成都市生態用水情況分析研究

孫林博雷孝章張璐

（1四川大學水利水電學院 四川成都 610065 2四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室 四川成都 610065）

成都市生態用水情況分析研究

孫林博1雷孝章2張璐2

（1四川大學水利水電學院 四川成都 610065 2四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室 四川成都 610065）

為確切了解目前成都市生態用水量的基本情況，該研究從生態用水的基本概念出發，提出應用較廣泛且適合本研究的生態用水的概念，利用水量平衡原理，推導出研究區生態用水計算公式；經計算，成都市可提供的年平均生態用水量為61.97×108m3，通過分析成都市水資源的組成情況，成都地區生態用水量占水資源總量的68%，說明研究區系統本身生態需水量較大，為本地區水資源利用及規劃提供參考。

成都市；生態用水；水量平衡

1 生態用水概念

通過對已有的文獻總結，結合研究區水資源的特點，歸納出生態用水指在特定的時空范圍內，生態系統維持一定的穩定狀態所消耗的、不作為社會和經濟用水的水資源量，包括地表水、地下水和土壤水。屬于用水范疇，反應生態系統歷史或現狀的用水水平，表征系統客觀供給能力；生態用水是從供水的角度來研究生態用水與水資源之間的關系，屬于總水資源的組成部分。系統生態用水量的多少受到其他用水單位的影響，在水資源總量一定的情況下，其他用水單位用水量越少，可提供給的生態用水量就越多，系統實際使用的生態用水就越多；反之，越少。因此生態用水量是一個變化的動態值。

生態用水是系統可供給水量，不一定是系統合理的需求量，在水資源相對匱乏的地區這一特點表現得更加突出。本文認為根據區域水量平衡計算，從水資源總量中扣除生產生活用水即為系統實際供給或有能力供給的水量——生態用水量，該部分生態用水主要用于河道外生態用水和河道內生態用水兩部分。

2 水量平衡計算基本原理

地球上任一區域或在一定時段內，進入的水量與輸出的水量之差等于該地區內的蓄水變化量，這一關系叫做水量平衡。水循環是說明水文現象運動變化等性質的最好形式，進行水量平衡研究有助于了解水循環各要素的數量關系，估計地區水資源數量，分析水循環各要素之間的相互關系，可以利用物質不滅定律，對任意時段內、任意流域建立水量平衡關系。

根據水量平衡定義，可以從流域、水資源管理等不同角度建立水量平衡關系式。

從流域角度，對于任何流域（包括閉合流域和非閉合流域），水量平衡關系式如下：

式中，I為流域內輸入水量；A為流域內輸出水量；ΔW為研究時段流域內蓄水變化量，可為正負，在多年情況下，蓄水變化量將趨近于0。

水文學中，流域分為閉合流域和非閉合流域兩種，區別標準為流域地下水分水線與地面水分水線是否重合。在非閉合流域中，流域內輸入水量包括流域內降水、流域外輸入徑流，即I=P+R；流域內輸出水量包括蒸發損失量、輸出流域徑流量，即A=E+R’。在閉合流域中，可視為流域輸入水量僅為降水量，即I=P。

從水資源管理的角度分析，提高水資源的有效利用率旨在保護水資源可持續開發利用、充分發揮水資源的效益以及在滿足用水戶對水量和水質要求的前提下，使水資源最大的發揮其社會、環境、經濟等綜合效益。

從水資源管理角度，通過供水與用水之間的關系建立水量平衡方程[2]。平衡方程如下：

式中，Wt為研究區總水資源量或總供水量；Ut為研究區總用水量。

總水資源量就是地表徑流與地下徑流之和扣除兩者重復計算的水量，加上調入水量減去調出水量，計算式如下：

式中，Rs為研究區地表徑流量；Rg為研究區地下徑流量；Rr為研究區地表徑流與地下徑流重復計算的水量；Wi為外流域調入研究區水量；We為從研究區調出水量。

用水按照不同用途可以分為生活用水、生產用水和生態用水，即“三生”用水以及外流域調出水量。在進行水量統計時需要注意，生產生活用水的一部分將回歸到地表水或地下水中，如農業灌溉用水、經污水廠處理的污水等，因此生產生活用水應按照耗水量進行計算。耗水量是用水消耗量的簡稱，是指在水的輸送過程中，通過蒸騰、蒸發、土壤吸收、產品帶走、居民和牲畜飲水等形式消耗掉的，而不能回歸到地表水體或者地下含水層的水量[2]耗水率是耗水量與實際供水量的比值，反應出對水資源的利用效率，該值與當地經濟技術水平相關聯，經濟技術越發達耗水率應更高。耗水率可以通過大量數據統計獲得。

因此，總用水等于生產、生活耗水量、生態用水量，計算式如下：

式中，Ud為生活用水量；Up為生產用水量；Ue為生態用水量；λd為生活用水耗水率；λp為生產用水耗水率。

水量平衡方程不管從流域水量平衡角度，還是水資源管理角度建立其實質都是一致的。根據水量平衡方程、研究區各用水時段（月）和來水時段（月），即可求出區域不同時段生態用水，即：

3 研究區生態用水計算方法

本文以成都市為例，統計分析成都市生態用水情況。區域生態用水量需要通過水量平衡計算，但由于水資源量和用水量包含的內容很多，且部分資料獲取困難、計算過程比較復雜，需要根據研究區特點，進行適當的假設和簡化，進而求出各組成部分的來水量或用水量。

3.1 研究區概況

研究區域以岷江流域成都地區西面以邛崍山為界，西南面南河流域以長丘山分水嶺為界，東面、東南面以龍泉山為界，北部都江堰市以白沙河分水嶺為界與岷江和沱江流域相隔。研究區僅南面岷江出口和東北面毗河、青白江等沱江出口，北面為區域岷江進口，因此扣除岷江調往沱江水量后認為研究區域是封閉流域。

研究區地下水特點：從近年（2005年～2012年）成都市水資源公報來看，成都市地下水埋深年初與年末相對穩定，大部分地區處于平衡狀態。

根據以上對研究區的特點分析，提出以下基本假設：

（1）假設成都市地下水徑流平衡，研究區滿足水量平衡原理。

（2）農業用水以灌溉用水進行計算。

（3）區間蒸發水量包含到農業用水、植被生態用水中，不單獨考慮。

3.2 研究區生態用水的計算公式推導

根據基本假設，研究區水資源量包括兩部分，即岷江上游來水Ws和研究區區間降水Wp，并且需扣除研究區出口彭山站下泄水量Wx和往外流域沱江的調出水量We；用水量由生產用水Up、生活用水Ul、生態用水Ue三部分組成，其中生產用水包括第一產業用水（農業灌溉用水）、第二、三產業用水；生活用水包括城鎮、農村人口和牲畜生活用水。生產生活用水計算時需考慮耗水率問題。

根據水量平衡計算式，生態用水計算公式表述如下：

4 研究區用水量統計與分析

根據水量平衡原理，研究區可提供的生態用水為水資源總量與生產生活用水量的差值。經統計分析研究區在計算水平年可提供的生態用水量為61.97×108m3，生態用水計算過程、水資源量、生產生活用水量及相應耗水量按月份統計見下表：

表1 研究區生態用水統計匯總表單位：億立方米

圖1 生產、生活、生態用水組成圓餅圖

根據上表知，生產生活用水和生態用水之和為系統可供給的水資源總量，生態用水受到生產生活用水的影響，當水資源總量供給一定、生產生活用水量增加時，將擠占一部分生態用水，生態用水隨之減少；反之，增加。因此，生態用水實質上是系統可供給水量，是一個相對的、變化的量。在水資源調配中需要在有限水資源量的前提下，合理安排生產生活用水，保證一定的生態用水，使之滿足生態需水需求。

根據“三生”用水量組成圓餅圖可知，在計算水平年研究區可供給水資源總量為91.04×108m3，其中生產用水25.30×108m3，占用水總量的28%；生活用水3.77×108m3，占用水量的4%；生態用水量61.97×108m3，占用水總量的68%。可以看出，生態用水所占比例較大，其原因有兩種：其一是研究區水資源供應充足時，生產生活用水量一定，生產生活用水份額相應減少，生態用水份額隨之增加而較大；其二研究區系統本身生態用水需求就比較大，生態用水所占份額隨之較大。

5 結語

生態用水量及其占總水資源中的份額都比較大，從概念上看，本文認為生態用水是系統可供給水量，即該水量不一定被全部利用，關鍵看需水情況，大致能說明區間水資源豐富；對于研究區區間蒸發量大部分計入了生態用水中，少部分計入農業生產用水中，本文從水量平衡角度，將城市植被的灌溉用水、河道基流需水以及天然植被的需水全部考慮在內，可以為本地區水資源利用及規劃提供參考。

[1]瞿倫強.論成都的環境用水和生態環境建設 [J].四川環境, 1997，16（1）：51-55.

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[4]楊愛民,唐克旺,等.生態用水的基本理論與計算方法[J].水利學報,2012,（12）：39-45.

[5]呂明強,都金康.城市水文與水資源導論[M].北京：中國科學技術出版社,1993：163-175.

[6]田英,楊志峰,劉靜玲,等.城市生態環境需水量研究[J].環境科學學報，2003,23（1）：100-106.

[7]Gleick PH，Water in crisis：Paths to sustainablewateruse[J].EcologicalApplications，1998，8（3）：571-579.

孫林博（1991—），男，漢族，河南南陽人，碩士研究生，研究方向：水土保持。