水資源可持續利用對社會發展影響研究

李丹丹，張建瑞，杜華明

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院，河南鄭州450045）

我國水資源總量約為28000×108m3，居世界第四位，但人均水資源量只有2000m3，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，在世界名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。受季風氣候影響，我國水資源空間分布差異大，與人口、耕地的分布不相匹配，水資源供需矛盾日益突出。水利部部長陳雷指出，全國水資源缺水量達400×108m3，近2/3的城市存在不同程度的缺水，全國農村飲水不安全人口仍有2.03億人，近1億城鎮人口受水量及水質不安全的影響。2014年全國廢污水排放量771×108t，水功能區達標率僅為51.8%。水資源短缺和水環境惡化已嚴重影響了我國經濟社會的可持續發展。

近年來，水資源領域以可持續利用為基本原則，重點從雨水資源化、水資源合理配置和廣義水資源3個方面研究其與社會經濟、區域發展和人民生活之間的關系。雨水資源化的研究進展迅速，理論體系完整、技術較成熟，廣泛應用于解決水資源短缺問題；水資源合理配置，是從管理角度對分質供水、水資源優化利用等方面的問題進行探討，近幾年已經成為研究熱點。廣義水資源是2002年由王浩院士首先提出的，內涵已經較為明確，但研究中尚有較多問題亟需解決，近年來相關研究人員已對此做了多方面探索，但理論體系尚不完整，且計算方法復雜，在水資源評價及規劃中的應用較少，但其豐富的內涵必將為解決水資源短缺問題提供新的理論和技術方法。因此，本文重點分析雨水資源化、水資源合理配置及廣義水資源對社會發展的影響。

1 雨水資源化

在公元前2000年以前，已經出現了雨水資源利用的先例，在水資源貧乏的涅杰夫沙漠地區，中東地區的納巴特人（Nabateans）把通過高地匯流而下的雨水經引水道匯集起來，用以生活或農業。隨后，阿富汗等地處干旱半干旱地區的國家也相繼推廣使用了此類方法。自20世紀60年代以來，日本、美國等國家在雨水收集及利用方面進行了大量研究，如日本修筑集流面收集雨水后回灌地下水；而美國、墨西哥等國家對增強集流效果實現了一定改進，采用塑料薄膜鋪設、金屬板覆蓋等方式對集水面進行處理，然而所需費用相對較高。目前，發達國家在雨水利用方面常見的方式是通過在庭院較低處修建蓄水池，用以收集屋頂及院內匯流，再將其用于綠化澆灌等對水質要求不高的地方[1]。在全球化的今天，水資源的匱乏和分布不均衡，促進了全球多數地區對雨水利用的研究與探索，在各方的協同合作下，成立了國際雨水集流系統協會（IRCSA）。

我國自古即有對雨水資源的利用，曾在黃河流域創造出諸多雨水收集利用的實踐和經驗，多應用于干旱半干旱地區的農業灌溉和人畜飲水。20世紀50～60年代，就地攔蓄利用技術應運而生，如魚鱗坑、隔坡梯田等。近年來，隨著水資源問題的突出，雨水資源的利用已受到普遍關注，國家“九五”、“十五”科技項目中關于“雨水利用”及相關課題，均取得了一系列研究成果，甘肅“121”工程、陜西“甘露工程”、山西“123”工程及寧夏“窖窯工程”等雨水集流利用工程也得到了實施。目前，我國城市雨水資源化雖有了一定程度的發展，但依舊缺乏系統的研究和應用。

雨水資源化有自然資源化過程和人工資源化過程2種利用途徑，城市雨水資源化屬人工資源化的過程。趙廷紅等[2]認為加大城市雨水資源化的基本途徑有3個途徑：就地入滲、儲留雨水和雨水回灌。雨水資源須先經下墊面分配轉化為地表水、土壤水和地下水后，才能被利用。雨水資源的可實現潛力與雨水資源本身的性質及人類利用雨水的能力有關。其研究結果為城市雨水資源的綜合利用、城市雨洪的有效控制以及減少雨洪災害損失的研究提供思路和方法。趙西寧等[3]提出了雨水資源化的理論潛力、可實現潛力和現實潛力，重點研究了雨水資源化潛力與其主要影響因子間的定量關系，構建雨水資源化潛力計算模型及雨水資源化后對區域環境影響的互動模型，得出區域雨水資源合理安全開發量。曹連海等[4]認為城市雨水資源化屬于城市環保和水資源可持續利用的范疇，是解決未來城市水資源短缺的重要途徑之一，只有在政府的領導和協調下，制定相關法律政策，才能有效地推進解決。

經過數十年的理論發展與實踐研究證明，雨水資源化是一種高效農業用水方式，不僅把被動抗旱轉變為主動抗旱，也是對傳統旱地農業的繼承與發展，已經成為水資源綜合管理中一個不可或缺的重要組成部分和現代節水農業發展的戰略基礎性工作之一。

2 水資源合理配置

水資源合理配置是在總量一定的情況下，對不同空間、不同時間和不同用水戶之間進行科學分配，實現效益最大化，分配的合理性程度極大的影響了可持續利用實現的可能。水資源短缺地區對資源利用的競爭促使人們重視對水資源進行合理配置，隨著社會對可持續發展的重視，在水資源富足的地區也應該適當開展水資源合理配置的工作。

20世紀80年代以來，水資源的社會經濟屬性隨著我國經濟社會的快速發展越來越明顯，水資源合理配置與區域宏觀經濟的關系也越來越密切。在以往的研究中出現的“以需定供”和“以供定需”等單一分析方式都分開考慮水資源的供需，缺乏對水資源供需平衡與區域經濟發展的動態協調的重視等。為了彌補以上弊端，基于宏觀經濟的以協調區域經濟發展和水資源供需動態平衡為目的的水資源優化配置理論研究應運而生。20世紀90年代，我國一些地區特別是西北地區對水資源的過度開發利用改變了其原有的水循環結構和過程，引發了一系列生態環境問題。2000年以后，由于流域水資源調配格局不當引發經濟和生態環境問題，黃河連續10年斷流引起了黨和國家領導人的高度關注，水資源合理配置及可持續發展成為社會關注的焦點。

20世紀80年代初，以華士乾為首的課題研究組基于對水量的區域分配、水資源利用效率、水利工程建設次序及水資源開發利用對國民經濟發展的作用等的考慮，利用系統工程法對北京地區水資源進行了研究，并在國家“七五”重點科技攻關項目中加以完善并應用，成為我國水資源配置研究的雛形。“八五”國家重點科技攻關專題“華北地區宏觀經濟水資源規劃理論與方法”形成了基于宏觀經濟的區域水資源合理配置理論。“九五”國家重點科技攻關項目“西北地區水資源合理開發利用與生態環境保護研究”中，水資源-社會經濟-生態環境系統被拓展到水資源配置范疇里，配置對象也進一步發展為同時配置生態環境和國民經濟用水，并提出生態需水量計算方法。王浩等[5]在“黃淮海水資源合理配置研究”中，首次提出水資源“三次平衡”的配置思想，系統地闡述了基于流域水資源可持續利用的系統配置方法。尹明萬等[6]根據國家新時期的治水方針及“三先三后”原則，結合河南省水資源綜合規劃試點項目，首次建立了基于河道內與河道外生態環境需水量的水資源配置動態模擬模型，在規劃思想理論、模型技術、仿真和求解方法上都是一種創新和突破。大系統分解協調理論、復雜適應系統理論以及可持續發展理論、模擬技術、優化技術等現代規劃技術手段也被融合應用于水資源配置之中，并建立了優化配置模型和求解方法[7]。嚴登華（2007）、劉丙軍（2007）、吳澤寧（2007）等初步研究了水質水量的聯合調控與分配，并提出了分質供水等的計算方法。

總之，經過專家學者們的不懈努力，我國水資源合理配置的研究從無到有，并逐步走向成熟。

3 廣義水資源

廣義水資源是近幾年基于以往的水資源研究中僅考慮地表水、地下水，而不考慮土壤水的基礎上而誕生的。在天然水的循環過程中，水資源運行的人工系統和天然系統會得到一定的補充和更新，其中可以被有效利用的部分稱為廣義水資源。而在這個過程中，能起到相應作用的來源是大氣降水。廣義水資源分別在地表水、地下水、土壤水中賦存。從開發利用的角度分析，廣義水資源又可以分為可利用、低效利用、無法利用3類。其中可利用部分是指能通過工程開發利用的地表水、地下含水層中的徑流性水資源；低效利用部分是指能通過調控水資源利用模式被生態系統直接吸收利用，而無法直接利用的部分水分；無法利用部分是指在裸地、沙漠等地區的少量降水，只能通過蒸發等方式消耗[8]。

2002年，王浩院士首先提出了廣義水資源理論。裴源生等[9]探討了廣義水資源合理配置的理論內涵、配置系統及目標、研究框架、調控機制、全口徑供需平衡分析方法和后效性評價體系，并指出廣義水資源高效利用的研究對象應為區域水資源-經濟-生態這個復合大系統，在有效性、公平性及可持續性原則的基礎上，以水循環模擬為基礎，廣義水資源合理配置為手段，圍繞廣義水資源在經濟和生態系統的服務功能與過程，對廣義水資源利用模式進行科學調控，實現廣義水資源的高效利用。賈仰文等[10]提出了基于分布式流域水循環模型WEP-L的廣義水資源評價方法和具體計算公式，并提出了根據廣義水資源各構成部分在循環利用過程中是否發揮了關鍵功效來初步界定“高效水量”和“低效水量”的評價方法。目前廣義水資源還在探索階段，其發展前途及對社會發展的影響尚待進一步觀察。

4 結論

（1）我國是一個水資源嚴重短缺的國家，水資源短缺已經嚴重威脅到我國的人民生活、經濟發展和社會進步。水資源可持續利用，為解決水資源短缺問題提供了科技支撐和途徑。

（2）雨水資源化的研究進展迅速，理論體系完整、技術較為成熟，被廣泛用于解決水資源短缺問題；水資源合理配置，是從管理的角度來探討分質供水、水資源優化利用等方面的問題，近幾年已經成為研究熱點。雨水資源化和水資源合理配置被廣泛用于解決水資源問題，已經取得了重大的社會效益、經濟效益和生態環境效益。

（3）廣義水資源內涵已經較為明確，研究中尚有較多問題亟待解決。近年來研究人員已經做過多方面探索，但理論體系尚不完整，計算方法復雜，在水資源評價及規劃中應用較少，但其豐富的內涵必將為解決水資源短缺問題提供新的理論和技術方法。

[1] 任楊俊,李建牢,趙俊俠.國內外雨水資源利用研究綜述[J].水土保持學報,2000,14(1):88-92.

[2] 趙廷紅,牛爭鳴.實現城市雨水資源化的基本途徑[J].中國給水排水,2001,17(10):56-58.

[3] 趙西寧,吳普特,馮浩,等.基于GIS的區域雨水資源化潛力評價模型研究[J].農業工程學報,2007,23(2):6-10.

[4] 曹連海,馬莎,陳南祥，等.論城市雨水資源化的發展現狀與對策[J].華北水利水電學院學報：社科版,2005,21(3):110-112.

[5] 王浩，秦大庸，王建華,等.黃淮海流域水資源合理配置[M].北京:科技出版社,2003.

[6] 尹明萬,謝新民,王浩,等.安陽市水資源配置系統方案研究[J].中國水利,2003,488(7):14-16.

[7] 王浩,游進軍.水資源合理配置研究歷程與進展[J].水利學報,2008,39(10):1168-1175.

[8] 裴源生,趙勇,張金萍,等.廣義水資源高效利用理論與實踐[J].水利學報,2009,40(4):442-448.

[9] 裴源生,趙勇,張金萍.廣義水資源合理配置研究(Ⅰ)——理論[J].水利學報,2007,38(1):1-7.

[10] 賈仰文,王浩,仇亞琴.基于流域水循環模型的廣義水資源評價(I)——評價方法[J].水利學報,2006,37(9):1051-1055.