陜北地區(qū)水資源安全狀況分析

陜北地區(qū)水資源安全狀況分析

水資源作為基本生產和糧食資源，在現(xiàn)代社會經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著社會進步,水資源正成為地區(qū)社會經濟進一步發(fā)展的限制因子。對地區(qū)水資源安全狀況進行評價,并作出符合客觀實際的社會經濟系統(tǒng)水資源需求預測,引導地區(qū)發(fā)展中水資源合理利用,是我們當前積極、必要的工作。陜北地區(qū)位于陜西省北部,屬黃河中游地區(qū),總面積8.06萬km2,約占陜西省的39.2%。其中水域面積950km2,占全省水域面積的24.5%。該地區(qū)是我國黃土高原的主體部分,位于我國季風氣候區(qū)與內陸氣候區(qū)的過渡地帶,生態(tài)環(huán)境脆弱,加之數千年人類活動的干擾,這里已經成為我國乃至世界水土流失最嚴重的地區(qū)。陜北地區(qū)屬溫帶半干旱氣候,降水較少,年平均降水量在320～660mm之間,降水量在空間上分布不均,總體上南部降水量多于北部。陜北地區(qū)水資源短缺問題嚴重,水資源是該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展最為重要的基礎性自然資源,水資源能否高效利用、有效保護和合理配置,關系到該地區(qū)經濟發(fā)展、社會進步的大局,關系到國土綜合整治、全面小康社會的建設、生態(tài)環(huán)境保護和修復等事業(yè)的成敗。1水資源安全的保障水資源安全的概念在理論界至今沒有統(tǒng)一的說法。有人認為,水資源安全指的是在現(xiàn)在或將來,由于自然的水文循環(huán)波動或人類對水循環(huán)平衡的不合理的改變,或是二者的耦合,使得人類賴以生存的區(qū)域水資源狀況發(fā)生對人類不利的演進,并正在或將要對人類社會的各個方面發(fā)生不利的影響,表現(xiàn)為干旱、洪澇、水量短缺、水質污染、水環(huán)境破壞等等方面,并由此可能引發(fā)糧食減產、社會不穩(wěn)、經濟下滑及地區(qū)沖突等等。鄭通漢將水資源安全分為廣義的水資源安全和狹義的水資源安全,并指出建立水資源安全預警系統(tǒng)是保障水資源安全的有效途徑;夏軍、賈紹風、陳德敏等學者也從不同角度對水資源安全進行了探討和研究。其中賈紹風認為,水資源安全的實質是水資源供給如果能夠滿足其社會經濟長遠發(fā)展的合理要求,那么就說明這個區(qū)域的水資源是安全的,否則就是不安全的。由于水資源安全問題是一個涉及資源、生態(tài)、環(huán)境和社會等各個方面的復雜巨系統(tǒng),很難用一兩個指標進行定量評價。本文試圖引用水貧困指數(WaterPovertyIndex-WPI)、水資源承載力的供需平衡指數(IndexofWaterSupplyandDemand-IWSD)、水資源壓力指數(WSI)對陜北地區(qū)水資源安全問題進行初步分析,具體的WPI、IWSD、WSI計算方法。1.1資源分指數的確定水貧困指數(WPI)由資源(Resource—R)、途徑(Access—A)、利用(Use—U)、能力(Capacity—C)和環(huán)境(Environment—E)5個分指數構成,WPI及分指數的取值范圍為0～100,指數取值越大表示狀況越好?？紤]到資料的可獲取性,確定資源(R)分指數時,主要選取陜北地區(qū)降水量、水資源總量、人均水資源量、單位面積水資源量等;途徑(A)分指數選取自來水普及率、耕地灌溉、水資源利用等因素;利用(U)分指數選取供水量、人均用水量、供水工程、用水結構及用水效率等;能力(C)分指數選取陜北地區(qū)GDP總量、人均GDP、地區(qū)教育水平、公共事業(yè)投入等指標;環(huán)境(E)分指數考慮水資源質量、生態(tài)環(huán)境質量、水土流失等因子。在確定上述分指數過程中,充分考慮了全國各地區(qū)的指標平均狀態(tài),以得到相對較客觀的分指數值和WPI值。陜北地區(qū)WPI的計算結果顯示(圖1),該地區(qū)由于水資源較少,經濟發(fā)展處于較低水平,并且生態(tài)環(huán)境脆弱,使得WPI值(33.2)處于較低狀態(tài),說明陜北地區(qū)現(xiàn)狀水資源安全處于較低程度,應盡快通過提高水資源開發(fā)利用程度增加水資源總量、加快地區(qū)經濟發(fā)展水平、改善生態(tài)環(huán)境質量以保證水資源安全。1.2資源壓指數wsi1.2.1水資源壓力指數scarciding1992年Falkenmark和Widstrand定義人均水資源量為水資源壓力指數(WaterStressIndex-WSI)以度量區(qū)域水資源稀缺程度,并確定了水資源壓力的臨界值:當人均水資源量低于1700m3/人時出現(xiàn)水資源壓力,當人均水資源量低于1000m3/人時出現(xiàn)慢性水資源短缺(ChronicWaterScarcity)。據世界資源研究所規(guī)定,每人每年擁有的可重復利用的淡水總量低于1000m3者為水資源數量壓力指數的臨界標志;理論地理學研究規(guī)定,每年每平方公里所擁有的可重復使用的淡水資源小于15萬m3者(相當于150mm水深)為水資源空間壓力指數的臨界標志。陜北地區(qū)2004年人口規(guī)模為545.59萬人,水資源總量為48.40億m3,計算得陜北地區(qū)人均水資源量為887.12m3/人,低于1000m3/人的臨界標準,表明該區(qū)為水資源較短缺地區(qū),水資源短缺勢必對當地居民生活和生產造成極大的影響。1.2.2低水資源壓力水資源開發(fā)利用程度(wateruseintensity)定義為年取用的淡水資源量占可獲得的(可更新)淡水資源總量的百分率。指標的閾值或標準系根據經驗確定:當水資源開發(fā)利用程度小于10%時為低水資源壓力(lowwaterstress);當水資源開發(fā)利用程度大于10%、小于20%時為中低水資源壓力(moderatewaterstress);當水資源開發(fā)利用程度大于20%、小于40%時為中高水資源壓力(medium-highwaterstress);當水資源開發(fā)利用程度大于40%時為高水資源壓力(highwaterstress)。陜北地區(qū)現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用程度為18%左右,接近標準定義中的中低水資源壓力范圍,顯示該區(qū)水資源利用效率較低,水資源系統(tǒng)及其自然生態(tài)系統(tǒng)壓力處在中高程度,水資源開發(fā)利用壓力較大。2根據陜北地區(qū)的水資源準備2.1生活需水預測陜北地區(qū)水資源需求預測的用水戶分生活、生產和生態(tài)環(huán)境三大類。生活需水僅限城鄉(xiāng)居民生活用水量部分,包括城鎮(zhèn)居民和農村居民生活需水量;生產需水指有經濟產出的各類生產活動所需的水量,包括第一產業(yè)、第二產業(yè)和第三產業(yè);生態(tài)環(huán)境用水指為生態(tài)環(huán)境美化、修復與建設或維持現(xiàn)狀環(huán)境質量不至于下降所需要的最小需水量,生態(tài)環(huán)境需水分為維護生態(tài)環(huán)境功能和生態(tài)環(huán)境建設兩類,并按河道內與河道外用水劃分。生活需水分城鎮(zhèn)居民和農村居民兩類,生活需水通常采用人均日用水量方法預測。生活需水預測在城鄉(xiāng)人口指標預測成果的基礎上,進行城鄉(xiāng)用水人口預測。根據社會經濟發(fā)展水平、用水習慣和水資源條件,擬定各預測水平年城鎮(zhèn)和農村居民生活用水定額,進行生活需水預測,計算公式:Wtiit=Potiit×LQtiit×365/1000(1)式中:i為用戶分類序號,i=1為城鎮(zhèn),i=2為農村;t為預測水平年序號;Wtiit為第i用戶第t水平年生活年需水量(萬m3);Potiit為第i用戶第t水平年的用水人口;LQtiit為第i用戶第t水平年的人均日用水量(L/d·日)。生產用水用戶包括國民經濟各生產行業(yè),所以生產需水預測按工業(yè)需水、農業(yè)需水和其它產業(yè)需水進行預測。工業(yè)需水預測分高耗水工業(yè)、一般工業(yè)和火(核)電業(yè)等3類,本文采用重復利用率法對其定額進行預測,計算公式為:IQt2i=(1??)t2?t1×1?ηt2i1?ηt1i×IQΙQit2=(1-?)t2-t1×1-ηit21-ηit1×ΙQt1iit1(2)式中:i為工業(yè)部門分類序號;IQt2iit2、IQt1iit1分別為第t2和第t1規(guī)劃水平年第i工業(yè)部門的用水定額(可以為萬元產值或增加值取水量,也可為工業(yè)單位產品取水量),?為綜合影響因子,包括科技進步、產品結構等因素;ηt2iit2和ηt1iit1分別為第t2和第t1規(guī)劃水平年第i工業(yè)部門的用水重復利用率。農業(yè)需水包括農田灌溉需水和林牧漁業(yè)需水,其需水量采用灌溉定額預測方法,結合灌溉面積預測值預測農業(yè)需水量;其它產業(yè)需水采用萬元增加值取用水量法進行預測,根據地區(qū)用水現(xiàn)狀分析各預測水平年需水定額和水利用系數,進行需水量預測。生態(tài)環(huán)境需水按河道內和河道外兩類口徑分別進行預測,河道內生態(tài)環(huán)境用水一般分為維持河道基本功能用水和河口生態(tài)環(huán)境的用水,河道外生態(tài)環(huán)境用水分為湖泊濕地用水、生態(tài)環(huán)境保護與建設用水、城市景觀用水等。其中,城鎮(zhèn)綠化用水、防護林草用水等以植被需水為主體的生態(tài)環(huán)境需水量,采用灌溉定額法預測;湖泊、濕地等,以水面面積的水面蒸發(fā)量與降水量之差為生態(tài)環(huán)境需水量。2.2水資源量及其分配人口數量的不斷增加、社會經濟水平的持續(xù)提高,是推動地區(qū)水資源需求增長的最直接驅動力,本文首先對陜北地區(qū)社會經濟發(fā)展水平各指標進行預測(表2)。根據陜北地區(qū)水資源利用狀況及經驗數據,預測陜北地區(qū)2010年城鎮(zhèn)居民生活用水89L/d·人,農村居民生活用水31L/d·人,大牲畜用水29L/d·頭,小牲畜用水15L/d·頭,2020年以上各指標分別為99L/d·人、53L/d·人、29L/d·頭和20L/d·頭;2010年火電工業(yè)萬元產值取水量為624m3/萬元,重復利用率為91%,一般工業(yè)萬元產值取水量為46m3/萬元,重復利用率48%,高耗水工業(yè)萬元產值取水量為44m3/萬元,水資源重復利用率85%,2020年分別為578m3/萬元、27m3/萬元和36m3/萬元,92%、65%和115%;2010年陜北地區(qū)水澆地、水田灌溉定額(P=75%)為4875m3/hm2、14910m3/hm2,2020年降為4605m3/hm2和944m3/hm2。本文中陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境需水預測的研究成果,將生態(tài)系統(tǒng)分為人工生態(tài)系統(tǒng)、河湖生態(tài)系統(tǒng)和天然生態(tài)系統(tǒng),分別計算其生態(tài)環(huán)境需水量。在計算生態(tài)環(huán)境總需水量時,考慮到水資源具有“一水多用”的特征和功能,對陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境需水進行修正。3水資源需需平衡指數iwsd水資源承載力可定義為“在一定的水資源開發(fā)利用階段,滿足生態(tài)需水的可利用水量能夠維系該地區(qū)人口、資源與環(huán)境有限發(fā)展目標的最大的社會—經濟規(guī)?！?就是說在保證地區(qū)生態(tài)需水的基礎上,可利用水資源量最大限度能夠養(yǎng)活的地區(qū)人口數量以及可以維持的社會經濟發(fā)展規(guī)模。本文在水資源需求預測的基礎上,計算了陜北地區(qū)水資源承載力的供需平衡指數,計算公式為:IWSD=Ws?WdWs=1?WdWsΙWSD=Ws-WdWs=1-WdWs式中:Ws為可利用水資源量(本文取陜北地區(qū)2010、2020年預測供水量),Wd為水資源需求總量?？梢钥闯?當區(qū)域可利用水資源量小于社會經濟系統(tǒng)的需水量時,即Ws<Wd,得出IWSD<0,說明區(qū)域可供水資源量不足以支撐如此規(guī)模的社會經濟系統(tǒng),區(qū)域水資源對應的人口及經濟規(guī)模是不可承載的,反之則說明區(qū)域水資源具備如此規(guī)模的社會經濟支撐能力,區(qū)域水資源供需呈良好狀態(tài)。陜北地區(qū)在現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用條件下,預計2010、2020年可利用水資源量分別達12億m3和15億m3左右,同期水資源需求量為13.5677億m3和17.3775億m3。經計算,在保證生態(tài)環(huán)境需水量的基礎上,陜北地區(qū)2010年IWSD=-0.13,2020年IWSD=-0.16。數據顯示,在本文預測年陜北地區(qū)的可供水資源量不足以支撐地區(qū)社會經濟系統(tǒng),即區(qū)域水資源對應的人口及經濟規(guī)模是不可承載的。4水資源供需平衡分析(1)陜北地區(qū)現(xiàn)狀水資源處于不安全狀態(tài),水貧困指數(WPI=32.3)遠低于全國范圍的WPI值(48-55.9),水資源壓力指數中的人均水資源量(887.12m3/人)低于1000m3/人的臨界標準,水資源開發(fā)利用程度(18%)接近中高水資源壓力范圍,顯示水資源利用效率低,由現(xiàn)狀資料分析初步得出陜北地區(qū)水資源不安全。(2)將陜北地區(qū)的用水戶分生活、生產和生態(tài)環(huán)境三大類進行2010、2020年的近、中期需水預測,得出2010年陜北地區(qū)三大類用水戶需水量分別為0.5878億m3、12.7099億m3和22.50億m3,2020年三大類數據為1.4011