變化環(huán)境下遼寧省水資源適應(yīng)性利用對策研究

付新榮

(海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

水是保護生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境、維持經(jīng)濟社會發(fā)展和地球生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)資源，對人類的生產(chǎn)生活發(fā)揮著決定性作用。因此，人類活動及自然變化帶來的疊加影響應(yīng)與水資源開發(fā)利用適應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上采取合理的措施協(xié)調(diào)人水關(guān)系。由于遼寧地區(qū)的氣候干旱，人水關(guān)系極不協(xié)調(diào)，加之溫度變化劇烈、生態(tài)環(huán)境脆弱、植被覆蓋率低等因素，故亟須掌握其水資源時空變化規(guī)律以研究適應(yīng)性利用對策。

目前，諸多學(xué)者研究了人類活動和氣候變化下的水資源利用對策及其時空演變規(guī)律，并取得豐碩的成果。趙娜娜等以研究了氣候變化對濕地徑流的影響以及不同氣候情景下的徑流變化趨勢；王國慶等以山西省嵐河流域為例，利用水文模擬分析了河川徑流受人類活動和氣候要素的影響；Ngom等探究了塞內(nèi)加爾的水資源演變與人類活動之間的影響關(guān)系；張慧等結(jié)合水文氣象和遙感影像資料，研究了氣候變化下的冰川以及水資源的影響；克里木等以新疆為例，結(jié)合水資源利用現(xiàn)狀及其稟賦條件，從水資源空間均衡和合理利用的角度提出長期戰(zhàn)略對策；左其亭等提出了關(guān)鍵問題、解決途徑和利用推責(zé)，探討了適應(yīng)性利用模式、空間均衡和應(yīng)用框架等，但仍需進一步研究水資源演變下的適應(yīng)性利用問題[1-2]。鑒于此，文章擬研究變化環(huán)境下的水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架和分析水資源時空變化特征。

1 水資源時空變化特征

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′范圍，總面積14.75萬km2，海岸線總長2920 km，沿海有大小島嶼266個，是我國重要的老工業(yè)基地。該區(qū)域?qū)贉貛О敫珊蛋霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候特征為干燥多風(fēng)，日照豐富，雨熱同季，四季分明，年均氣溫5-10℃，日照時數(shù)2270-2290h，年降水量600-1100mm。入海河流有渾河、太子河、遼河、沿海諸河，入境河流有渾江、柳河、西遼河、東遼河、大凌河支流，出境河流有老哈河支流、輝發(fā)河支流、東遼河支流和青龍河，入國際河流有蒲石河、渾江、叆河、鴨綠江等河流。

因自然地理條件不同各地的氣候存在明顯差異，境內(nèi)降水具有區(qū)域性和季節(jié)性特征，6-8月主汛期降水集中且以強降雨或暴雨為主。雖然河網(wǎng)水系發(fā)達，徑流量大，水資源量較豐富，但獨特的地形地貌和復(fù)雜的氣候環(huán)境使得水資源存在開采成本高、邊際效益低、可開發(fā)總量少、開采難度大等特點，加之蒸散發(fā)強、日照強烈、缺水等因素，境內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱。此外，用水效率低、水環(huán)境保護滯后、水資源時空分布不均等嚴重制約了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

1.2 水資源開發(fā)利用及時間變化特征

遼寧省水資源計算面積14.55萬km2，2011-2019年降水量(平均值898.98億m3)比1966-2010年多年平均少8.9%，地表水(平均值215.46億m3)比多年均值少28.8%，水資源總量(平均值249.85億m3)比多年均值少26.9%；產(chǎn)水系數(shù)0.28，比多年值少19.8%。遼寧省水資源量分段比較表，見表1；歷年降水量及水資源總量變化趨勢，見圖1。

表1 水資源量分段比較表 億m3

圖1 歷年降水量及水資源總量變化趨勢

2011-2020年，遼寧省總用水量緩步升高，由130億m3增加到140多億m3。用水量主要分三大塊：城鎮(zhèn)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)。用水增長點主要在城鎮(zhèn)生活和農(nóng)業(yè)，城鎮(zhèn)生活用水包含城鎮(zhèn)居民生活、三產(chǎn)、建筑業(yè)，由14億m3躍升到17億m3，由此可以看出城鎮(zhèn)化步伐不斷加快，生活用水水平的顯著提高。工業(yè)用水，從2010年的24.5億m3降低到2015年的20.1億m3，又逐步攀升到最后的25.4億m3。這個變化趨勢前半段主要體現(xiàn)了工業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，也體現(xiàn)了節(jié)水型社會和工業(yè)的要求。后半段主要體現(xiàn)在振興老工業(yè)基地、沿海經(jīng)濟帶、沈陽經(jīng)濟區(qū)戰(zhàn)略的實施拉動了工業(yè)經(jīng)濟的增長。農(nóng)業(yè)用水前半段維持在80億上下，后半段用水增長到約87億m3，主要體現(xiàn)了遼寧節(jié)水灌溉面積的增加。2011-2020年用水水量變化趨勢圖，見圖2所示。

圖2 2011-2020年用水水量變化趨勢圖

1.3 水資源時空變化及均衡調(diào)控分析

遼寧省水資源空間分布不均，北部、南部和中西部水資源匱乏，而東部水資源較豐富。東部的撫順、本溪、丹東地區(qū)無論是人均還是水資源總量，均明顯高于其它地區(qū)，三市水資源總量為149億m3，占全省的43.6%。丹東、本溪、撫順人均占有量分別為3538m3、2088 m3、1368 m3。中西部、南部和北部地區(qū)人均水資源占有量在262-838 m3之間，水資源匱乏程度可見一斑。因此，各地區(qū)的水資源差距懸殊，在空間分布上呈極不均衡的特征。從水資源開發(fā)利用程度上，部分流域開發(fā)過度，如渾河、大遼河及太子河干流、柳河口以下的地表水開發(fā)利用程度較高超過了國際公認40%；部分河流開發(fā)利用率較低如灤河山區(qū)、鴨綠江的渾江口以上、渾江口以下，開發(fā)利用率<5.1%。灤河山區(qū)、沿渤海西部諸河、渾河地下水超采，遼河干流柳河口以上、渾江口以下、豐滿以上，地下水開發(fā)利用程度較低。

遼寧省水資源的空間分布與經(jīng)濟發(fā)展布局明顯不匹配，部分地區(qū)水資源承載力難以維持當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，并導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問題。為轉(zhuǎn)變水資源空間分布不均衡的現(xiàn)狀，最大程度的滿足各地用水需求，可通過跨流域或區(qū)域調(diào)水工程加大引調(diào)水力度，優(yōu)化水資源分配格局。近年來，遼寧省結(jié)合水資源分布特點和水資源供需分析結(jié)果，以已建和擬建的大中型工程為依托，從南、中、北三線構(gòu)建“東水濟西”的總體配置格局，具體如下：①北線工程：以遼西北供水工程為主，由清河、柴河、南城子、榛子嶺、鬧德海、白石、閻王鼻子、青山、錦凌、猴山水庫組成，解決遼寧西北部地區(qū)生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、城鄉(xiāng)生活和工業(yè)需水要求(覆蓋葫蘆島、錦州、朝陽、阜新、鐵嶺5市和沈陽北部)；②中線工程：以大伙房水庫輸水工程為主，由觀音閣、湯河、葠窩、大伙房水庫組成，解決遼寧中部六城市工業(yè)與生活、渾太流域農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境、大連市的近期工業(yè)與生活用水要求(包括本溪、撫順、沈陽、鞍山、遼陽、盤錦、營口、大連8個市)；③南線工程：由規(guī)劃中的引洋入連工程，已完工的三灣水利樞紐、鐵甲水庫、碧流河水庫、引英入連、引碧入連等工程組成，滿足東南及遼南用水需求(覆蓋丹東、大連2市)。“東水濟西”三線工程的建成，并配合合理利用和有效管理地下水資源，能夠有效解決遼寧水資源短缺問題。考慮到遼寧省河流眾多、地形地貌復(fù)雜的實際，其水資源調(diào)配難度大，未來積極探索更加科學(xué)的水資源調(diào)配線路，將水資源適應(yīng)性利用與空間均衡管控相結(jié)合，制定可行的開發(fā)對策，促使區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、水資源天然分布與水資源開發(fā)利用相適應(yīng)。

1.4 不同氣候模式下水資源演變規(guī)律

實踐表明，必須考慮人類活動和未來氣候變化的影響才能實現(xiàn)水資源的合理開發(fā)利用。對遼寧省水資源在未來氣候變化下的情勢進行科學(xué)評估啊，這是制定水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對策的關(guān)鍵。文章選擇MPI-ESM-LR、CNRM-CM5和Can ESM2三種模擬能力較好的CMIP5全球氣候模式，設(shè)定溫室氣體排放為RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6三種情景，以rlilp1集合成員作為情景輸出模式，并將柵格數(shù)據(jù)利用算術(shù)平均法處理，從而獲取面平均值，以1990-2020年為基準期，以此揭示遼寧省未來降水變化幅度和趨勢，如圖3所示。

從圖3可知，2021-2050年不同氣候模式下預(yù)估降水量較基準期平均降水量均偏多，僅個別年份偏低，不同排放情景在此趨勢中的表現(xiàn)存在顯著差異，即PCR2.6情境下降水偏低年份出現(xiàn)最多，而RCP8.5、RCP4.5情景下基本相當。深入分析發(fā)現(xiàn)，氣候選用升溫模式是產(chǎn)生以上現(xiàn)象的主要原因，氣候變暖會加速循環(huán)并導(dǎo)致遼寧地區(qū)降水偏多。另外，從氣溫等變量的角度上，不同氣候模式預(yù)估的降水結(jié)果具有明顯的不確定性，可通過線性擬合利用趨勢線更好地反映未來降水變化趨勢。具體而言，在不同排放情景下CNRM-CM5和Can ESM2兩種模式都呈現(xiàn)出上升趨勢，線性升率處于(2.72-9.01mm)/10a和(3.65-7.30mm)/10a；在RCP4.5和RCP2.6排放情景下MPI-ESM-LR模式呈現(xiàn)出下降趨勢，而在RCP8.5情境下呈現(xiàn)出小幅上升趨勢。通過多模式平均分析，較基準期遼寧未來多年平均降水量在3種不同排放情境下分別增加21.6%、20.2%、15.7%。

(a)RCP2.6

(b)RCP4.5

(c)RCP8.5

綜上所述，遼寧地區(qū)未來降水增多有利于增大水資源量，而水資源蒸散發(fā)量會隨氣溫的升高而增大，同時降水的空間、年際和年內(nèi)差異性變化，將進一步改變水資源現(xiàn)有的時空分布格局，水資源開發(fā)利用復(fù)雜性加大，亟須調(diào)整水資源的現(xiàn)有利用方式。同時，水資源承載能力的需求程度將在人類活動更高強度作用下而加大，破壞生態(tài)環(huán)境的力度也會有所增強。因此，為推進遼寧地區(qū)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展必須對水資源合理開發(fā)利用，考慮未來的變化和現(xiàn)狀水平提出相應(yīng)的水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對策。

2 變化環(huán)境下水資源適應(yīng)性利用對策

2.1 水資源適應(yīng)性利用對策

文章結(jié)合不確定氣候環(huán)境引起的水系統(tǒng)改變以及遼寧水資源的時空演變特征，提出水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對策。遼寧水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對策，見圖4。首先，對遼寧人水系統(tǒng)要剖析水資源時空變化特征，并初步制定利用方案；其次，考慮變化環(huán)境影響優(yōu)化水資源利用方案，對該水資源利用方式制定一套完整的方法加以評估，未通過評估時要對利用方案重新調(diào)整，直至適應(yīng)該環(huán)境，并達到和諧平衡；最后，應(yīng)用最優(yōu)的利用方案解決水資源實際問題。通過循環(huán)往復(fù)的過程確定水資源適應(yīng)性利用方案，氣候、環(huán)境等因素的改變會導(dǎo)致水資源時空變化，并對水資源利用方案造成影響。此外，原有人水和諧關(guān)系會因環(huán)境變化而失衡，原有利用方式無法通過評估，需對水資源利用方案再次調(diào)整直至新變化環(huán)境下的平衡。

圖4 遼寧水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對策

根據(jù)以上分析結(jié)果和遼寧水資源適應(yīng)性利用對策，遼寧降水將在未來一段時期內(nèi)呈增加趨勢，水資源也會因降水的變化而改變，并進一步改變原有的人水和諧關(guān)系。因此，需要對水資源利用方案用科學(xué)的方法重新調(diào)整，如調(diào)整經(jīng)濟發(fā)展模式、強化水資源管理、水資源均衡調(diào)控等，以實現(xiàn)人水和諧目標和人環(huán)境下的平衡。由于飲水工程或氣候環(huán)境的改變，對于不同地區(qū)應(yīng)制定適于當?shù)氐乃Y源適應(yīng)性利用方案，通過強化節(jié)水、調(diào)整經(jīng)濟規(guī)模、加強管理等實現(xiàn)新環(huán)境下的平衡。

2.2 水資源適用性利用戰(zhàn)略

根據(jù)遼寧未來水資源演變趨勢和特征，需要構(gòu)建三大支撐體系以實現(xiàn)水資源適應(yīng)性利用，即科技、政策和工程支撐，對應(yīng)智慧水利、嚴格水資源管理、節(jié)水優(yōu)先、水資源均衡調(diào)配四大戰(zhàn)略。

1)智慧水利戰(zhàn)略。通過科學(xué)管理流域水資源，可為水資源適應(yīng)性利用提供可靠保障。科學(xué)利用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)水利向管理智能化、信息化轉(zhuǎn)變，加快構(gòu)建智慧管理平臺。此外，為應(yīng)對變化環(huán)境下的水資源利用問題應(yīng)大力發(fā)展節(jié)水科技，提高科技水平。

2)嚴格水資源管理戰(zhàn)略。在統(tǒng)一規(guī)劃的基礎(chǔ)上強化管理，加強監(jiān)測，有利于增強遼寧水資源適應(yīng)性能力。在水資源管理中強調(diào)水生態(tài)文明建設(shè)和最嚴格水資源管理，強化生態(tài)補償、水權(quán)交易、水資源稅收等制度。

3)節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略。為有效解決水資源短缺問題，遼寧省應(yīng)結(jié)合實際情況開展節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略。①合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)并積極發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，遼寧地區(qū)總用水量的60%以上屬農(nóng)業(yè)用水，用水結(jié)構(gòu)不合理，所以農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大。②考慮地下水調(diào)度方便、輸水距離近的特點合理開采地下水資源，實現(xiàn)高效節(jié)水與地下水開發(fā)的有效結(jié)合。

4)水資源均衡調(diào)配戰(zhàn)略。遼寧省各類資源富集，地域遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展水平與水資源條件差異顯著。為解決潛在的環(huán)境變化及人水關(guān)系不匹配問題，應(yīng)著眼于構(gòu)建多形式、多功能、多層次的跳去渠道網(wǎng)絡(luò)，從城市、流域、區(qū)域?qū)用婧侠聿季炙颠B通網(wǎng)絡(luò)，在實現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水的同時增強年際、年內(nèi)調(diào)解能力，進一步增強變化環(huán)境下水資源調(diào)配能力。

3 結(jié) 語

文章結(jié)合不同氣候模式下的演變分析及遼寧水資源變化特征，提出指揮水利、嚴格水資源管理、節(jié)水優(yōu)先、水資源均衡調(diào)配等水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略。未來，可進一步深入研究主要水資源適用性利用對策的量化、變化環(huán)境下水系統(tǒng)模擬、驅(qū)動因子的識別、水資源適應(yīng)性利用機理等內(nèi)容。