海河流域水資源承載能力與合理配置問題探討

丁志宏，楊曉勇，韓瑞光

（1.天津市中水科技咨詢有限責任公司，天津 300170；2.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072；3.水利部海河水利委員會，天津 300170）

海河流域地跨北京、天津、河北、山西、山東、河南、遼寧和內蒙古8 個省（自治區、直轄市），總面積32.06 萬km2，多年平均降水量535 mm，多年平均水資源總量370 億m3。海河流域是我國政治、文化中心和經濟發達地區，2004年總人口1.34 億，國內生產總值達2.6 萬億元，流域內交通發達，礦產資源豐富，也是全國主要糧、棉產區之一。從總體上說，海河流域屬于資源性嚴重缺水地區，以不足全國1.3%的水資源量承擔著全國11%耕地面積、10%人口的用水任務，并支撐著全國13%的GDP。

近年來，由于經濟社會發展對水資源需求的增長，水資源開發利用率已達98%，大大超過了流域水資源的承載能力。為解決水危機，北京市、天津市實施了多次外調水； 多數平原城市也都依靠超采地下水來維持供水，一些地區群眾飲水困難，農業灌溉用水更得不到保障。同時，引發了一系列生態環境問題：一是河道斷流干涸，海河平原21 條主要河流3 664 km河段中，干涸長度由20 世紀60年代的710 km 增加到2005年的2 100 km，平原河道完全喪失了航運功能。二是濕地萎縮，平原12 個主要濕地面積由20世紀60年代的2 180 km2減少到2005年的570 km2。華北明珠白洋淀經常干涸，不得不靠補水維持。三是河口生態惡化，入海水量由20 世紀50年代年均的240 億m3減少到近幾年的10 億m3左右，造成河口淤積嚴重和水生生物生存環境惡化。四是地下水嚴重超采，1980—2004年地下水累計虧損量900 億m3，地下水位持續下降造成地面下沉、海水入侵、土壤沙化等問題。五是水土流失量大面廣，到2005年山區仍有10 萬km2水土流失面積。六是水污染加劇，目前受污染河流已達72%，地下水水質不合格面積占76%，農村生活飲用水中高砷、高氟、苦咸水等占31%[1]。

今后5～10年是海河流域社會經濟發展戰略向縱深推進的關鍵時期，“京津冀都市圈”區域經濟一體化和天津濱海新區開發開放已列入國家總體發展戰略，《北京城市總體規劃》和《天津城市總體規劃》相繼被國務院批復，流域西部是國家重要能源基地，中部平原是我國重要糧食生產基地，曹妃甸國家級循環經濟示范區正加快建設[2]。海河流域水資源短缺和水生態環境惡化愈來愈成為流域經濟和社會發展的重要制約因素。因此，研究未來流域水資源的承載能力和水資源的合理配置思路已顯得非常迫切和必要。

傳統的流域水資源配置思路是根據流域歷史和現狀缺水情況，預測未來用水需求，然后規劃和計劃修建新的水庫、引水、提水和灌渠等，不斷提高供水能力，試圖減少或消滅干旱，將大多數耕地變成旱澇保收的良田。這種配置思路出發點是好的，實際執行起來卻存在很多問題，對流域水資源承載能力、地區生態環境狀況、水利設施投資和收益狀況、節水管理措施考慮較少，已經不能滿足未來水資源可持續利用的要求。首先，水資源是有限的，干旱也是有周期性的自然現象，一旦較大干旱發生，常常是大范圍和長時間的，這使各地水庫也蓄不到足夠的水；其次，損失在水庫蒸發和渠系滲漏的水量往往超過一半，水的利用效率很低；第三，如果沒有符合市場經濟規律的投資和運行管理機制，水利設施很難發揮正常效益。對于大旱而言，出現概率并不大，如果建成的大量水利工程長期低水平運用，經濟上往往并不合算，反而采用應急水量分配方案可能更加經濟合理[3，4]。目前，水資源承載能力的研究方法、指標體系各式各樣，但還沒有一個統一、公認的理論基礎和研究方法，并且一些方法過于復雜，在處理經濟發展規模、生態環境與水資源的關系上很難實際應用。目前，在全國流域水資源綜合規劃編制中，以水資源可利用量為基礎通過“三生”用水與可供水量的關系來反映水資源的承載能力，較好地解決了水資源配置與承載能力的關系。如果需水量小于可供水量，經濟發展規模和生態環境用水必然在水資源承載能力范圍內；反之，需要調整產業結構和經濟發展規模對水資源的需求量，以滿足水資源承載能力。

1 水資源承載能力與合理配置的內涵

1.1 水資源承載能力

承載能力是力學中的一個重要概念，表示一個承載體能夠在不遭受破壞的前提下可以承受的最大外力或荷載。水資源不遭受破壞與可持續利用在概念上是等同的。從邏輯上講，外力既可以是人口總量、生物總量，也可以是經濟總量。水資源承載能力具有自然和社會雙重屬性，其大小受生產力水平、社會經濟結構、生態環境狀態以及科技水平等眾多因素的影響，涉及到水資源系統、社會經濟系統和生態環境系統之間的復雜相互作用關系。相同數量的水資源在不同區域上的承載能力是不相同的，在不同時間尺度上的承載能力也是不相同的[5]。

要分析計算水資源承載能力，需要先確定水資源可利用量，在可利用量的基礎上通過可供水量和綜合總用水量來反映需求是否超過了總承載能力。水資源可利用量是指在水資源可持續利用的前提下，考慮技術上的可行性、經濟上的合理性以及生態環境的可承受性，通過工程措施可以獲取并利用的一次性水量，也是在當地水資源量中可供河道外消耗利用的最大水量。可供水量是指在需水要求和指定供水保證率的條件下，水工程設施可能為用戶提供的水量。可利用量是可供水量在生態、工程供水能力、分配水量的上限。綜合總用水量就是一個地區或區域經濟社會的總用水量。

我國現行的年綜合總用水量包括了生活用水、生產用水和部分城市生態用水，能夠比較客觀地反映一個地區或區域經濟社會的用水水平。隨著科學技術的發展及國家經濟實力的增強，開發利用水資源的手段和措施會不斷改進或更新，水資源可利用量也會發生變化，所以只能根據可能預計的未來某個水平年的技術經濟條件進行估算。

1.2 水資源合理配置

水資源配置是在水資源歸國家所有的前提下，對水資源使用權的分配管理。依據社會主義市場經濟的法律、行政、經濟和技術手段，正確處理水資源天然分布與經濟社會發展格局之間的關系，為國家實施可持續發展戰略積極創造有利的水資源條件，是水資源合理配置的基本內涵。

水資源的合理配置是由工程措施和非工程措施組成的綜合體系實現的。其基本功能涵蓋兩個方面：在需求方面通過調整產業結構、建設節水型社會并調整生產力布局，抑制需水增長勢頭，以適應較為不利的水資源條件； 在供給方面則協調各項競爭性用水，加強管理，并通過工程措施改變水資源的天然時空分布來適應生產力布局。兩個方面相輔相成，以促進區域的可持續發展。

水資源的天然分布包括其數量和質量在時間與空間上的分布。水資源合理配置體系不僅應適合經濟發展和人民生活的需求，還應盡可能地滿足人類所依賴的生態環境對水資源的需求以及未來社會對水資源的基本需求。顯然，水資源合理配置是一個長期的、動態的過程，將隨著經濟的發展和社會的進步而不斷滾動作業，始終保持其前瞻性和適應性。

水資源合理配置是以經濟或生物總量為出發點，探求與水資源之間的關系。水資源承載能力是“經過合理的水資源優化配置”而得到的，而水資源優化配置是一種社會經濟活動行為； 水資源承載能力的最終表現之一為區域社會經濟發展規模，體現了水資源承載能力的社會經濟內涵[6]。

2 海河流域水資源承載能力分析

2.1 現狀水資源承載能力分析

2.1.1 水資源總量與可利用量

全國水資源評價成果[7]表明，全國1956—2000年系列多年平均水資源總量28 405 億m3，按2004年人口計算，人均為2 170 m3。海河流域水資源總量370 億m3，僅占全國的1.3%；按2004年人口計算，人均水資源占有量僅為280 m3，只相當于全國平均水平的13%；海河流域的水資源總量及人均水資源占有量均為全國10 個水資源一級區中最低的，并遠低于國際通行的人均1 000 m3緊缺標準和500 m3極度緊缺標準，是嚴重的資源性缺水地區。

與海河流域第一次評價成果（1956—1979年系列）相比，本次全流域多年平均水資源總量（1956—2000年系列）減少了12.1%，只有12.6%降水量形成河川徑流量；在河川徑流量中，由地下水補給形成的河川基流量占36.1%，地表徑流量占63.9%[8]。

水資源可利用總量采用地表水可利用量加上降水入滲補給量與河川基流量之差的可開采部分的方法計算。其計算公式為：

式中：ρ 為可開采系數；Pr 為降水入滲補給量；Rg 為河川基流量。海河流域1956—2000年年均水資源可利用總量為235 億m3，可利用率為63%[8]。

2.1.2 現狀水資源供需分析

采用水資源長系列（1956—2000年）供需分析表明，海河流域現狀多年平均經濟社會需水量達到449 億m3，而可供水量只有361 億m3，缺水量達89億m3，缺水率達到20%。其中，城鎮缺水14 億m3，農村缺水75 億m3，具體情況見表1。海河流域1980—2004年多年平均供用水量398 億m3，流域內多年平均水資源總量317 億m3，當地水資源利用量311 億m3（不含引黃水47 億m3和深層承壓水開采量40 億m3），流域水資源開發利用率98%，大大超過了供水安全的危機線。

表1 海河流域現狀多年平均水資源量供需分析 108m3

2.1.3 2004年供用水量分析

以2004年（降水屬于平水年，徑流屬于偏枯水年）為例進行供用水分析。

供水量是指各種水源工程為用戶提供的包括輸水損失在內的毛供水量，按水源工程引水口供出的毛供水量計。海河流域2004年總供水量384 億m3，其中當地地表水供水量77 億m3、占20%，引黃水量44 億m3、占11%，地下水260 億m3、占68%，非常規水源3.2 億m3。

用水量統計口徑與供水量一致，是折算到水源工程引水口處的包括輸水損失在內的毛用水量。海河流域2004年總用水量384 億m3，其中城鎮用水量（城鎮生活、工業、城市河湖）103 億m3、占總用水量的27%，農村用水量（農村生活、灌溉、林牧漁業）281 億m3、占73%。

海河流域2004年供用水量384 億m3，扣除引黃水量44 億m3，流域當地水資源供用水量340 億m3。2004年的當地可供水量為260 億m3，再考慮有9億m3的污水被利用而沒有計入總供水量，約有90億m3的生態環境用水被擠占 （其中超采地下水78 億m3、擠占河道內生態用水12 億m3）。顯然，2004年的經濟社會發展是以犧牲部分生態環境為代價換取的，其發展規模超過了流域水資源的承載能力，經濟社會發展是不可持續的。

2.2 未來水資源承載能力分析

到2020年，預計海河流域人口由2004年的1.34 億增至2020年的1.57 億； 未來城鎮化趨勢明顯加快，城鎮化率由43%增至66%；GDP 增至7 萬億元。到2030年，預計海河流域總人口為1.58 億，接近零增長；城鎮人口1.05 億，城鎮化率66%；GDP達13 萬億元，年均增長率7.5%；有效灌溉面積穩定在0.07 億hm2，糧食產量5 500 萬t。

2.2.1 需水量預測

河道外總需水量為城鎮、農村“三生”需水量之和，不包括河道內生態環境需水量。其中，城鎮需水量為生活、生產（工業、建筑業、三產）、生態環境（綠地、城市河湖、環境衛生），農村需水量為生活、生產（農業）、生態（湖泊濕地）。

在大力推進節水型社會建設、采取強化節水模式條件下，特別是在農業需水方面結合近年用水實際進行了合理壓縮，經測算，到2020年海河流域河道外多年平均總需水量為480 億m3（其中城鎮170 億m3、農村310 億m3），比現狀多年平均需水量449 億m3增加了7%；到2030年海河流域河道外多年平均總需水量為490 億m3（其中城鎮190 億m3、農村300 億m3），比現狀多年平均需水量449 億m3增加了9%。

2.2.2 流域內可供水量

海河流域供水水源眾多，主要有當地地表水、地下水、黃河水、再生水、微咸水、海水，2010年以后還將增加長江水。按可利用量控制的多年平均地表水可供水量123 億m3、采補平衡控制的地下水可開采量184 億m3計算，由于2020年分配給海河流域的外調水量132 億m3（長江水81 億m3，其中南水北調中線分配62 億m3、東線19 億m3，黃河水51 億m3）、非常規水源 （再生水、微咸水、海水）36 億m3，2020年總可供水量為475 億m3；到2030年分配給海河流域的外調水量166 億m3（長江水115 億m3，其中南水北調中線分配84 億m3、東線31 億m3，黃河水51 億m3）、非常規水源41 億m3，2030年總可供水量為514 億m3[8，9]。

供需分析表明，雖然未來需水量有所增加，但由于節水措施和南水北調工程通水，海河流域水資源短缺狀況可以逐步得到緩解。海河流域2020年多年平均缺水量5 億m3，缺水率1.1%，供需基本平衡，地下水超采基本得到控制，水資源承載能力可基本保持在2020年的經濟社會發展目標水平；2030年總體不缺水，滿足2030年的經濟社會發展需水要求，其總的水資源承載能力通過優化配置水資源可略大于2030年的經濟社會發展目標，地下水開始逐步恢復，生態環境開始趨好，經濟社會發展步入可持續發展軌道。當然，也有一些學者通過分析認為，海河流域在2020年仍將缺水30 億m3，到2030年水資源供需才基本平衡，這可能是農業需水估值偏大造成的。

3 水資源合理配置思路

未來海河流域水資源供需基本平衡，但是要保持經濟社會可持續發展，提高水資源承載能力還需要合理優化配置水資源。在空間上，要通過跨地區、跨流域調水來調劑水資源的余缺； 在時間上，要通過水庫等調節工程來解決年內和年際水資源分布不均勻的問題； 在不同的國民經濟用水部門間，要按照協調發展的投入產出關系實行計劃供水； 在開源與節流的關系上，要堅持在節約的基礎上擴大供水能力，控制需水的過度增長； 在水資源的開發利用模式上，不僅要重視原水的開發，更要注重污廢水的再生處理及回用； 在除害與興利的關系上，要注重化害為利，將洪水轉化為可用的水資源[10]。

為此，在南水北調工程通水前，應合理配置當地水與黃河水、挖掘非常規水源和利用好雨洪水。南水北調、萬家寨引黃等跨流域調水工程建成后，海河流域將初步形成南水北調東中線與流域內骨干河道組成的“二縱六橫”的水網絡體系和東西互補、南北互濟的水資源配置格局。建設南水北調配套等新增水源工程，實現外調水、地下水、當地地表水等水資源的科學調配；合理安排非受水區的水利工程建設；統籌兼顧生活、生產、生態用水，兼顧受水區和非受水區以及城市和農村的用水。

在實際配置中[11]，海河流域南水北調受水區要優先使用長江水、其次為地表水和地下水兼顧非常規水，南水北調非受水區則通過工程措施優先合理使用當地水、其次考慮跨區調水；在配水對象上，堅持生態基流-居民生活用水-工業用水-城市生態用水-農業用水-農村生態用水配水優先序列，才能切實處理好經濟發展與生態環境保護間的關系。

4 水資源有效配置的保障措施

要實現未來流域水資源的合理有效配置，完善的政策和管理機制是實現海河流域未來水資源供需平衡和生態修復的關鍵。

（1）確保南水北調工程受水區優先使用長江水。一是加快南水北調中、東線工程及其配套工程建設，保障及時向受水區的缺水地區通水； 二要明確流域機構、調水管理機構、地方水行政主管部門、調水工程管理部門等單位的管理職責和職能分工，提出公平、民主、高效的協調機制方案，便于協調管理；三是要建立長江水與當地水合理的水價關系，建立優先使用長江水的激勵機制。

（2）推進流域水資源統一調度。抓緊完善跨省河流水量分配方案；嚴格執行全流域地下水壓采方案；改善和完善現有水利設施，逐步實現流域范圍內水利工程聯合調度運行，并向全流域水質水量統一配置和調度發展。

（3）著力戰略儲備水源地的建設和維護。大中城市要有計劃地建設戰略儲備水源地，遇特殊枯水期有計劃地啟動已封閉的地下水水源或其他備用水源，增大供水安全裕度。在山前平原劃定地下水回補區，在漢江豐水時多調水用于地下水回補。

（4）建立城市特殊干旱年應急供水制度。針對出現機遇小的干旱季節和干旱年，流域和各地區應該分別制定應急水量分配方案。應確保城鄉居民生活飲用水，保證公共事業用水和與居民生活密切相關的發電、生活必需品的生產用水，盡量滿足糧油和蔬菜基地基本農田用水和一般工業用水。對用水大戶強化監督，必要時采取定時、限量供水。

（5） 加強水文、水資源和生態環境監測和科學研究，定期修改和完善流域水資源規劃和水量分配方案，編制海河流域南水北調工程受水區生態補水規劃。

[1]海河水利委員會. 海河流域生態環境恢復水資源保障規劃[R]. 天津： 海河水利委員會，2006.

[2]海河水利委員會. 海河流域水利保障體系近期建設實施方案[R]. 天津： 海河水利委員會，2008.

[3]陳進，黃薇. 未來長江流域水資源配置的思考[A]. 全國第三屆水問題研究學術研討會論文集[C]. 北京： 中國水利水電出版社，2005.

[4]周孝德，沈冰. 水與社會經濟發展的相互影響及作用[A].全國第三屆水問題研究學術研討會論文集[C]. 北京： 中國水利水電出版社，2005.

[5]王建華，江東，顧定法，等. 水資源承載力的概念與理論[J].甘肅科學學報，1999，11（2）：1-4.

[6]龍騰銳，姜文超，何強. 水資源承載力內涵的新認識[J]. 水利學報，2004（1）：38-45.

[7]水利部水利水電規劃設計總院. 全國水資源及其開發利用調查評價報告[R]. 北京： 水利部水利水電規劃設計總院，2005.

[8]海河水利委員會. 海河流域水資源及其開發利用調查評價簡要報告[R]. 天津： 海河水利委員會，2005.

[9]水利部. 南水北調總體規劃[R]. 北京： 水利部，2002.

[10]王浩. 我國水資源配置的現狀與未來[J]. 水利水電技術，2006，37（2）：1-6.

[11]任憲韶，戶作亮，曹寅白，等. 海河流域水資源評價[M]. 北京： 中國水利水電出版社，2007.