)利用供水費(fèi)用與供水效益之差的最大值來(lái)描述，其表達(dá)式為：

(3)

式中：λj為用戶(hù)j的用水公平系數(shù)；bcj、bij代表公共水源c、獨(dú)立水源i向用戶(hù)j供水的效益系數(shù)；ccj、cij為公共水源c、獨(dú)立水源i向用戶(hù)j供水的費(fèi)用系數(shù)；ac、ai為公共水源c、獨(dú)立水源i的供水次序系數(shù)。

(3)環(huán)境效益目標(biāo)設(shè)定依據(jù)為限制納污控制制度。將水資源配置的環(huán)境目標(biāo)設(shè)為污水排放量最小、嚴(yán)格排污總量控制和加強(qiáng)水源保護(hù)。所以，水資源配置環(huán)境效益目標(biāo)的設(shè)定以水功能區(qū)限制納污控制制度為指導(dǎo)依據(jù)。一般地，區(qū)域用水勢(shì)必會(huì)帶來(lái)污染，環(huán)境效益函數(shù)可以用具有代表性的最小污染成分排放量(COD)來(lái)描述，其表達(dá)式為：

(4)

式中：dj為用戶(hù)j排放單位廢水的污染物COD含量；Pj為用戶(hù)j的污水排放系數(shù)。

2.3 水資源管理責(zé)任與考核

規(guī)范水資源管理行為、加強(qiáng)執(zhí)法和立法監(jiān)督是水資源管理責(zé)任與考核制度的主要功能，通過(guò)定期調(diào)查評(píng)價(jià)和科學(xué)考察水資源，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量的及時(shí)監(jiān)測(cè)；另外，水資源管理責(zé)任與考核制度是順利開(kāi)展整個(gè)配置工作的根本保障，也是水資源配置的重要依據(jù)。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 供需平衡分析

以丹東市大洋河流域?yàn)槔?，?025年為規(guī)劃水平年，通過(guò)分析大洋河流域的供需平衡現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)流域水資源的優(yōu)化配置，數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省水資源公報(bào)、大洋河水利委員會(huì)等。大洋河發(fā)源于岫巖縣偏嶺鄉(xiāng)，屬于獨(dú)流入海河流，總長(zhǎng)230.2 km，占地面積1 968.42 km2，主要有哨子河、牤牛河、雅河、連河水等支流。理論上，大洋河流域?qū)俣嗨畢^(qū)，但受自然環(huán)境和地理?xiàng)l件的限制，大洋河流域開(kāi)發(fā)難度大、開(kāi)采成本高、邊際效益低、可開(kāi)發(fā)總量少等特點(diǎn)，加上農(nóng)業(yè)用水效率低、水環(huán)境污染加劇等致使流域內(nèi)水資源供需矛盾突出，而水資源優(yōu)化配置就是解決供需矛盾的有效措施。

3.2 水資源配置分析

通過(guò)水資源供需平衡分析和構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化配置模型，利用計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的計(jì)算，兩種模式下的水資源配置結(jié)果如表1。

表1 規(guī)劃年2025年大洋河流域水資源配置

從表1可知，一般配置情形下大洋河流域水資源趨向于局部?jī)?yōu)化，其總體缺水率為9.75%，即常規(guī)模式下具有較高的缺水率；最嚴(yán)格水資源管理制度下大洋河流域水資源傾向于整體最優(yōu)，需水量較一般配置情形下有所減少，而供水量基本相同，總體缺水率明顯減少為4.29%。研究表明，在水資源配置中引入最嚴(yán)格水資源管理制度有利于促進(jìn)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展，可為流域合理開(kāi)發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

確定配置方案、選取約束條件、設(shè)定配置目標(biāo)等是實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理的主要內(nèi)容，在流域水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用中發(fā)揮著重要作用。本文以丹東市大洋河流域?yàn)槔ㄟ^(guò)量化“三條紅線(xiàn)”的約束作用實(shí)證分析了流域水資源配置，可為最嚴(yán)格水資源管理制度在其它流域或區(qū)域的實(shí)施提供參考依據(jù)。