基于水環境安全的區域水資源承載力研究——以河北省邢臺市為例

韓冬梅，李國寧

(1．石家莊市環資土地規劃研究所，河北石家莊050021;2．河北省工程咨詢研究院，河北石家莊050051)

水是支撐地球社會系統發展不可代替的生命之源，隨著人口劇增和經濟的迅速發展，水資源需求量大幅度增加，水資源短缺越來越成為各國最為突出的問題之一［1］。因此，進行水資源承載力研究，具有重大的現實意義。國內外水資源承載力的研究主要集中在資源學科領域和地理環境學科領域，研究的角度大多是綜合考慮多方面的影響因素，對一個地區的水資源承載力作出系統評價，并借助可持續發展的思想，應用已有的和創新的方法來解決水資源承載力的問題［2－4］。然而，水資源承載力的研究往往只偏重于社會經濟系統，而忽視了水資源在生態系統層次上的完整效用價值，特別是對維持生態環境穩定以及進行生態恢復的生態用水量研究較少［5－6］。從保護生態環境，保障生態安全，促進社會經濟可持續發展的的角度考慮，加強對生態環境需水量的研究，保證一定的生態環境用水是非常有必要的［7］。

在我國，生態環境需水問題的研究剛剛起步，對于生態需水量研究只停留在定性階段，如何確定生態需水量研究較少［8］。筆者以河北省邢臺市為例，從保障水環境安全出發，以滿足水環境容量為基礎，以水質達標為目的，定量研究了區域生態環境需水量，在此基礎上對水資源承載力進行了分析，并就水資源的可持續利用提出了若干意見和建議。

1 研究區概況

邢臺市位于河北省南部，總面積12 456 km2。地勢西高東低，西部為山區丘陵，占全市總面積的28%，東部為平原，占全市總面積的72%。氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明、寒暑懸殊，多年平均降水量530．6 mm，主要集中在6～9月，占全年降水量的75%～80%。河流屬于海河流域子牙河和黑龍港兩大水系，共有行洪排瀝河道20余條。全市水資源總量12．5億m3，其中地表水資源量5．5億m3，地下水資源量9．9億m3，重復計算量2．9億m3。水資源可利用量，平水年(P=50%)12．20億 m3，偏枯年(P=75%)9．79億m3。2005年全市用水總量為18．8億m3，其中農業用水13．6億 m3，工業用水2．1 億 m3，生活用水2．7 億 m3，其他用水0．4億m3，用水量已超過全市多年平均水資源量的50．46%。

2 生態環境需水量分析

目前對生態需水相關概念的名稱和認識并不統一，不同學者對此就有生態需水、環境需水和生態環境需水等不同使用名稱。一些學者從生態學和環境科學的基本原理出發，對以上概念進行了詳細區分。該研究中使用的生態環境需水定義為:在特定的生態保護和環境建設目標下，為維持生態系統主要功能所必須滿足的特定水質要求下的基本水量。因此，未對生態需水和環境需水的概念加以區分，只強調滿足當前生態環境保護目標下的最低水量需求［9－10］。

邢臺市于2004年出臺了《邢臺市地面水環境功能區劃分》，從保證人民身體健康、保護水生生態系統和保障水環境安全的角度出發，確定了轄區內所有河流及大中型水庫的水質標準。按照現有的社會經濟發展水平，可以說滿足這一水質目標，基本上就能保證該地區的水環境安全。因此，這一標準的制定為生態環境需水量的確定提供了有利依據［11］。從保障水環境安全的角度出發，以滿足水環境質量標準為目標，采用水環境容量計算方法，對最低生態環境需水量進行了定量研究。

2．1 污染物入河量調查 合理統計污染物入河量是準確確定生態環境需水量的重要一步。污染物入河量調查工作主要采用調查研究區入河排污口的廢污水排放量的方式進行。在全市范圍內，共調查入河排污口207個，基本涵蓋了全市主要生活和工業污水排放源。各類水體主要污染物濃度限值見表1。研究區主要河流的納污情況見表2［12］。該研究中不僅需要了解各條河流的納污情況，還要反映污水排放對河流污染的影響情況。因此在對各排污口水量進行長年統計的同時，又對各排污口的主要污染物進行長期監測，監測項目主要為COD和氨氮2項，監測統計結果見表2。

2．2 水質目標的確定 《邢臺市地面水環境功能區劃分》對研究區內主要河流的水質目標作了明確規定(表2)。邢臺市各納污河流以Ⅳ類水體為主，上游部分河段為Ⅱ類水體。

表1 各功能區水體污染物濃度限值 mg/L

表2 2005年邢臺市主要河流納污情況調查統計表

2．3 生態環境需水量計算

2．3．1 假設條件。假設所有污水均在下游控制斷面上與上游來水直接混合，忽略陸源污染物在河流輸送過程中的衰減，即計算最不利條件下的需水量;假設各計算河段的流量和流速保持均勻一致，即穩態條件;假設污染物流動過程中，忽略由于斷面流速和濃度不均勻造成的縱向離散作用。

2．3．2 污染物稀釋所需水量。根據實際污染物排放量大小、污水稀釋目標的高低，來綜合確定單位污染物稀釋所需的水資源量，再計算總稀釋需水量，計算公式如下:

式中，Wi為區域i污染物稀釋所需的水量，m3;Qij為第j條河流中i污染物的年排放量，t/a;Cik為i污染物在k水質標準下的稀釋目標濃度，mg/L;ai為i污染物單位量，1 mg;qj為第j條河流的污水排放量，t/a;W為區域污染物稀釋所需的水量，m3。

計算結果表明(表3)，稀釋污染物COD所需水量為70 229．65萬 t/a，稀釋污染物氨氮所需水量為 67 378．14萬t/a。根據公式(2)，取每條河流中二者的最大值進行疊加，則得到區域污染物稀釋所需水量為79 829．37萬t/a。

2．3．3 區域生態環境需水量。污染物稀釋水量不等于區域生態環境需水量。一方面，由于存在河水的蒸發和下滲現象，導致河水不斷損失，使生態環境需水量大于污染物稀釋水量;另一方面，由于污染物在與河水混合過程中存在一定的降解作用，使河流中污染物濃度逐步降低，河水實際吸納的污染物量應該大于計算量，使生態環境需水量小于污染物稀釋水量。因此，從這兩個方面對污染物稀釋水量進行修正，從而得到生態環境需水量是很有必要的。但從目前來講，國內外這方面的研究很少，很難建立河流蒸發和下滲量與河流水量之間以及污染物與降解水量之間的定量關系。因此，考慮到二者對生態環境需水量影響的互補性，暫以污染物稀釋水量代替生態環境需水量。

表3 2005年區域污染物稀釋所需水量統計表 萬t/a

3 水資源承載力分析

采用供需分析法簡單估算目前邢臺市水資源承載能力，即根據區域水資源總量、可利用水資源量和水資源需求量，進行區域水資源供需平衡分析，估算承載能力或平衡指數。

3．1 水資源供給量統計 2005年邢臺市可利用水資源量為13．33億m3，其中地表水資源量3．18億 m3，地下水資源量9．05億 m3，引黃濟冀工程引水0．48億 m3，非常規供水(包括中水回用和微咸水利用)0．62億m3。

3．2 水資源需求量估算 2005年全市農業用水13．6億m3、工業用水2．1億m3、生活用水2．7億m3、其他用水(漁業、景觀用水)0．4億m3，社會經濟總耗水量達18．8億m3，用水缺口全部通過超采地下水獲得。加上計算的生態環境需水量，目前邢臺市的水資源總需求量應該為27億m3左右。

3．3 水資源承載力分析 在保證水環境安全的情況下，邢臺市目前的水資源需求量為27億m3/a左右，大概是該地區可用水量的2倍，水資源嚴重超載，供需矛盾突出。由于上游水庫的攔蓄作用，目前邢臺市境范圍內河流絕大多數常年干涸，基本上沒有生態環境用水，河水污染嚴重，且自凈能力不足。工業、農業及生活用水均以地下水為主，造成地下水嚴重超采。由于缺乏河流的有效補給，造成地下水位快速下降，長此以往，必將產生嚴重的用水危機。

4 對策與建議

針對目前邢臺市水資源利用中存在的問題，從保障水環境安全和保證水資源的可持續利用出發，提出了若干具有針對性的意見和建議。

4．1 節約用水 目前，邢臺市的用水效率很低，萬元GDP耗水276 m3，高于河北省和全國的平均水平。尤其農業是邢臺市的第一耗水大戶，普遍采用大水漫灌，水資源浪費嚴重。因此，解決水資源供需矛盾的首要措施是節水。節水的目的在于提高用水效率，降低用水定額。節水的部門主要包括農業、工業和生活用水3個方面。農業節水的途徑包括內部結構調整，提高渠系利用系數，降低單位灌溉定額，選用抗旱節水高產品種，實施作物節水、高產、低耗栽培技術方式。工業節水途徑包括調整工業結構，發展耗水工業，更新設備，推廣節水器具，改進生產工藝，提倡循環用水，減少對水資源的浪費。生活節水途徑主要包括更新節水器具，維修改造城市管網的輸、凈、配水利工程，降低其損失率，以及在住宅小區集中和大專院校集中的地區采用中水處理系統。

4．2 加快從外流域調水 邢臺市所在的華北平原，是我國水資源最缺乏的地區之一，加快從外流域調水是解決水資源供需矛盾的根本途徑。到2010年南水北調中線工程開始對邢臺市實施供水。根據我們的初步估算，在用水效率不斷提高的情況下，預計2010年還需從南水北調工程中取水10億m3，才能基本上保證用水需求。需要特別指出的是，南水北調水除作為城市生活用水外，剩余部分應該主要作為生態環境用水使用。

4．3 加強對水污染的控制 水污染物大量排放不僅造成地表水污染，也使生態環境用水量大幅增加。因此，治理水污染，減少污染物排放是緩解水資源供需矛盾的重要措施。水體污染物主要來自工業和生活污染源，農業污染源也不容忽視。因此，首先，應加強工業污染防治，確保工業污染源穩定達標排放;其次，應加大城市污水的治理力度，加快城市生活污水處理廠的建設步伐，完善城市生活污水處理廠的運行和監管機制;再次，應開展農業面源污染環境狀況調查，劃定化肥、農藥禁施區，制定農藥、化肥使用的減施計劃，進一步減少農藥、化肥污染;最后，應建立一套適合邢臺市情況的消除畜禽污染的管理制度和畜禽養殖污染防治計劃，將畜禽養殖審批和污染物排放納入環境管理工作，并有計劃地落實。

4．4 優化配置水資源 水資源優化配置原則是優先利用南水北調水量，合理利用當地地表水量，控制地下水開采量。南水北調中線工程實施后其水量將成為邢臺市城市供水的主要水源，因此盡可能以直供的方式按供水目標優先次序供給城市用水，當來水量滿足直供目標后還有余水時，分配給河流作為生態環境用水。當來水量與城市需水量相差較大時，通過當地山區水庫對南水北調水源進行補充與調劑，以減少供水缺口，若供水還不能滿足用水要求時再適當加大地下水開采量，但開采量應不超過現狀可開采能力。

5 結語

目前，國內外關于水資源承載力的研究很多，研究方法也層出不窮，并且將可持續發展的思想引入到該項研究中來，突出了水的生態環境價值。但是，由于目前對生態環境用水的認識并不統一，這方面的研究往往只停留在定性階段，定量研究的很少。水環境污染導致水質超標和水體的生態環境功能喪失已成為我國嚴重的生態環境問題，生態用水不足是導致這一問題的重要原因，因此從環境保護角度研究生態用水、保障生態用水是很有必要的。該研究以河北省邢臺市為例，從保障水環境安全的角度出發，依據地方政府制定的水環境質量標準，根據污染物排放情況，利用水環境容量模型，定量計算了生態環境需水量，并據此對水資源承載力進行了分析，初步實現了水資源與水環境管理的統一，具有一定的參考和借鑒價值。但是，該研究中還有諸多不足之處，如只考慮了水的環境價值未考慮其生態價值，將河水假定為均勻流體忽略了河水的年際和年內變化、忽略了污染物在河水中的降解作用等，這些方面對于準確計算生態環境需水量是必不可少的，有待進一步深入研究。

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