水資源水質水量聯合評價綜述

劉韜

(云南省環境科學研究院，云南昆明650034)

水資源水質水量聯合評價綜述

劉韜

(云南省環境科學研究院，云南昆明650034)

根據國內外近30a來對水資源的評價研究，綜述討論了水資源評價的4種理論和方法，認為水質與水量聯合評價并考慮生態環境需水的水資源評價才能客觀地表現水資源現狀，而且對湖泊水體的相應研究也應受到廣泛關注。

水資源評價;水質水量聯合;綜述

1 前言

與地球其它自然資源一樣，水資源也是“質”與“量”的有機結合，其內涵表現為在一定時空分布上具有足夠的數量和一定的質量同時可被人類利用的水。所以水資源也包含水質水量兩個方面的含義，且互為依存，缺一不可。之前學者對區域水資源的評價大多基于單一方面，即考慮水之量，忽略水之質，抑或在忽略水量的情況下，單獨評價水質狀況。如此評價無疑沒有真實反映出區域水資源的實際情況，而僅僅為一種對水資源利用結果的表現或預測，且是單方面的。使用該數據則使讀者在不了解水質的前提下過高估計區域水資源量;又或者在了解水質的前提下低估區域水資源量。于是要想了解具有某一標準水質的水資源的分布就顯得更加困難，為后續水資源的系統規劃設計、合理開發利用、有效管理與保護帶來不便。

近些年來，隨著社會經濟的發展，人口、資源、環境所面臨的矛盾加劇，水資源的重要性更顯緊迫，且愈演愈烈，如不做出相應的可持續發展規劃無疑會威脅到人類的發展及生存。因此，對水資源進行客觀與適當的評價有著非常重要的意義。評價的目的是為了更好地開發與利用。相應地，客觀真實的評價才能使人們有效并合理地對水資源進行開發利用。因此，對水資源水質水量綜合評價方法的研究，是水資源合理開發利用和保護的重要基礎工作之一，可為可持續利用提供客觀依據。同時，保護與合理開發利用水資源以達到可持續利用的新理念，已成21世紀水資源規劃和管理的最大目標與追求［1～2］。

2 國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀

自1977年聯合國教科文組織將水資源定義為“可資利用或有可能被利用的水源，這個水源應具有足夠的量和可用的質，并能在區域內為滿足某種用途而可被利用［3］”以來，國際上開始有許多國家陸續開展了對水資源水質水量相結合評價的研究及探討［4］。Azevedo等［5］將水量水質相結合的目標納入水資源管理的決策系統中，并成功應用于流域的水資源管理。Luiten and Groot［6］利用模型模擬了地表水的水質與水量，分析研究了荷蘭的地表水管理政策。Vijayan等［7］研究了印度的水質水量綜合管理。澳大利亞則采用了地理信息系統(GIS)進行野外數據采集和利用水質水量模擬來確定和評估流域點源和非點源污染對水質的影響［8］。這些研究都或多或少進行了對水資源水量水質相結合評價的探索，為后續學者的新理論奠定了一定的基礎。

隨后，在各種水資源問題的影響下，生態環境問題也隨人類社會的發展而出現了，水資源的非質量二重評價讓我們只看到了人類發展所需的“水資源”問題而忽視了其對原生生態環境的影響。水作為環境組成的一部分，不僅影響著人類發展，也影響著其依存的自然環境。因此，國際上的一些學者陸續提出水資源的開發利用與管理要綜合考慮生態系統和人類對水資源的需求(Falkenmark，2004;Shiau et al，2004;Suen et al.2006)，并提出了諸如“environmental maintenance flow”、“ecological base flow”和“natural flow regime”等關于“生態基流”的名詞，用來說明生態環境同樣對水有著相應的需求。而對維持河道生態系統健康所需的水量水質與除此之外還能夠提供給人類使用的水資源問題的研究也就成為了更深層次的研究。

2.2 國內研究現狀

自國際上提出水量水質聯合評價以來，我國機構與學者對水資源的評價研究也紛紛轉向探索水質水量聯合的道路。在2003年的全國水資源綜合規劃工作中我國也把對水資源的水質水量聯合評價方法作為研究重點之一。此后，學者們對水質水量相結合評價區域水資源的方法和理論開始了積極探索［9～10］。

研究初期，由于各種原因，在進行評價與實際監測的工作中，水資源數量與質量的評價還是沒能緊密有機地結合起來，近年來才開始在該方面進行了一些探討。周勁松、夏星輝、楊志峰［11］等最初研究了以黃河干流的水資源為例的水質評價，之后夏星輝、楊志峰等［12～13］又繼續對該問題進行探討，提出了水資源功能容量與功能虧缺的概念進一步完善對黃河水資源的評價，初步確立了水質水量相結合的方向;王渺林等［14］提出以水功能區劃水質水量相結合的評價方法，回答了水功能區劃水質目標約束下的流域可用水資源量的評價問題;劉克巖等［15］提出以用水為主體的水質水量結合評價方法。而李玉河［16］已經開始從水資源水質與水量綜合考慮的情況下作水資源配置研究了。但時至今日，對于水資源水質水量的聯合評價也沒有形成一個主流的流域性的系統方法，未建立無縫的水質水量相結合的水資源系統評價方法，也沒有一個公認的可操作性強的方法。

3 主要研究方法及應用

現對國內外在水質水量方面有所研究的方法及其應用進行簡要介紹。由于國外在水資源水質水量相結合的研究上方法與理論差別較大，且在水資源可利用量上的計算與水資源管理層面上對水權方面的考慮較為全面［17］(見表1)，所以國外的研究重心主要為對水資源進行評價后進行區域的合理配置與管理，其量質聯合評價也就顯得較全面與合理，且應用較為成熟。但這些方法與理論卻不太適合我國的實際情況，國內在該方面由于水權政策及基礎資料的缺乏而不易參考。所以本文著重介紹國內對水資源進行的水質水量聯合評價的方法。

表1 水資源可利用量國內外代表性概念對比(部分摘錄)

國內的研究現狀主要分為四個方向:以水功能區劃水質水量相結合的評價方法;以用水為主體的水質水量相結合的評價方法，用水資源功能容量、水資源功能虧缺來描述區域水資源質量結合的評價以及以地表來水用水狀況的水量水質聯合評價方法。

3.1 水功能區劃水質水量結合評價方法

該評價方法的主要依據為河流的水功能區劃及其相應的水質目標，首先根據水功能區劃把區域評價對象劃分為獨立子系統，系統具備調蓄、排污、降解等遷移轉化功能，相互聯系，相互轉化。其次，在水文水環境的外部因素的基礎上建立一個單元系統水量水質模型，然后推求參數以進行評價。

其具體計算方法為:第一，確定區域內分區的水功能區劃類別及水質類別;第二，根據水量平衡和污染物質的質量平衡原理，建立單元系統水量水質模型;第三，依據實際資料率定各項模型參數;第四，設定外部影響因素，即生態環境需水及水質目標。第五，求得在考慮了水質前提下的最優且最大的水資源量。該方法不僅可以單獨求算小區域，還可以推廣至多區段系統進行計算，利用單純形優化方法計算上一區段對下一區段取水后的影響及取水后能提供的最大符合水質目標的水資源量即可。該方法可以在保證水質目標的前提下獲取最大限度的水資源量，而且還保證了河道生態需水量的10%。

之后，劉克巖等［18］利用水功能區劃條件對區域水資源可利用量量質結合進行了定量評價，提出了相應的水資源管理與可持續發展的建設性意見，并找出了各水功能區保護與治理的重點，目標明確。根據該評價結果，管理部門不僅可以清楚地看到各水功能區的水質、水量現狀與開發潛力，還能有針對性地制定保護和治理措施，合理進行水資源配置管理。該評價方法理論上說計算方便，操作性強，但卻沒能廣泛采用，主要原因為我國對于水資源功能分區與水區劃做得不夠到位，在水資源評價方面基礎設施與基礎資料不足，同時也說明了我國在該方面應加強對水質監測和用水量的調查，特別是對一些河段的基礎數據不全的區域。

應用方面:針對有水功能區劃水質目標約束下的流域可用水資源量的評價，且水資源基礎數據齊全。但針對我國實際情況，第一，水資源資料的不足與水監測數據的不足使得操作沒有支撐;第二，我國疆域遼闊，不是所有的河流都有相應水功能區劃目標，特別是一些小支流和經濟不發達地區的河流。因此，理論上可行的水功能區劃水質水量聯合評價在這些地區是無法實施的。

3.2 水資源功能容量與功能虧缺

水資源功能容量與功能虧缺的概念是由夏星輝等學者提出并發展的。通過對黃河1997～1999年詳盡數據的分析與計算，從不同角度提出對水資源評價的思想，曾三度對黃河水資源評價進行了同期的研究，并于最后提出水環境功能容量與水環境功能虧缺的概念與利用水資源功能容量與虧缺聯系并進行計算的方法。其對水資源功能容量、水資源功能虧缺分析方法的思想為:用實際取水口的水質與水體用途所需水質要求做比較，結果若優于水體用途水質標準，則認為水體具有水資源功能容量，并且還可滿足更高的水體用途要求，且水資源功能容量的大小與二者間的水質級別差異、取水口的水量成正相關。反之亦然。即:

式中:△W+—水資源功能容量;ΔW－—水資源功能虧缺;W—水體的水量;Qd—水資源功能要求的水質標準級別;Qm—水體實際的水質級別。

具體的計算方法為:把河流水看作為由人類取用水、流出河道的水、存儲于河道的水三個部分組成，但各部分水體只有當水質達到用途要求的水質標準時，才具備水資源功能。所以該方法的實質即計算出既滿足某一取水口所需水量的水，又滿足該取水口的水質要求的水量的水就屬于具有水資源功能的水資源。反之，則屬于水資源功能虧缺。所以計算時首先摸清區域范圍內各取水口所取水量及水質級別，然后分別計算取水口的水資源量(功能或虧缺)。由于農業用水量一般比較大，加之農業耗水所需水質要求為Ⅴ類以上，所以參照農業用水計算出來的水資源，其功能容量會較大。相應，若全部按生活用水來取用水，則其功能容量又會太小。這樣的計算對水資源現狀來說比較客觀實際且計算方法較簡便，但區域情況復雜(取水口所需水質標準與取水口用水目的不相符合的情況)時，其總水資源功能容量較大時，其各取水口的水資源功能容量也會較小。抑或，在各取水口均滿足水質需求的情況下，如果農業用水所占用水總量的比例較大，那么其整個區域內的水質其實是不太理想的。如此，在后續的開發利用過程中，水體將會繼續受到污染，水體水質將會越來越差。若存在一個區域在沒有生活用水與工業用水的情況下，其整個區域的水質類別只需達到Ⅴ類就滿足該區域的用水目標了。但實際上該區域的生態環境已經很差了。因此，只有通過對一定時間和空間上水體的實際水質和水資源功能要求的水質進行比較，才能確定河流具備水資源功能的水量，也才能最后確定滿足用水需求的水量與水質。

由于以上分析并不能反映同一水質級別之內污染物的濃度變化對評價結果的影響，作者又進一步對該問題進行深入，考慮了污染物的濃度變化對水資源功能容量和水資源功能虧缺的影響。進一步提出了水環境功能容量和水環境功能虧缺的概念和計算方法［13］。方法不再贅述。

3.3 以用水為主體的水質水量結合評價方法

劉克巖［15，19，20］、于歷軍等提出以用水為主體的水質水量結合評價方法，認為對于天然地表徑流而言，從上游到下游受到各種因素的影響，河流的物理化學性質在流動過程中會不斷發生改變。一般地，上游水質較好，但取用不多，流動過程中若受到污染，水質即變壞，而在流經自凈能力較高的水體時，水質又有可能變好。因此，只有當水被取用時，水的質與量才能準確確定。同樣，對地下水或湖泊也是一樣，在以湖泊為主體的水資源流域地區，湖體各個部分的水質也不盡相同，且豐水季節對湖體水質影響較大。所以從取水口來看水資源的水質與水量關系較為客觀。

作者以灤河為例，分析評價了1998年灤河的水資源狀況，說明了一個實際存在的問題:即使在被評價為Ⅴ類或超Ⅴ類河長占評價總河長的71%的區域，也不能盲目認為水資源已無使用價值。若生活用水來源為水庫水，則經過一系列沉淀與凈化作用后，也可以達到二類水的水質情況。所以，采用取用水時的狀況更能代表河流的水質水量情況。因此，在取用水量占河川徑流比例較大的地區，可以根據不同地點的取水量及其水質狀況來綜合反映一條河流的水質水量情況。在水資源開發利用程度較高的情況下，人們更關心在現狀工程條件下，取用水時水質水量情況如何。這樣計算出來的結果在有水庫蓄水且水庫容量占該區域比例較大的情況下，水庫的水質將大大影響整個區域的評價結果。上已述及水庫的沉淀及水體的自凈能力較強，所以若水庫水質良好，則代表整個區域水質狀況良好，反之則整個區域的水資源評價就差。而作者最后的結果也說明了這一點，其水庫水質為Ⅱ類，且水量占總水量的88.1%。

該評價方法簡便易行，能明確知道水資源的質量分布狀況，為決策部門提供直觀易懂的信息。但缺點也比較明顯，湖泊的存在畢竟是一個特例，若如上述，全部取水為湖泊，而河道水質較差，那其河道生態環境就存在危險了。

3.4 地表來水用水狀況的水量水質聯合評價方法

夏軍等［21］學者提出地表來水用水狀況的水量水質聯合評價方法。用單元系統和復合系統的水量水質聯合評價方法評價流域水資源數量中的水體質量分布情況。該方法的主要思想為:找出區域內水資源質與量的時空分布狀況。

計算方法為:首先根據徑流的物理及化學過程確定研究區域的時空分布;其次根據已有資料(如徑流量、降雨量、取水口量等指標)計算各分區的水質水量狀況;最后合并計算分區，得到流域范圍的水資源水質水量分布情況。作者提出應用單元(集總)系統和復合(分布)系統的計算方法分別對應單區段系統與多區段系統的計算。

該評價方法主要從系統的水量水質過程對應關系以及空間分布對應關系入手，評價水資源的不同水量的水質分布情況。結果能定量反映出區域水資源的空間分布特點及變化規律，給使用者提供較為全面的水資源情況，為水資源的規劃管理、開發利用與保護提供豐富的評價信息。

4 水質水量聯合評價研究方法總結

水資源具有質、量二重性。缺乏量，質量自然不高，水質較差，又會導致缺水更甚。因此，水質決定水量的多寡，或者是各類水質的水有多少量。從以上分析中可以看出，水質受不同承載體及人類用水標準的限制可以表現為不同的功能水體。受污染的水在河流與湖泊中其污染物的沉降速率與對受體的影響程度是不同的;在用水角度，不同程度受污染的水可以滿足不同的用水對象。水質類別高的可以用于生活用水，次的可以用于工業用水，再差的可以用于農業用水。所以在可知水量的基礎上，要對水質進行合理、全面的評價才能更為客觀地對水資源進行評價。如上述，要滿足水功能區劃的水質目標就需要控制取水口的取水量;要滿足不同用水戶的需求就需要對不同河段的水量進行空間分配;如果以現狀進行評價，滿足取水口所需水質標準就為水資源功能容量，那水資源量就很有可能會被夸大。

現實是水資源的正確評價不僅要考慮滿足區域水功能區劃目標與用水目標，還要考慮生態需水與區域水資源開發利用率等因素。國內一些學者也認識到了這些問題而相應提出河道的生態需水量也應該納入為區域發展與評價水資源的一大因素，于是又引出了對區域水資源開發利用程度的評價。上述的各種水質水量聯合評價方法基本沒有在區域水資源開發利用的前提下進行考慮，對生態需水的考慮也很少，見表2。開發利用是有限度的，如果長期超出了其利用閾值，將會影響整個環境安全，進而水質得不到保障，水量就無從保證了。而生態需水更是水資源平衡與水資源可持續利用的前提條件，更是水環境得以維續的首要條件。

表2 國內水質水量聯合評價方法考慮因素

王西琴［22～23］等通過考慮水的自然循環與水在人類活動影響(水資源開發利用率、耗水率、污水排放濃度)下的循環(二元水循環)，探討了基于生態需水的二元水循環下河流的水質水量綜合評價，據此建立了更為綜合考慮各項因素的水資源評價方法。后又根據該方法對中國七大河流水資源的開發利用率閾值進行了研究。從而更客觀地反映了區域水資源的現狀與開發利用狀況。不僅可以指導區域水資源的合理分配，還可以進行有效的控制水資源的過度開發而造成的生態環境的進一步惡化。

5 結論與展望

水資源是地球的特有資源，更是人類與環境共同需要并依賴的資源，我國人口眾多，水資源人均量本來就小，加之污染嚴重，其水質得不到有效改善，水資源矛盾與沖突日益突出，因此，水資源合理配置不僅要考慮生產、生活用水，還要考慮生態與環境用水。這里既有水量要求，又有水質要求，還有生態要求，必須處理水資源數量和質量的統一評價問題，在考慮生態用水的前提下合理評估水資源。需要搞清河流在一定生產、生活用水的條件下，在既滿足水功能區劃水質目標，又滿足河道生態需水要求后，可用水的質和能夠調配的水資源量，并滿足水功能區劃目標所需要削減的污染負荷空間量。

因此，當提及今后的水資源開發利用時，應給予足夠的重視考慮在水質水量結合的條件下進行可持續的發展。不僅是量的再分配，還有質的再分配，應根據不同用戶對水質要求實行差異化的分質分量供給;加強防治，治污節污，把生態需水納入評價體系對水環境納污能力進行合理分配，以保證生態及環境用水需求，實現發展與環境的和諧統一。另外，對湖泊流域進行的水質水量聯合評價的實例幾乎為零，湖泊是一個特殊水體，其水體對水污染物質的受納能力與污染物在湖泊內的降解速率均與河流不同，對湖泊進行此方面的研究將有助于更深入地了解以湖泊為主的流域其水資源的開發利用現狀及合理評價水資源狀況，最終為湖泊流域提供一種可供探索的統一方法論。水質水量聯合評價仍是一個探索性的課題，還有待于進一步論證與驗證，尋求更有效的解決方法。

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A Review on the Evaluation of the Water Quality and Quantity of the Water Resources

LIU Tao
(Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034 China)

According to the domestic and international research on the water resources evaluation with a time expansion of 30 years，this paper presents and discusses the four theories and methods.The author consider the consolidated evaluation of the water quality，water quantity and ecological water demand as an objective way to illustrate the current situation of the water resources.Attention also needs to be given to the relative research on the water body of the lake.

water resources evaluation;water quality and quantity integration;review

X82

A

1673－9655(2012)02－0073－05

2011－11－02