朝陽市水資源承載力研究

孟大鵬

(朝陽市朝陽縣水務局，遼寧 朝陽 122000)

水是維持地球生命系統和經濟社會發展的基礎資源，對水生態安全和可持續發展起到重要控制作用[1-5]。近年來，隨著經濟的快速發展和人口規模的擴大，居民生活和各行業用水量急劇增加，江河斷流、水體污染、水資源短缺和水生態功能退化等問題日趨突出，因此科學評價水資源承載力以及合理規劃區域發展，逐漸成為水文水資源領域的研究熱點。關于水資源承載力的研究，國內外學者比較側重于地理環境和資源學科領域，即綜合考慮各方面因素系統評價區域水資源承載力，對水資源承載力存在的問題利用可持續發展的思想和現有創新方法解決，相關研究主要集中于社會經濟系統，從生態系統角度考慮完整的水資源效應價值的研究較少，尤其是對水生態修復和維持生態系統穩定的生態用水量研究鮮有報道。從促進經濟社會可持續發展、保障生態安全和保護生態環境的角度，準確計算生態環境需水量對于保證生態環境用水極為重要[6-7]。

目前，針對生態環境需水問題中國有關研究還處于起始階段，大多研究仍以定性分析為主，涉及定量計算的研究較少。鑒于此，文章以朝陽市為例，以水質達標、滿足水環境容量和保障水環境安全為基準，對生態環境需水量利用水環境容量模型定量計算，通過分析區域水資源承載力提出行之有效的管控對策。

1 區域概況

朝陽市地理位置為E118°50' 19''-121°17 '38''、N40°35' 53''-42°23' 21''，地處遼西低山丘陵區，境內丘陵起伏、溝壑縱橫、峽谷相間，地貌形態復雜，川地、平地、山地、丘陵等交錯分布，地勢結構有“七山一水二分田”之稱。該地區屬北溫帶大陸性季風氣候，日照充足，降水偏少，四季分明，溫差較大，年降水量450-580mm，時空分布差異較大，降水主要分布在5-8月。河流水系有大凌河、老哈河、小凌河、青龍河等，其中流域面積超過100km2的河流有69條，多年地表徑流量13.22億m3。理論上，朝陽市屬于多水區，但受自然條件與地形地貌等條件限制，其水資源開發難度大、開采成本高、可利用總量少且用水效率低，加之季節性降水分配不均衡和水環境污染，長期以來該地區均處于缺水狀態[8]。

2019年對朝陽地區大凌河、牤牛河、小凌河、蹦河、青龍河、老哈河、18處地下水、閻王鼻子水庫、白石水庫實施水質監測，結果顯示：評價河長共270km，Ⅳ類及劣于Ⅳ類水質河長15km，Ⅲ類及優于Ⅲ類水質河長255km；按單指標法對18處地下水水質進行監測，結果顯示符合Ⅲ類水標準的占61.1%，其中硝酸鹽氮、總硬度、溶解性總固體為主要超標項目；閻王鼻子水庫、白石水庫年內水質類別為Ⅲ類。

2 生態環境需水量

現階段，學術界對生態需水的概念尚未形成統一的認識，對此不同學者提出生態環境需水、環境需水、生態需水等多種名稱。依據環境科學和生態學相關理論，有學者詳細區分了以上概念，并定義了生態環境需水的內涵：為維持水生態功能，在特定的水質要求、環境保護和生態建設目標下所必須滿足的基本水量。然而，該研究并未明確區分環境需水與生態需水的概念，只強調最低水量需求以滿足生態保護目標[9]。

朝陽市正式發布的水環境功能區劃分，從保障水環境安全、保護水生態系統、保證人民身體健康的角度，明確了轄區內大中型水庫及所有河流的水質標準。考慮當前的經濟發展現狀，滿足該水質標準可以基本保證區域水環境安全[10-11]。所以，制定的水環境功能區劃為確定生態環境需水量提供了參考。結合水環境質量標準與保證水環境安全的要求，可對最低生態環境需水量利用水環境容量計算法定量研究。

2.1 污染物入河量調查

準確計算生態環境需水量的關鍵環節是合理統計污染物入河量，通過對污廢水排放量的調查確定研究區污染物入河量。考慮全市范圍內工業、生活等主要污水排放源，確定入河排污口及其污染物濃度限制，水體污染物濃度限制，見表1；并統計分析不同河段的納污量，2019年遼陽市主要河流納污情況，見表2。

表1 水體污染物濃度限制 mg/L

表2 2019年遼陽市主要河流納污情況

2.2 確定水質目標

對于研究區主要河流水質目標朝陽市地面水環境功能區劃給予了明確規定(見表2)，朝陽市青龍河、蹦河水質目標為Ⅱ類，小凌河、牤牛河水質目標為Ⅲ類，其他河段水體納污為Ⅳ類。

2.3 生態需水量計算

1)假設條件。假設上游來水與下游控制斷面上所有污水直接混合，不考慮河流運輸過程中陸域污染物的衰減，即確定的需水量符合最不利要求；假設穩態條件，即各計算河段保持均勻一致的流速和流量；假設濃度和斷面流速保持均勻，即忽視污染物流動過程中產生的縱向離散作用。

2)污染物稀釋所需水量。結合污水稀釋目標的高低和實際污染物排放量大小，利用下式綜合確定總稀釋需水量，即：

(1)

W=max(Wi)

(2)

式中：Wi、W為分區i和整個區域的污染物稀釋所需水量，m3；qj為河流j的污水排放量，t/a；ai為單位污染物量，1mg；Cik為水質標準k下污染物i的稀釋目標濃度，mg/L；Qij為污染物i在河流j中的年排放量。

2019年遼陽市污染物稀釋所需水量，見表3。從表3可知，稀釋河流污染物COD、氨氮所需水量為4 508.18萬t/a、12 097.29萬t/a，然后利用公式(2)對所有河流所需水量的最大值進行疊加，確定總需水量12 342.57萬t/a。

表3 2019年遼陽市污染物稀釋所需水量 萬t/a

3)生態環境需水量。一般地，區域生態環境需水量不等于污染物稀釋水量，其原因為河流的下滲、蒸發現象使得河水存在損失，并導致污染物稀釋水量<生態環境需水量；此外，河水與污染物混合時能夠發揮一定的降解功能，對于降低污染物濃度具有積極作用，河水吸納污染物計算量應該<實際值，這使得污染物稀釋水量>生態環境需水量。所以，有必要對污染物稀釋水量考慮以上因素加以修正。然而，現階段有關學者對該方面的研究還較少，很難建立降解水量與污染物、河流水量與下滲量以及蒸發量之間的定量關系。對此，結合生態環境需水量受以上因素影響的互補性特征，可以把生態環境需水量利用污染物稀釋水量替代。

3 水資源承載力評價

3.1 結果分析

對朝陽市2019年水資源承載力利用供需分析法簡單評估，即考慮區域水資源需水量、可利用水量和總水資源量準確分析水資源供需平衡程度，估算平衡指數或承載力值。

參考水資源公報，2019年朝陽市總供水量45 617.0萬m3，其中污水回用量、地表和地下水供水量為1 524.9、4 362.1、39 730.0，所占比例為3.3%、9.6%和87.1%。2019年全市總用水量45 617.0萬m3，其中農田灌溉、居民生活、林牧漁畜、工業生產、城鎮公共和生態環境用水量19 475.0、8 909.1、7 211.8、5 893.5、3 245.7、881.9萬m3。該地區生態環境用水量遠遠低于其他行業用水，實際用水量明顯低于估算值，水生態系統嚴重超載。此外，由于閻王鼻子水庫、白石水庫的攔蓄作用，境內大多數的中小河流長期干枯，生態環境用水明顯不足，并致使河流自凈功能嚴重下降，水環境問題日趨突出。地下水作為生活、工農業用水的主要來源，為維持各行業用水需要局部地區地下水超采現象嚴重，加之河流缺少有效的補給進一步加劇了地下水位的下降，若不采取有效的措施勢必會造成嚴重的用水危機。

3.2 對策建議

從維持水資源可持續利用和保障水環境安全的角度，為解決朝陽市存在的水資源問題提出以下有效的對策建議：

1)優化水資源配置。以控制地下水開采量、合理利用地表水量作為水資源優化配置的原則，按照供水目標優先次序盡可能以直供的方式向城市提供水資源。在滿足直供目標的基礎上，可以將多余來水量分配給生態系統。若城市需水量與來水量存在較大差異，可以通過水庫調劑和補給來減少供水缺口，若該條件下仍無法滿足用水要求，應以不超過現狀可開采能力為界限適當加大地下水開采量。

2)加強水污染控制。大量排放的水污染物不僅能夠顯著增加生態環境用水量，而且可對地表水造成嚴重污染。所以，緩解水資源供需矛盾的有效措施為減少污染物排放、治理水污染。其中，農業、生活和工業污染源為水污染物的主要來源。因此，為實現工業污染源的達標穩定排放應加強工業污染防治；同時，通過完善污水廠監管與運行機制、加快污水廠的建設等措施加大城市污水治理力度；全面系統的調查農業面源污染情況，合理劃定農藥、化肥禁施區，為進一步減少化肥、農藥的污染對其制定減施計劃；此外，考慮朝陽市具體情況建立一套行之有效的禽畜養殖污染防治計劃、消除禽畜污染管理制度，在環境管理工作中納入污染物排放和禽畜養殖審批指標，扎實推進水污染防控計劃。

3)節約用水。目前，朝陽市的萬元GDP耗水量(271m3)高于全國和遼寧省的平均值，用水效率整體處于較低水平。特別是朝陽市第一耗水大戶-農業用水，大水漫灌的方式普遍存在。所以，降低用水定額、提高用水效率為解決水資源短缺問題的核心，必須開展節約用水，可從生活、工業和農業等方面實施節約措施。其中，生活節水途徑包括在大專院校和住宅小區等集中用水區建設中水處理系統、維修改造城市管網輸配水工程、更新節水器具減少損失率；工業節水途徑有提倡循環用水、改進生產工藝、推廣節水器具、更新設備、發展低耗水工業、調整工業結構等；農業節水途徑有推廣作物低耗高產節水栽培技術、選用抗旱節水高產品種、調整內部結構、降低單位灌溉定額、提高渠系水利用系數等。

4 結 論

目前，國內外學者從多個不同的角度深入研究了水資源承載力，并形成了相應的方法和指標體系，在該項研究中有學者引入了可持續發展理論，并注重強調了水生態功能。然而，現階段尚未對生態環境用水形成統一的認識，對此還處于定性分析階段，有關定量研究鮮有報道。水生態功能退化、水質超標和水環境污染等問題，逐漸成為制約中國水生態文明建設的主要因素，而產生該問題的關鍵是生態用水量不足，所以科學研究生態用水量具有重要的意義。文章以朝陽市為例，結合污染物排放情況、水環境質量標準和水環境安全的要求，對區域生態環境需水量采用定量模型簡單估算，通過科學評判區域水系統承載力，探討了水環境與水資源的統一管理。然而，因未考慮水的生態價值、忽略了河水對污染物的降解作用和河水的年內、年際變化等，故本研究還存在一些不足，為準確計算生態環境需水量未來仍需進一步深入研究。