水資源評價(jià)分析論文

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對水資源概念的明晰定義，是界定水資源評價(jià)口徑的前提，也是進(jìn)行水資源的開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約和保護(hù)的基礎(chǔ)。由于水資源同時具有自然屬性和社會屬性，在一定條件下還具有生態(tài)屬性和經(jīng)濟(jì)屬性，因此，“水資源”這一貌似簡單的概念卻蘊(yùn)涵著豐富的內(nèi)涵，并由此導(dǎo)致了水資源評價(jià)中的爭論。近年來隨著全球范圍內(nèi)水問題的不斷突出，有關(guān)水資源的一系列基礎(chǔ)概念正在受到挑戰(zhàn)。例如，自然界中的水分，符合什么標(biāo)準(zhǔn)才應(yīng)當(dāng)算作水資源？在水資源的定義和評價(jià)中，如何反映人類活動導(dǎo)致的水資源演化效應(yīng)？對不同層面的發(fā)展需求，如何建立具有層次化結(jié)構(gòu)和兼容性特點(diǎn)的水資源評價(jià)口徑？為試圖回答上述問題，本文首先討論了中外學(xué)者給出的水資源定義，從中找出了代表水資源本質(zhì)特征的有效性、可控性和可再生性三個評價(jià)準(zhǔn)則；然后依據(jù)這些評價(jià)準(zhǔn)則，提出了層次化的水資源定義；最后結(jié)合例題，說明了水資源各個評價(jià)量的計(jì)算口徑和相互聯(lián)系。

一、水資源的定義及其內(nèi)涵

國際上水資源這一名詞最早出現(xiàn)于正式場合，是1894年美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）設(shè)立了水資源處（WRD），其業(yè)務(wù)范圍主要是地表河川徑流和地下水的觀測，以及相關(guān)資料的整編和分析等，顯然，在這里水資源是作為陸面地表水和地下水的總稱?！恫涣蓄嵃倏迫珪穼⑺Y源解釋為“自然界一切形態(tài)的水，包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)水的總量”，這一定義失之過于寬泛，沒有反映水資源的若干本質(zhì)特征。在1963年的英國《水資源法》中，認(rèn)為水資源是“具有足夠數(shù)量的可用水”，該定義雖較前者嚴(yán)格，但缺乏科學(xué)基礎(chǔ)和可操作性。聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）和世界氣象組織（WMO）在1988年對水資源的定義是：“可供利用或有可能被利用、具有足夠數(shù)量和可用質(zhì)量、并為適應(yīng)特定地區(qū)的水需求而能長期供應(yīng)的水源”，在可操作性上推進(jìn)了一步[1-3]。2002年8月29日第九屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第二十九次會議通過的《中華人民共和國水法》指出：“水資源包括地表水和地下水”，仍未能全面反映可持續(xù)發(fā)展不同層面的需求。對水資源認(rèn)識上的差異是如此之大，其根本原因在于其儲量有限而用途廣泛和不可替代，具有多種賦存環(huán)境和復(fù)雜轉(zhuǎn)化機(jī)制，而從各個側(cè)面給出的水資源定義及其評價(jià)口徑缺乏內(nèi)在的一致性和層次性。

國內(nèi)學(xué)術(shù)界對水資源一詞的理解也各有不同。1991年《水科學(xué)進(jìn)展》編輯部組織國內(nèi)有關(guān)人士對水資源的內(nèi)涵進(jìn)行了一次筆談[4]，各位學(xué)者給出了如下定義：

劉昌明提出：“從自然資源的觀念出發(fā)，水資源可定義為與人類生產(chǎn)與生活有關(guān)的天然水源”。

陳夢熊提出：“一切具有利用價(jià)值，包括各種不同來源或不同形式的水，均屬水資源范疇”。

張家誠提出：“降水是大陸上一切水分的來源，但降水只是一種潛在的水資源，只有降水量中可被利用的那一部分才是真正的水資源”。

黃萬里提出：“人類所利用的水資源包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)和生活用水。河槽水流是工農(nóng)業(yè)用剩的水量，不應(yīng)誤作全國水資源”。

曲耀光提出：“水資源是指可供國民經(jīng)濟(jì)利用的淡水資源，它來源于大氣降水，其數(shù)量為扣除降水期蒸發(fā)的總降水量”。

施德鴻提出：“不能把降水、土壤水或地表水稱之為水資源，猶如不能把海水、洪水、水當(dāng)作水資源一樣，（要）把具有穩(wěn)定徑流量、可供利用的相應(yīng)數(shù)量的水定義為水資源”。

賀偉程提出：“水資源主要指與人類社會用水密切相關(guān)而又能不斷更新的淡水，包括地表水、地下水和土壤水，其補(bǔ)給來源為大氣降水”。

陳家琦提出：“作為維持人類社會存在并發(fā)展的重要自然資源之一的水資源應(yīng)當(dāng)具有下列特性：可以按照社會的需要提供或有可能提供的水量；這個水量有可靠的來源，且這個來源可以通過自然界水文循環(huán)不斷得到更新或補(bǔ)充；這個水量可以由人工加以控制；這個水量及其水質(zhì)能夠適應(yīng)人類用水的要求”。

根據(jù)上述定義，可以得出水資源最為本質(zhì)的三個特性是：有效性、可控性和可再生性。有效性是指，只有對人類生存和發(fā)展具有效用的水分才可以看作是水資源；可控性是指，在對人類具有效用的水分中，有必要進(jìn)一步區(qū)分通過工程可以開發(fā)利用的那一部分水分；可再生性是指，水資源在流域水循環(huán)過程中形成和轉(zhuǎn)化，其作為可再生性資源的充分必要條件是保持流域水循環(huán)過程的相對穩(wěn)定。

綜合以上討論，特別是水資源最為本質(zhì)的有效性、可控性和可再生性準(zhǔn)則，筆者認(rèn)為：“水資源是對人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有效用的淡水資源，其來源為大氣降水，賦存形態(tài)為地表水、土壤水和地下水。水資源在數(shù)量上為扣除降水期蒸發(fā)的總降水量，通過天然水循環(huán)不斷得到補(bǔ)充和更新，同時受到開發(fā)利用的人工調(diào)控和人類活動的其他影響”。

二、水資源評價(jià)準(zhǔn)則與計(jì)算口徑

2.1有效性準(zhǔn)則與廣義水資源

從有效性出發(fā)定義水資源，首先是對傳統(tǒng)意義上的水資源概念進(jìn)行拓展。有效性標(biāo)準(zhǔn)對傳統(tǒng)水資源涵義的第一個拓展是，與生態(tài)環(huán)境具有密切關(guān)系的水分都應(yīng)該評價(jià)為水資源。這是因?yàn)?，有效水分不僅是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，而且還滋養(yǎng)了對人類生存具有頭等重要意義的生態(tài)系統(tǒng)，有效性概念可以同時體現(xiàn)水資源對生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的決定性意義。有效性標(biāo)準(zhǔn)對水資源涵義的第二個拓展是，對生態(tài)環(huán)境具有效用的水分不僅是徑流性水資源，而且還有部分降水資源。因?yàn)闊o論是天然生態(tài)還是人工生態(tài)，有效降水都是研究其水分需求的前提，在干旱半干旱地區(qū)就更是如此。由此可以認(rèn)為，從有效性出發(fā)定義的水資源包括了降水中的有效部分和徑流性水資源，是一種廣義水資源[5]。

國內(nèi)外習(xí)慣上僅將流域產(chǎn)水量評價(jià)為水資源，未包含雨水資源的利用量，不能反映水循環(huán)過程的全部有效水量。在我國北方地區(qū)徑流性水資源不斷下降的情況下，從流域水循環(huán)的角度整體研究水資源利用問題日顯必要。廣義水資源量的提出，對雨水資源化、節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)和缺水標(biāo)準(zhǔn)的研究具有理論和實(shí)際意義。

廣義水資源與傳統(tǒng)水資源評價(jià)口徑的區(qū)別主要在于有效降水。有效降水計(jì)算可對人工生態(tài)系統(tǒng)和天然生態(tài)系統(tǒng)分別進(jìn)行。人工生態(tài)系統(tǒng)對降水有效利用量的計(jì)算包括植被與水面兩部分，水面部分為降水深與人工水面面積的乘積；植被部分為各類人工植被面積利用降水的有效量之和。對每種人工植被，用種植面積與單位面積實(shí)際利用的降水深這兩項(xiàng)的乘積作為降水利用的有效量。天然生態(tài)系統(tǒng)利用的有效降水計(jì)算更為簡單，其水面部分與人工生態(tài)系統(tǒng)相同，其植被部分可認(rèn)為植被面積上的全部降水深均是有效和可以利用的。

2.2可控性準(zhǔn)則與狹義水資源

從可控性概念出發(fā)研究水資源，是從人工調(diào)控角度對廣義水資源作進(jìn)一步的區(qū)分。廣義水資源可以分為兩類：一類是有效降水，可為天然生態(tài)系統(tǒng)與人工生態(tài)系統(tǒng)所直接利用，這部分水量難于被工程所調(diào)控，但可以調(diào)整發(fā)展模式增加對這部分水分的利用；另一類是徑流性水資源，包括地表水、地下含水層中的潛水和承壓水，這部分水量可通過工程對其進(jìn)行開發(fā)利用。因此，從可控性準(zhǔn)則定義的水資源是狹義水資源。1980年代初我國第一次水資源評價(jià)時資源量中不包括有效降水部分，相當(dāng)于僅就狹義水資源進(jìn)行評價(jià)。

流域的多年平均產(chǎn)水量即為狹義水資源量。在基本沒有開發(fā)利用的情況下，流域多年平均產(chǎn)水量即為多年平均河川徑流量。在開發(fā)利用量較大不能忽略的情況下，還要加上流域平原區(qū)可以奪取的潛水蒸發(fā)。這部分“可奪取的”水分大小要視開發(fā)利用情況而定，最大量為流域山區(qū)對平原區(qū)的側(cè)滲補(bǔ)給和平原區(qū)降水對地下水的補(bǔ)給。對我國西北內(nèi)陸河地區(qū)，情況最為簡單，不重復(fù)的流域總產(chǎn)水量為出山口徑流量、平原區(qū)山前側(cè)滲量、平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給地下水量三項(xiàng)之和。一般情況下，流域的產(chǎn)水量會隨開發(fā)利用條件的變化而相應(yīng)變化。如地下水位一定程度的下降，會加大山前側(cè)滲項(xiàng)和降水入滲補(bǔ)給項(xiàng)，而潛水蒸發(fā)項(xiàng)減少相對較小，從而使總產(chǎn)水量增加。同樣，渠道襯砌會減少渠道入滲補(bǔ)給量，田間節(jié)水會減少田間入滲補(bǔ)給量，大規(guī)模引水會減少河道入滲補(bǔ)給量，各項(xiàng)開發(fā)利用活動導(dǎo)致的流域產(chǎn)水量變化，是流域水資源演化的一個重要方面。

2.3可再生性準(zhǔn)則與生態(tài)耗用水量和國民經(jīng)濟(jì)可利用量

從可再生性出發(fā)研究水資源，是對狹義水資源在可持續(xù)利用意義下再作進(jìn)一步的界定，以便提出社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水資源可利用量。由于水循環(huán)是狹義水資源與廣義水資源的共同基礎(chǔ)，水循環(huán)本身及其相關(guān)過程的長期穩(wěn)定性，是水資源可再生性維持的必要和充分條件。維護(hù)水循環(huán)本身的穩(wěn)定，需要保持水熱平衡和水量平衡；維護(hù)與水循環(huán)相關(guān)的物理、化學(xué)與生態(tài)過程的穩(wěn)定，需要保持水沙平衡、水鹽平衡和水土平衡。上述各類平衡歸結(jié)到一點(diǎn)，就是在特定的時段和地域條件下保持有效水量的平衡。對于工程能夠調(diào)控的狹義水資源而言，其不僅易于為國民經(jīng)濟(jì)所利用，更是干旱區(qū)非地帶性植被賴以生存的基礎(chǔ)，若在國民經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)環(huán)境用水之間調(diào)控不當(dāng)，則會直接影響到流域水循環(huán)的穩(wěn)定，進(jìn)而影響到水資源的可持續(xù)利用。在廣大干旱半干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境的脆弱性決定了生態(tài)需水具有更高的優(yōu)先級，因此在狹義水資源中應(yīng)當(dāng)首先滿足特定保護(hù)目標(biāo)下的生態(tài)環(huán)境用水，其余部分才可作為水資源的國民經(jīng)濟(jì)可利用量[5-7]。

生態(tài)環(huán)境需水的定義，一般意義上是指與特定生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)相聯(lián)系的物理、化學(xué)、生物過程處于平衡狀態(tài)時所需要的水分，涉及到不同尺度的水熱平衡、水循環(huán)平衡、水土平衡、水沙平衡、水鹽平衡、水化學(xué)平衡等。干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)需水，是指符合生態(tài)保護(hù)目標(biāo)且對景觀維持及環(huán)境狀況改善起支撐作用的系統(tǒng)，為維持其平衡所要消耗的水分。一般情形，農(nóng)、林、牧業(yè)既具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值也具有生態(tài)環(huán)境功能，其用水屬于廣義的生態(tài)用水。嚴(yán)格意義上的生態(tài)需水，不包括國民經(jīng)濟(jì)需水中的種植業(yè)和畜牧業(yè)需水。

從生態(tài)建設(shè)的水資源保障條件看，生態(tài)需水可分為可控生態(tài)需水和不可控生態(tài)耗水。可控生態(tài)需水是指植被所利用的徑流性水資源，可通過水利工程改變徑流的時空分布，從而控制或影響生態(tài)環(huán)境的水分利用條件。不可控生態(tài)耗水是指植被所消耗的降水中不形成徑流的有效水分，盡管不可控生態(tài)耗水與水利工程無直接關(guān)系，但其耗水量將不同程度地受到土地利用格局改變的影響。從生態(tài)系統(tǒng)形成的原動力不同，又分為天然生態(tài)耗水和人工生態(tài)耗水兩大類。天然生態(tài)耗水是指基本不受人工作用的綠色生態(tài)所消耗水量，包括天然水域和植被所耗水量，在干旱區(qū)天然植被可分為荒漠河岸林、低地草甸、前山帶河谷林、荒漠植被等；人工生態(tài)耗水是指由人工直接或間接維持綠色生態(tài)所需水量，包括為生態(tài)目的種植的人工林草灌溉量和城市景觀供水量，農(nóng)業(yè)灌溉退水維持的人工生態(tài)水量，以及水土保持造林種草所消耗的降水量。

水資源的國民經(jīng)濟(jì)可利用量，特指在自然條件和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，狹義水資源中能夠被工程系統(tǒng)一次性開發(fā)利用的最大潛在量。這一最大潛在量包括了地表水和地下水兩部分的可利用量，由于二者間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，地表水和地下水的可利用量均不是固定的，要根據(jù)二元模型進(jìn)行計(jì)算。特別是在西北地區(qū)，平原地下水幾乎全由地表水轉(zhuǎn)化而來，必須根據(jù)不斷變化的動態(tài)補(bǔ)給情況對地下水可利用量進(jìn)行調(diào)整。

在討論水資源的國民經(jīng)濟(jì)可利用量時，必須要與工程系統(tǒng)供水量相區(qū)別。工程供水系統(tǒng)明顯改變了水資源的天然時空分布，形成了一次性意義下的水資源可利用量被多次重復(fù)利用的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)全流域的工程系統(tǒng)供水量大于狹義水資源量的情況。地表水利用后的退水，在水平方向又匯入到地表徑流中，相當(dāng)于增加了水平方向的局域循環(huán)量；在垂直方向則入滲補(bǔ)給地下水，相當(dāng)于增加了垂直方向的局域循環(huán)量。

根據(jù)水資源的有效性、可控性和可再生性提出的水資源評價(jià)準(zhǔn)則與基本口徑參見表1（略）。

三、各項(xiàng)水資源評價(jià)量的計(jì)算

以西北地區(qū)內(nèi)陸河流域片為例，對廣義水資源、狹義水資源、生態(tài)需水量、國民經(jīng)濟(jì)可利用量、工程系統(tǒng)供水量等進(jìn)行了計(jì)算?；镜挠?jì)算單元為流域三級區(qū)，由于篇幅所限新疆綜合成三個分區(qū)，河西走廊為三個分區(qū)，柴達(dá)木盆地自成一區(qū)。計(jì)算中以降水為基本通量，在狹義水資源（徑流）評價(jià)的基礎(chǔ)上，對徑流以外的降水進(jìn)行了分析，初步估算了西北內(nèi)陸河地區(qū)的無效降水和有效降水。通過直接估算無效降水，得出有效降水，從而推算廣義水資源量。分別對山區(qū)和平原地區(qū)估算無效降水。計(jì)算無效降水的范圍（冰川、山區(qū)裸巖裸土，荒漠戈壁、鹽堿地）由遙感解譯圖給出數(shù)據(jù)。降水量根據(jù)降水等值線圖與觀測數(shù)據(jù)合理確定。不形成徑流的降水扣除無效損失之后，得出有效降水。有效降水與徑流量之和為廣義水資源量。計(jì)算成果見表2（略）。

全西北內(nèi)陸河地區(qū)降水量3260億m3。無效降水948億m3，其中山區(qū)、平原分別為667億m3、281億m3；有效降水約1326億m3，徑流性水資源986億m3，因此，廣義水資源量約2312億m3。有效降水主要是天然生態(tài)系統(tǒng)直接利用，少部分為平原人工綠洲的人工生態(tài)系統(tǒng)（包括農(nóng)田、人工林草、水庫等）吸收。

從降水—有效吸收（維持天然生態(tài)與人工生態(tài)）、無效蒸發(fā)—產(chǎn)流的構(gòu)成看，西北內(nèi)陸干旱區(qū)的無效降水量與產(chǎn)流量大體相當(dāng)，分別為29%與30%左右。根據(jù)初步估算，西北干旱地區(qū)的有效降水量較大，平均達(dá)降水總量的41%以上。這部分降水支撐了廣大的地帶性植被，并補(bǔ)充了平原綠洲生態(tài)耗水，尤其對綠洲荒漠交錯過渡帶的生態(tài)需水起關(guān)鍵的作用。有效降水是過渡帶生態(tài)耗水的主要來源，在部分徑流參與下，廣闊的過渡帶成為綠洲抵御荒漠?dāng)U張的天然屏障。

四、水資源評價(jià)量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

根據(jù)本文給出的定義，流域水資源各項(xiàng)評價(jià)量之間的內(nèi)在關(guān)系如圖1所示。從圖中關(guān)系可以看出，流域內(nèi)天然和人工植被所利用的有效降水越多，則廣義水資源量越大，越接近降水總量。若降水時空分布相對均勻，流域下墊面的溫度、坡度、土質(zhì)、水化學(xué)條件適宜，則幾乎全部降水都可以形成對社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境具有效用的廣義水資源。反之，若流域內(nèi)的植被全部消失，生態(tài)系統(tǒng)所直接利用的有效降水接近于零，則廣義水資源量就等于狹義水資源量。由于內(nèi)陸河降水集中在山區(qū)，產(chǎn)流幾乎全部來自于山區(qū)，而山區(qū)的人類活動影響小，故狹義水資源的多年平均值基本穩(wěn)定。對于平原綠洲區(qū)，降水較少，天然和人工植被的水分需求主要依靠狹義水資源來支撐，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對徑流性水資源的耗用越多，對生態(tài)環(huán)境用水的擠占越甚；生態(tài)環(huán)境用水的減少勢必導(dǎo)致生態(tài)惡化，其結(jié)果又會反過來制約社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

對于西北內(nèi)陸干旱區(qū)各典型流域的水資源，根據(jù)其有效性、可控性和可再生性評價(jià)準(zhǔn)則的分類定量關(guān)系的多年平均描述如圖2所示。平均而言，在西北地區(qū)內(nèi)陸河流域片的總降水量中，約29%是消耗于高寒裸地、沙漠戈壁和天然鹽堿地的無效蒸發(fā)，71%是能夠直接和間接為人類及生態(tài)環(huán)境所利用的廣義水資源。廣義水資源量中，約4/7是有效降水，可為天然生態(tài)和人工生態(tài)系統(tǒng)所直接利用，約3/7是河川徑流，即狹義水資源。狹義水資源中，約1/3的徑流量要為天然生態(tài)系統(tǒng)所直接利用，真正能夠通過水利工程開發(fā)利用的水量僅占狹義水資源量的2/3左右。

從內(nèi)陸河片各典型流域的水資源評價(jià)量看，國民經(jīng)濟(jì)可利用量最小的是柴達(dá)木盆地，其次為河西走廊西段的疏勒河流域和東疆地區(qū)，這一帶干旱程度最高，生態(tài)也最為脆弱，因此其生態(tài)需水耗用徑流性水資源的比例較高，剛性也較大；相對而言，由于荒漠面積大，其無效蒸發(fā)在降水總量中的比例較大，而狹義水資源在降水總量中的比例也最小。北疆則處于另一個極端，是水分條件和生態(tài)條件相對最好的。由此可見，層次化的水資源評價(jià)量可以揭示水分和生態(tài)的關(guān)系，生態(tài)用水和國民經(jīng)濟(jì)用水的關(guān)系，以及降水性水資源和徑流性水資源的關(guān)系，符合我國實(shí)際，與可持續(xù)發(fā)展理念也更為切合。