本溪市水資源壓力綜合指數變化特征研究

謝文奇

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

0 引 言

隨著經濟的快速發(fā)展和科技的不斷進步，人類開發(fā)利用水資源的能力明顯增強，許多河流都受到一定程度的污染和破壞，如水體污染、水資源短缺、局部地下水超采、供需矛盾突出等已成為制約水資源可持續(xù)利用的“瓶頸”[1]。同時，經濟的發(fā)展致使各行業(yè)用水量急劇增加，傳統(tǒng)的粗放型高污染經濟模式使得水資源短缺問題更加突出，有的豐水城市也面臨著缺水的風險[2-3]。

近年來，水資源壓力綜合指數、水資源承載力的概念逐漸被應用于水資源供需分析的研究，其中水資源壓力綜合指數是結合區(qū)域水資源質與量的變化特點，對區(qū)域水資源供需變化特征進行定量分析的一種方法，現已廣泛應用于區(qū)域或流域水資源短缺變化趨勢的研究[4-7]。然而，將該方法應用于我國東北地區(qū)的研究較少，為緩解區(qū)域水資源供需矛盾，進一步提升用水效率，有必要結合實際情況定量計算用水壓力綜合指數[8]。鑒于此，文章以本溪市為例，綜合考慮各方面因素定量測算本溪市的水資源壓力綜合指數，旨在實現本溪市水資源合理開發(fā)和高效可持續(xù)利用。

1 研究方法

綜合考慮本溪市水資源、水生態(tài)、工業(yè)、生活、農業(yè)用水承載能力建立水資源壓力綜合指數計算方程[9]，其表達式為：

WEF=γW(Wa+Wi+Wc+Wl+We)PW

(1)

式中：WEF為各指標水足跡值，hm2；PW為各類水資源生產能力值，m3/hm2；We、Wl、We、Wi、Wa為生態(tài)用水、生活用水、城鎮(zhèn)用水、工業(yè)和農業(yè)用水資源量，m3；γW為水資源壓力綜合指數。

采用以下公式計算各水資源分區(qū)的水壓力指數φW和水生態(tài)壓力指數WEP，具體如下：

WEC=0.4γWφWW/PW

(2)

(3)

式中：WEC、W為水資源承載力最大時的水資源量(m3)和水資源總量(m3)。文章利用Moran指數表征水資源壓力綜合指數[10]，其表達式為：

(4)

(5)

式中：Ii為水資源壓力綜合指數值。

2 實例應用

2.1 研究區(qū)概況

本溪市地處遼寧省東南部，交通便利，地理位置優(yōu)化，位于E123°34'-125°46'，N40°49'-41°35'，總面積8411.3km2。本溪境內多山地，位于中溫帶濕潤氣候區(qū)，年均降水量800-1000mm，氣候環(huán)境因地貌形態(tài)差異變化明顯，其中七、八月份降水占50%以上，雨量充足，年均氣溫6.1℃-7.8℃。本溪市分布有大小河流200多條，主要有草河、渾江、太子河三大水系，其中流域面積超過100km2的有27條，河網水系發(fā)達，徑流量大，多年均水資源量39.23億m3。本溪市雖然具有較豐富的水源條件，但受特殊的地形條件限制，水資源開發(fā)利用時還存在用水憂患意識薄弱、水資源經濟意識缺乏、攔蓄工程建設滯后、水資源時空分布不均、農業(yè)用水效率低等問題。

2.2 各分區(qū)水資源特征

整理分析本溪市各分區(qū)水資源數據，深入分析水資源的變化趨勢，如表1所示。

表1 本溪市各分區(qū)水資源統(tǒng)計數據

由表1可知，在空間分布上本溪市地表水資源量表現出明顯的差異，東南部水資源量普遍高于西北部。降水量的空間分布在很大程度上決定了地表水資源量的多少，所以本溪市降雨量的分布特征與各水資源分區(qū)地表水分布保持相同。本溪市東南部降水量(900-1000mm)普遍高于西北部(600-800mm)，地表水資源的空間變化直接取決于降水量的差異性特征。此外，供需結構的變化直接影響了地表水資源開發(fā)利用率，城市人口密集的東南部區(qū)域一般具有較高的地表水資源開發(fā)利用率，而城市人口較少的西北部相對較低約為50%。

結合本溪市地下水變化趨勢，在空間分布上各分區(qū)的地下水資源差異性較大，這是由于本溪市地處遼東山地丘陵區(qū)，地下埋深較淺，地表水和降水量對地下水的影響較大。從開采率的角度上，地下水開采率較低的區(qū)域其地表水開發(fā)程度一般較高。

2.3 水資源壓力綜合指數

通過分析本溪市各分區(qū)水資源特點，利用文中所述公式計算確定各分區(qū)不同時段的水資源壓力綜合指數，如表2所示。

表2 各分區(qū)水資源壓力綜合指數

根據本溪市各分區(qū)地下水、地表水變化特征及水資源壓力綜合指數計算方法，深入分析各分區(qū)水資源壓力指數。結果顯示，從1968-2020年本溪市各分區(qū)水資源壓力綜合指數表現出波動上升的變化趨勢，該變化趨勢與各分區(qū)供需結構變化相關。從年際變化上，各分區(qū)水資源壓力擬合指數在1980年以前相對較小，這是由于該時段的城市人口和工業(yè)用水量相對較少，水資源開發(fā)以農業(yè)用水為主，所以壓力指數相對比較穩(wěn)定。1981-1990年隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和城市人口的增加各分區(qū)水資源壓力綜合指數逐漸增大，增長幅度相對較小，深入分析可知雖然工業(yè)和人口逐漸發(fā)展，但發(fā)展速度相對較慢，該時段需水量增大，水資源供需結構還比較合理能夠滿足需水量變化要求，所以水資源壓力綜合指數的增長幅度不高。2000年以后，各分區(qū)水資源壓力綜合指數總體山呈現出明顯的增長趨勢，并且增長幅度較大，1991-2010年各分區(qū)水資源壓力綜合指數較1990年以前平均增長幅度接近2.4%。2011年后，各區(qū)域實施了有效的調節(jié)控制，通過不斷的優(yōu)化和調整區(qū)域水資源供需結構，在一定程度上緩解了區(qū)域水資源壓力，水資源空間分布特點和綜合指數空間變化趨勢基本相同，在空間上自西部向東南本溪市水資源壓力綜合指數呈顯出不斷減少的變化趨勢，西北部壓力指數最大達到0.86。

2.4 水資源開發(fā)利用對策

為緩解本溪市水資源供給壓力，實現水資源的高效利用和有效保護，促進區(qū)域水資源與經濟、社會協調可持續(xù)發(fā)展，有必要采取有效的管控措施，具體如下：①實行嚴格水資源管理。貫徹落實生態(tài)補償、水權交易、水資源稅收等制度，強化最嚴格水資源管理和水生態(tài)文明建設，在加強監(jiān)測、強化管理的同時實行統(tǒng)一規(guī)劃利用，增強本溪市水資源協調開發(fā)利用水平。②實施節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略。為有效緩解區(qū)域水資源壓力，結合本溪市實際情況實施節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略，如積極發(fā)展高效節(jié)水農業(yè)，加快產業(yè)結構優(yōu)化調整，本溪市農業(yè)用水占總用水的60%以上，因此具有巨大的農業(yè)節(jié)水潛力；根據地下水輸水距離近、調度方便的特點，對地下水資源實行合理開發(fā)，實現地下水開發(fā)與高效節(jié)水的綜合應用。③水資源均衡調配。本溪市各類資源富集，各分區(qū)水資源條件與經濟發(fā)展水平具有明顯差異，為解決潛在的環(huán)境變化與人水關系不匹配的問題，應著眼于構建多層次、多形式、多功能的渠道網絡，從流域、城市、區(qū)域的層面合理布局水系網絡，在增強年際、年內調節(jié)能力的同時實現跨區(qū)域調水，以增強區(qū)域水資源調控能力。

3 結 語

1)從1968-2020年本溪市各分區(qū)水資源壓力綜合指數表現出波動上升的變化趨勢，該變化趨勢與各分區(qū)供需結構變化相關。為有效緩解區(qū)域供水壓力，可以采取降低城市工業(yè)用水率、提高工業(yè)中水回用率、優(yōu)化調整水資源供需結構等措施。

2)總體上，在空間上自西部向東南本溪市水資源壓力綜合指數呈顯出不斷減少的變化趨勢，為緩解西部水資源壓力可以將重工業(yè)逐漸向東南遷移，進一步調整西部工業(yè)結構。同時，為實現本溪市水資源的高效利用和有效保護，促進區(qū)域水資源與經濟、社會協調可持續(xù)發(fā)展，提出有針對性的管控對策。

3)文章利用專家經驗法設定的各評估指標權重具有一定的主觀局限性，對于各指標權重的準確計算未來仍需要深入研究。