農村河道水資源承載力評價模型

韓磊　趙盼

摘 要：針對惡化的農村河道生態環境做出評價并采取治理對策，是維持良好農村河道生態環境的關鍵。介紹了水資源承載力的研究方法，包括水資源承載力評價模型的構建，結合溧水縣白馬岔河的具體特點，在調查分析和試驗分析的基礎上，開展水資源承載力評價的實例研究。

關鍵詞：水資源；承載力；評價

中圖分類號：TV213.4 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.009

1 水資源承載力研究方法

水資源承載力與地區環境、人口、經濟發展規模和可持續發展等有關，涉及面廣，內容復雜，國內外目前還沒有完善的研究方法[1-2]。常見的定量研究方法很多，諸如模糊綜合評價法、主成分分析法、系統動力仿真模型、多目標決策分析法等，大致可分為經驗估算法、指標體系評價法、復雜系統分析法3大類[3-6]。

2 農村河道水資源承載力評價模型構建

2.1 農村河道水資源供水計算

2.1.1 農村河道的流量 Q計算 農村河流流量的計算表達式為：

Q=N·B（1）

式中，N為農村天然河流的流量模數，m3·s·km-2；B為農村天然河流出口斷面所控制的集水面積，km2。

2.1.2 農村河道水資源可利用量WS計算 首先引入水資源可利用量的概念。關于水資源可利用量的概念，國內學者曾有過不同的闡述，多數是僅從經濟技術角度進行定義，而對生態保護和水權重視不夠，在這里引用賈紹風等提出的水資源可利用量的定義：在滿足一定的生態保護標準下的生態需水前提下，在一定的經濟技術水平條件下，有水權保證的、在總水資源量中可以被當地凈消耗于生產生活的那部分水資源量。

接下來確定河道水資源可利用量表達式。區域水資源可利用量由地表水、地下水、跨流域調入水量以及污水回用量等組成。地表水主要指的是由降雨形成的河川徑流量。地下水指的是經濟上合理、技術上可行且不造成地下水位下降、水質惡化以及水文地質環境條件下，可以開采的地下水資源量。污水回用量是指城市和工業排放的污廢水經污水處理后能夠回用的水量。同時，還應扣除水質不符合供水要求的水量和調出區域外的流量。

因此，農村河道的水資源可利用量的表達式為：

WS=W1+W2+W3-W4+W5-W6（2）

式中，Ws為農村河道水資源可利用量，m3；W1為降雨形成的河道地表徑流量，m3；W2為河道的地下水量，m3；W3為河道可利用的污水回收量，m3；W4為河道污染河段不可利用水量，m3；W5為河道外來水量，m3；W6為河道的區域外流失量，m3。

考慮到農村河道的實際狀況，區域外來水量可以忽略，同時對于河道水資源的利用更多是局限于河道的徑流量。對于地下水還有污水的回用等，由于在技術上的缺失，還不能得到充分的利用，因此，計算農村河道水資源可利用量的表達式為：

WS（t）dt=Q（t）dt （3）

2.2 農村河道水資源需水計算

（1）灌溉用水量Wa

農業灌溉用水量具有面廣、量大，一次性消費的特點，受地區氣候和地理條件的影響，同時，其大小還與種植作物品種、組成、灌溉方式、土壤狀況以及基礎設施有直接的關系。本研究采用直接估算的方法，灌溉用水量可以用灌溉用水定額M與該區域現有需要灌溉的土地數量S的乘積除以灌溉水利用系數來表達，其表達式為：

Wa=（4）

式中，Wa為灌溉用水量，m3；M為灌溉用水定額，m3·hm-2；S為需要灌溉的土地數量，hm2；η水為灌溉水利用系數。

（2）農村生活綜合用水量Wb

生活用水一般包括居民生活、商業、醫療衛生、文化娛樂、旅游、環境保護及消防等用水。隨著人口的增加，公共設施的增多，生活水平的提高，用水標準的不斷提高，生活用水不斷增加。

估算生活用水總量應考慮用水人口和用水定額。結合農村的實際情況，農村生活用水量分為兩個部分，一部分是人日常生活的用水耗水量，把這部分設為V1，另一部分是村民圈養的牲畜家禽的用水量，設此部分為V2。通過統計資料，可以知道人以及牲畜的平均每天用水定額，分別為x1、x2，再得到該區域人口和牲畜的規模分別計為P1和P2，然后就可以將生活用水量的表達式寫成：

Wb=V1+V2=P1x1+P2x2（5）

式中，Wb為農村生活用水量，m3；V1、V2為人與家養牲畜的耗水量，m3；P1、P2為該區域人口與牲畜數量的規模；X1、X2為人與家養牲畜的用水定額，L·天-1·人-1。

（3）工業用水量Wc

工業用水是地區用水的一個重要組成部分，不僅用水比重較大，而且增長速度快，用水集中，現代工業生產尤其需要大量的水。工業用水一般是指工、礦企業在生產過程中，用于制造、加工、冷卻、凈化、洗滌等方面的用水。

萬元產值用水量和重復利用率是衡量工業用水水平的兩個綜合指標。利用水量平衡方程確定重復利用系數和萬元產值之間的關系，如果已知該地區的產值，則可以計算出該區域的工業用水量，其表達式為：

η=×100%=

1-×100% （6）

WC=A·I（1-η）（7）

式中，WC為工業需水量；Q重、Q補、Q總為重復利用水量、新補充水量、總用量，m3；A為該地區的GDP，萬元產值；I為該地區萬元GDP的用水定額，m3·萬元產值-1；為工業用水的重復利用率。

（4）河道生態需水量Wd

維持河道生態系統，離不開河道來水，河道徑流是維持河流生態系統的生命線。河道生態環境需水的計算常用的方法有Tennant法、月（年）保證率設定法和最枯月平均流量法。

Tennant法是以年平均流量百分數為標準提出河推薦流量，并以此作為河道的生態環境需水量。這種方法以徑流百分比為標準設8個等級來評價河流汛期、非汛期生態環境需水狀況，以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，年平均流量的30%作為水生生物的滿意流量。

月（年）保證率設定法是根據系列水文統計資料，在不同的（月）年保證率前提下，以不同的天然年徑流量百分比作為河道環境水量的等級，分別計算不同保證率、不同等級的月（年）河道基本環境需水量，并以此作為約束條件，計算相應的不同水質污染排放量及污水排放量，以滿足河流的納污功能。

最枯月平均流量法采用90%保證率最枯連續7 d的平均水量作為河流最小流量設計值[4]。

（5）農村河道水資源需求量計算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD為農村河道水資源需求量，m3；Wa為灌溉用水量，m3；Wb為農村生活綜合用水量，m3；Wc為農村工業用水量，m3；Wd為河道生態需水量，m3。

2.3 農村河道水資源供需分析

農村河道水資源的供需狀況通過水資源供需平衡指數來反映，水資源供需平衡指數的表達式為：

CRW= （9）

式中，CRW為農村河道水資源供需平衡指數；WS為區域水資源可利用量，m3； WD為區域水資源需求量，m3。CRW<1，此時區域水資源可利用量大于區域水資源需求量，說明此時農村河道的水資源是滿足該農村地區用水需求；CRW>1，此時區域水資源可利用量少于區域水資源需求量，說明農村河道水資源出現短缺，不能滿足用水要求；CRW=1，此時區域水資源可利用量恰好等于區域水資源需求量，說明農村河道水資源量恰好滿足周邊區域水資源的需求。

3 白馬岔河水資源承載力評價

3.1 白馬岔河水資源供水計算

水資源可利用總量是指在可預見的時期內，在統籌考慮生活、生產和生態環境用水的基礎上，通過經濟合理、技術可行的措施在當地水資源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白馬河的水資源可利用總量的計算，可采取地表水水資源可利用量估算，即取白馬河的天然河川徑流量來表示。經統計，河道來水年平均流量模數N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面積為4.087 km2，均為區間平水，于是由公式（1）可以計算得到白馬河的水資源可利用總量為3.5×108 m3·a-1。

3.2 水資源需水量計算

（1）農業用水量

岔河農業用水量包含兩個部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽養殖用水量。通過有關統計資料顯示，該地區的農業用水量為0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白馬鎮人口規模 3.87萬人，人均用水定額為200 L·d-1，經計算該地區生活用水量為2.8×104 m3·a-1。

（3）工業用水量

白馬鎮年工業產值為3 200萬元·a-1，經查該地區萬元產值用水定額為25 m3·萬元，該地區工業用水重復率為75%，經公式（6）～（7）計算該地區的年工業用水量為0.07×108 m3·a-1。

（4）生態需水量

為維持河道生態系統，離不開河道來水，河道徑流是維持河流生態系統的生命線，通常以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，因此可以由已知河流的流量計算出河流的生態需水量為0.7×108 m3·a-1。

綜上述分析，白馬岔河流域的大致需水量WD為1.02×108 m3·a-1。

3.3 計算白馬河的水資源供需平衡指數CRW

經計算，該地區水資源平衡指數CRW為0.29<1，說明該地區水資源利用量可以滿足目前該地區水資源需水量，該地區水資源的承載力尚能滿足該地區經濟的發展。該實例表明，農村河道水資源承載力評價模型在白馬岔河整治規劃中得到了較好運用。

參考文獻：

[1] 袁鷹.淺談水資源承載能力研究進展與發展方向[J].中國水利水電科學研究院學報，2006，4（1）：62-67.

[2] 張麗，董增川，張偉.水資源承載能力研究進展與展望[J].水利水電技術，2003，34（4）：1-4.

[3] 余衛東，閔慶文，李湘閣.水資源承載能力研究的進展與展望[J].干旱區研究，2003，20（1）：60-65.

[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水資源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

[7] 蘇曉麗.論合理利用水資源及節水對策[J].天津農業科學，2012（2）：111-113.

[8] 謝勝波，閻永康.山西水資源可持續利用分析[J].山西農業科學，2008（5）：3-6.

[9] 王曉燕，郭小軍.包頭市水資源現狀及思考[J].內蒙古農業科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，張虎，張龍，等.寧城縣水資源總體現狀及存在的問題[J].內蒙古農業科技，2013（4）：132-133.

Tennant法是以年平均流量百分數為標準提出河推薦流量，并以此作為河道的生態環境需水量。這種方法以徑流百分比為標準設8個等級來評價河流汛期、非汛期生態環境需水狀況，以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，年平均流量的30%作為水生生物的滿意流量。

月（年）保證率設定法是根據系列水文統計資料，在不同的（月）年保證率前提下，以不同的天然年徑流量百分比作為河道環境水量的等級，分別計算不同保證率、不同等級的月（年）河道基本環境需水量，并以此作為約束條件，計算相應的不同水質污染排放量及污水排放量，以滿足河流的納污功能。

最枯月平均流量法采用90%保證率最枯連續7 d的平均水量作為河流最小流量設計值[4]。

（5）農村河道水資源需求量計算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD為農村河道水資源需求量，m3；Wa為灌溉用水量，m3；Wb為農村生活綜合用水量，m3；Wc為農村工業用水量，m3；Wd為河道生態需水量，m3。

2.3 農村河道水資源供需分析

農村河道水資源的供需狀況通過水資源供需平衡指數來反映，水資源供需平衡指數的表達式為：

CRW= （9）

式中，CRW為農村河道水資源供需平衡指數；WS為區域水資源可利用量，m3； WD為區域水資源需求量，m3。CRW<1，此時區域水資源可利用量大于區域水資源需求量，說明此時農村河道的水資源是滿足該農村地區用水需求；CRW>1，此時區域水資源可利用量少于區域水資源需求量，說明農村河道水資源出現短缺，不能滿足用水要求；CRW=1，此時區域水資源可利用量恰好等于區域水資源需求量，說明農村河道水資源量恰好滿足周邊區域水資源的需求。

3 白馬岔河水資源承載力評價

3.1 白馬岔河水資源供水計算

水資源可利用總量是指在可預見的時期內，在統籌考慮生活、生產和生態環境用水的基礎上，通過經濟合理、技術可行的措施在當地水資源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白馬河的水資源可利用總量的計算，可采取地表水水資源可利用量估算，即取白馬河的天然河川徑流量來表示。經統計，河道來水年平均流量模數N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面積為4.087 km2，均為區間平水，于是由公式（1）可以計算得到白馬河的水資源可利用總量為3.5×108 m3·a-1。

3.2 水資源需水量計算

（1）農業用水量

岔河農業用水量包含兩個部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽養殖用水量。通過有關統計資料顯示，該地區的農業用水量為0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白馬鎮人口規模 3.87萬人，人均用水定額為200 L·d-1，經計算該地區生活用水量為2.8×104 m3·a-1。

（3）工業用水量

白馬鎮年工業產值為3 200萬元·a-1，經查該地區萬元產值用水定額為25 m3·萬元，該地區工業用水重復率為75%，經公式（6）～（7）計算該地區的年工業用水量為0.07×108 m3·a-1。

（4）生態需水量

為維持河道生態系統，離不開河道來水，河道徑流是維持河流生態系統的生命線，通常以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，因此可以由已知河流的流量計算出河流的生態需水量為0.7×108 m3·a-1。

綜上述分析，白馬岔河流域的大致需水量WD為1.02×108 m3·a-1。

3.3 計算白馬河的水資源供需平衡指數CRW

經計算，該地區水資源平衡指數CRW為0.29<1，說明該地區水資源利用量可以滿足目前該地區水資源需水量，該地區水資源的承載力尚能滿足該地區經濟的發展。該實例表明，農村河道水資源承載力評價模型在白馬岔河整治規劃中得到了較好運用。

參考文獻：

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[2] 張麗，董增川，張偉.水資源承載能力研究進展與展望[J].水利水電技術，2003，34（4）：1-4.

[3] 余衛東，閔慶文，李湘閣.水資源承載能力研究的進展與展望[J].干旱區研究，2003，20（1）：60-65.

[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水資源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

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[9] 王曉燕，郭小軍.包頭市水資源現狀及思考[J].內蒙古農業科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，張虎，張龍，等.寧城縣水資源總體現狀及存在的問題[J].內蒙古農業科技，2013（4）：132-133.

Tennant法是以年平均流量百分數為標準提出河推薦流量，并以此作為河道的生態環境需水量。這種方法以徑流百分比為標準設8個等級來評價河流汛期、非汛期生態環境需水狀況，以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，年平均流量的30%作為水生生物的滿意流量。

月（年）保證率設定法是根據系列水文統計資料，在不同的（月）年保證率前提下，以不同的天然年徑流量百分比作為河道環境水量的等級，分別計算不同保證率、不同等級的月（年）河道基本環境需水量，并以此作為約束條件，計算相應的不同水質污染排放量及污水排放量，以滿足河流的納污功能。

最枯月平均流量法采用90%保證率最枯連續7 d的平均水量作為河流最小流量設計值[4]。

（5）農村河道水資源需求量計算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD為農村河道水資源需求量，m3；Wa為灌溉用水量，m3；Wb為農村生活綜合用水量，m3；Wc為農村工業用水量，m3；Wd為河道生態需水量，m3。

2.3 農村河道水資源供需分析

農村河道水資源的供需狀況通過水資源供需平衡指數來反映，水資源供需平衡指數的表達式為：

CRW= （9）

式中，CRW為農村河道水資源供需平衡指數；WS為區域水資源可利用量，m3； WD為區域水資源需求量，m3。CRW<1，此時區域水資源可利用量大于區域水資源需求量，說明此時農村河道的水資源是滿足該農村地區用水需求；CRW>1，此時區域水資源可利用量少于區域水資源需求量，說明農村河道水資源出現短缺，不能滿足用水要求；CRW=1，此時區域水資源可利用量恰好等于區域水資源需求量，說明農村河道水資源量恰好滿足周邊區域水資源的需求。

3 白馬岔河水資源承載力評價

3.1 白馬岔河水資源供水計算

水資源可利用總量是指在可預見的時期內，在統籌考慮生活、生產和生態環境用水的基礎上，通過經濟合理、技術可行的措施在當地水資源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白馬河的水資源可利用總量的計算，可采取地表水水資源可利用量估算，即取白馬河的天然河川徑流量來表示。經統計，河道來水年平均流量模數N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面積為4.087 km2，均為區間平水，于是由公式（1）可以計算得到白馬河的水資源可利用總量為3.5×108 m3·a-1。

3.2 水資源需水量計算

（1）農業用水量

岔河農業用水量包含兩個部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽養殖用水量。通過有關統計資料顯示，該地區的農業用水量為0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白馬鎮人口規模 3.87萬人，人均用水定額為200 L·d-1，經計算該地區生活用水量為2.8×104 m3·a-1。

（3）工業用水量

白馬鎮年工業產值為3 200萬元·a-1，經查該地區萬元產值用水定額為25 m3·萬元，該地區工業用水重復率為75%，經公式（6）～（7）計算該地區的年工業用水量為0.07×108 m3·a-1。

（4）生態需水量

為維持河道生態系統，離不開河道來水，河道徑流是維持河流生態系統的生命線，通常以年平均流量的10%作為水生生物生長的低線，因此可以由已知河流的流量計算出河流的生態需水量為0.7×108 m3·a-1。

綜上述分析，白馬岔河流域的大致需水量WD為1.02×108 m3·a-1。

3.3 計算白馬河的水資源供需平衡指數CRW

經計算，該地區水資源平衡指數CRW為0.29<1，說明該地區水資源利用量可以滿足目前該地區水資源需水量，該地區水資源的承載力尚能滿足該地區經濟的發展。該實例表明，農村河道水資源承載力評價模型在白馬岔河整治規劃中得到了較好運用。

參考文獻：

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[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水資源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

[7] 蘇曉麗.論合理利用水資源及節水對策[J].天津農業科學，2012（2）：111-113.

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[9] 王曉燕，郭小軍.包頭市水資源現狀及思考[J].內蒙古農業科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，張虎，張龍，等.寧城縣水資源總體現狀及存在的問題[J].內蒙古農業科技，2013（4）：132-133.