水資源評價分析論文

導語：水資源評價分析論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

對水資源概念的明晰定義，是界定水資源評價口徑的前提，也是進行水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護的基礎。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屬性和經濟屬性，因此，“水資源”這一貌似簡單的概念卻蘊涵著豐富的內涵，并由此導致了水資源評價中的爭論。近年來隨著全球范圍內水問題的不斷突出，有關水資源的一系列基礎概念正在受到挑戰。例如，自然界中的水分，符合什么標準才應當算作水資源？在水資源的定義和評價中，如何反映人類活動導致的水資源演化效應？對不同層面的發展需求，如何建立具有層次化結構和兼容性特點的水資源評價口徑？為試圖回答上述問題，本文首先討論了中外學者給出的水資源定義，從中找出了代表水資源本質特征的有效性、可控性和可再生性三個評價準則；然后依據這些評價準則，提出了層次化的水資源定義；最后結合例題，說明了水資源各個評價量的計算口徑和相互聯系。

一、水資源的定義及其內涵

國際上水資源這一名詞最早出現于正式場合，是1894年美國地質調查局（USGS）設立了水資源處（WRD），其業務范圍主要是地表河川徑流和地下水的觀測，以及相關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。《不列顛百科全書》將水資源解釋為“自然界一切形態的水，包括氣態、液態和固態水的總量”，這一定義失之過于寬泛，沒有反映水資源的若干本質特征。在1963年的英國《水資源法》中，認為水資源是“具有足夠數量的可用水”，該定義雖較前者嚴格，但缺乏科學基礎和可操作性。聯合國教科文組織（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、具有足夠數量和可用質量、并為適應特定地區的水需求而能長期供應的水源”，在可操作性上推進了一步[1-3]。2002年8月29日第九屆全國人民代表大會常務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發展不同層面的需求。對水資源認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，具有多種賦存環境和復雜轉化機制，而從各個側面給出的水資源定義及其評價口徑缺乏內在的一致性和層次性。

國內學術界對水資源一詞的理解也各有不同。1991年《水科學進展》編輯部組織國內有關人士對水資源的內涵進行了一次筆談[4]，各位學者給出了如下定義：

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

陳夢熊提出：“一切具有利用價值，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業用水、工業和生活用水。河槽水流是工農業用剩的水量，不應誤作全國水資源”。

曲耀光提出：“水資源是指可供國民經濟利用的淡水資源，它來源于大氣降水，其數量為扣除降水期蒸發的總降水量”。

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、水當作水資源一樣，（要）把具有穩定徑流量、可供利用的相應數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而又能不斷更新的淡水，包括地表水、地下水和土壤水，其補給來源為大氣降水”。

陳家琦提出：“作為維持人類社會存在并發展的重要自然資源之一的水資源應當具有下列特性：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不斷得到更新或補充；這個水量可以由人工加以控制；這個水量及其水質能夠適應人類用水的要求”。

根據上述定義，可以得出水資源最為本質的三個特性是：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，有必要進一步區分通過工程可以開發利用的那一部分水分；可再生性是指，水資源在流域水循環過程中形成和轉化，其作為可再生性資源的充分必要條件是保持流域水循環過程的相對穩定。

綜合以上討論，特別是水資源最為本質的有效性、可控性和可再生性準則，筆者認為：“水資源是對人類社會經濟發展和生態環境保護具有效用的淡水資源，其來源為大氣降水，賦存形態為地表水、土壤水和地下水。水資源在數量上為扣除降水期蒸發的總降水量，通過天然水循環不斷得到補充和更新，同時受到開發利用的人工調控和人類活動的其他影響”。

二、水資源評價準則與計算口徑

2.1有效性準則與廣義水資源

從有效性出發定義水資源，首先是對傳統意義上的水資源概念進行拓展。有效性標準對傳統水資源涵義的第一個拓展是，與生態環境具有密切關系的水分都應該評價為水資源。這是因為，有效水分不僅是國民經濟和社會發展的基礎性資源，而且還滋養了對人類生存具有頭等重要意義的生態系統，有效性概念可以同時體現水資源對生態環境保護和社會經濟發展的決定性意義。有效性標準對水資源涵義的第二個拓展是，對生態環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。因為無論是天然生態還是人工生態，有效降水都是研究其水分需求的前提，在干旱半干旱地區就更是如此。由此可以認為，從有效性出發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]。

國內外習慣上僅將流域產水量評價為水資源，未包含雨水資源的利用量，不能反映水循環過程的全部有效水量。在我國北方地區徑流性水資源不斷下降的情況下，從流域水循環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、節水標準和缺水標準的研究具有理論和實際意義。

廣義水資源與傳統水資源評價口徑的區別主要在于有效降水。有效降水計算可對人工生態系統和天然生態系統分別進行。人工生態系統對降水有效利用量的計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際利用的降水深這兩項的乘積作為降水利用的有效量。天然生態系統利用的有效降水計算更為簡單，其水面部分與人工生態系統相同，其植被部分可認為植被面積上的全部降水深均是有效和可以利用的。

2.2可控性準則與狹義水資源

從可控性概念出發研究水資源，是從人工調控角度對廣義水資源作進一步的區分。廣義水資源可以分為兩類：一類是有效降水，可為天然生態系統與人工生態系統所直接利用，這部分水量難于被工程所調控，但可以調整發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行開發利用。因此，從可控性準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時資源量中不包括有效降水部分，相當于僅就狹義水資源進行評價。

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

2.3可再生性準則與生態耗用水量和國民經濟可利用量

從可再生性出發研究水資源，是對狹義水資源在可持續利用意義下再作進一步的界定，以便提出社會經濟發展的水資源可利用量。由于水循環是狹義水資源與廣義水資源的共同基礎，水循環本身及其相關過程的長期穩定性，是水資源可再生性維持的必要和充分條件。維護水循環本身的穩定，需要保持水熱平衡和水量平衡；維護與水循環相關的物理、化學與生態過程的穩定，需要保持水沙平衡、水鹽平衡和水土平衡。上述各類平衡歸結到一點，就是在特定的時段和地域條件下保持有效水量的平衡。對于工程能夠調控的狹義水資源而言，其不僅易于為國民經濟所利用，更是干旱區非地帶性植被賴以生存的基礎，若在國民經濟用水和生態環境用水之間調控不當，則會直接影響到流域水循環的穩定，進而影響到水資源的可持續利用。在廣大干旱半干旱地區，生態環境的脆弱性決定了生態需水具有更高的優先級，因此在狹義水資源中應當首先滿足特定保護目標下的生態環境用水，其余部分才可作為水資源的國民經濟可利用量[5-7]。

生態環境需水的定義，一般意義上是指與特定生態環境保護目標相聯系的物理、化學、生物過程處于平衡狀態時所需要的水分，涉及到不同尺度的水熱平衡、水循環平衡、水土平衡、水沙平衡、水鹽平衡、水化學平衡等。干旱半干旱地區的生態需水，是指符合生態保護目標且對景觀維持及環境狀況改善起支撐作用的系統，為維持其平衡所要消耗的水分。一般情形，農、林、牧業既具有經濟價值也具有生態環境功能，其用水屬于廣義的生態用水。嚴格意義上的生態需水，不包括國民經濟需水中的種植業和畜牧業需水。

從生態建設的水資源保障條件看，生態需水可分為可控生態需水和不可控生態耗水。可控生態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環境的水分利用條件。不可控生態耗水是指植被所消耗的降水中不形成徑流的有效水分，盡管不可控生態耗水與水利工程無直接關系，但其耗水量將不同程度地受到土地利用格局改變的影響。從生態系統形成的原動力不同，又分為天然生態耗水和人工生態耗水兩大類。天然生態耗水是指基本不受人工作用的綠色生態所消耗水量，包括天然水域和植被所耗水量，在干旱區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；人工生態耗水是指由人工直接或間接維持綠色生態所需水量，包括為生態目的種植的人工林草灌溉量和城市景觀供水量，農業灌溉退水維持的人工生態水量，以及水土保持造林種草所消耗的降水量。

水資源的國民經濟可利用量，特指在自然條件和經濟條件允許的情況下，狹義水資源中能夠被工程系統一次性開發利用的最大潛在量。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化關系，地表水和地下水的可利用量均不是固定的，要根據二元模型進行計算。特別是在西北地區，平原地下水幾乎全由地表水轉化而來，必須根據不斷變化的動態補給情況對地下水可利用量進行調整。

在討論水資源的國民經濟可利用量時，必須要與工程系統供水量相區別。工程供水系統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利用的情況，甚至會出現全流域的工程系統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，相當于增加了水平方向的局域循環量；在垂直方向則入滲補給地下水，相當于增加了垂直方向的局域循環量。

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

三、各項水資源評價量的計算

以西北地區內陸河流域片為例，對廣義水資源、狹義水資源、生態需水量、國民經濟可利用量、工程系統供水量等進行了計算。基本的計算單元為流域三級區，由于篇幅所限新疆綜合成三個分區，河西走廊為三個分區，柴達木盆地自成一區。計算中以降水為基本通量，在狹義水資源（徑流）評價的基礎上，對徑流以外的降水進行了分析，初步估算了西北內陸河地區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。分別對山區和平原地區估算無效降水。計算無效降水的范圍（冰川、山區裸巖裸土，荒漠戈壁、鹽堿地）由遙感解譯圖給出數據。降水量根據降水等值線圖與觀測數據合理確定。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。計算成果見表2（略）。

全西北內陸河地區降水量3260億m3。無效降水948億m3，其中山區、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系統直接利用，少部分為平原人工綠洲的人工生態系統（包括農田、人工林草、水庫等）吸收。

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

四、水資源評價量之間的轉化關系

根據本文給出的定義，流域水資源各項評價量之間的內在關系如圖1所示。從圖中關系可以看出，流域內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、水化學條件適宜，則幾乎全部降水都可以形成對社會經濟和生態環境具有效用的廣義水資源。反之，若流域內的植被全部消失，生態系統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。由于內陸河降水集中在山區，產流幾乎全部來自于山區，而山區的人類活動影響小，故狹義水資源的多年平均值基本穩定。對于平原綠洲區，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，社會經濟系統對徑流性水資源的耗用越多，對生態環境用水的擠占越甚；生態環境用水的減少勢必導致生態惡化，其結果又會反過來制約社會經濟的發展。

對于西北內陸干旱區各典型流域的水資源，根據其有效性、可控性和可再生性評價準則的分類定量關系的多年平均描述如圖2所示。平均而言，在西北地區內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，71%是能夠直接和間接為人類及生態環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，可為天然生態和人工生態系統所直接利用，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系統所直接利用，真正能夠通過水利工程開發利用的水量僅占狹義水資源量的2/3左右。

從內陸河片各典型流域的水資源評價量看，國民經濟可利用量最小的是柴達木盆地，其次為河西走廊西段的疏勒河流域和東疆地區，這一帶干旱程度最高，生態也最為脆弱，因此其生態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，是水分條件和生態條件相對最好的。由此可見，層次化的水資源評價量可以揭示水分和生態的關系，生態用水和國民經濟用水的關系，以及降水性水資源和徑流性水資源的關系，符合我國實際，與可持續發展理念也更為切合。