基于生態(tài)水文理念下的流域水資源評(píng)價(jià)

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

基于生態(tài)水文理念下的流域水資源評(píng)價(jià)

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

水是人類賴以生存的資源，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水資源短缺的問題越來越凸顯，不僅破壞著區(qū)域生態(tài)平衡，還制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長。因此，節(jié)約保護(hù)水資源已經(jīng)成為社會(huì)各界的共識(shí)。為進(jìn)一步解決水資源短缺的問題，相關(guān)工作人員應(yīng)加大對水資源評(píng)價(jià)工作的重視程度，合理運(yùn)用生態(tài)水文理念，深入分析水資源的分布、特點(diǎn)，從而優(yōu)化區(qū)域內(nèi)水資源的配置，為規(guī)劃流域水資源的使用提供準(zhǔn)確參考依據(jù)。文章以某河流流域?yàn)槔?，從水資源評(píng)價(jià)過程存在的問題入手，重點(diǎn)探討基于生態(tài)水文理念下評(píng)價(jià)流域水資源的模型，以期緩解區(qū)域水資源使用壓力，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

生態(tài)水文理念；水資源評(píng)價(jià)；降水量；計(jì)算模型

0 引 言

生態(tài)水文理念是人們環(huán)保意識(shí)不斷提升的產(chǎn)物，將其科學(xué)運(yùn)用在流域水資源評(píng)價(jià)過程，不僅能夠有效提升水資源利用效率，更可保障水資源保護(hù)工作的效率與質(zhì)量，真正有機(jī)統(tǒng)一水資源保護(hù)過程中的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。我國地域面積廣闊，河海湖泊眾多，但水資源分布不均勻，集中在南方區(qū)域，如長江流域等，但我國的工業(yè)城市、人口集中城市大多在北方，因此，在很大程度上提升了水資源使用壓力，為進(jìn)一步解決水資源短缺的問題，應(yīng)在深入理解水資源定義的基礎(chǔ)上，合理利用生態(tài)水文理念，轉(zhuǎn)變水資源的評(píng)價(jià)方式。

1 河流流域概況

遼河流域位于我國北方地區(qū)，流域面積約21.9 萬km2，水資源豐富，流域年均徑流量可達(dá)16.2 億m3[1]，屬于我國重要的水源地之一，但由于過度開發(fā)，該流域當(dāng)前面臨著嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：河流水資源數(shù)量急劇減少、河流變成渠道的現(xiàn)象突出、水質(zhì)下降等。針對此種問題，相關(guān)政府部門應(yīng)基于生態(tài)水文理念下，合理分析流域中存在的水資源評(píng)價(jià)問題，合理配置河流區(qū)域水資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展[2]。

2 流域水資源評(píng)價(jià)工作中出現(xiàn)的問題

評(píng)價(jià)水資源的工作最早出現(xiàn)在19世紀(jì)，近年來，由于經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，工業(yè)化和城市化建設(shè)步伐逐漸加快，水資源使用壓力越來越大，因此，水資源評(píng)價(jià)成為相關(guān)部門最為關(guān)注的工作之一。從美國等發(fā)達(dá)國家的角度分析，其已經(jīng)進(jìn)行多次水資源評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了對美國國內(nèi)水資源的科學(xué)控制，我國水資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目發(fā)展時(shí)間較短，開始于20世紀(jì)末期，迄今為止，才進(jìn)行兩次較大規(guī)模的水資源評(píng)價(jià)工作。因此，在評(píng)價(jià)水資源工作方面，我國仍存在多方面的問題，再加之生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，水資源更容易受到其他多種因素的影響，提升了水資源評(píng)價(jià)工作的難度。

2.1 水循環(huán)模式的變化

當(dāng)前，評(píng)價(jià)水資源均采取“一元—靜態(tài)型”模式，即借助相關(guān)設(shè)備實(shí)地獲取某一流域的水文環(huán)境要素后，再通過整理數(shù)據(jù)要素，剔除有關(guān)人類的活動(dòng)，將流域原本的水資源還原。但在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、人口不斷增長的時(shí)代背景下，工業(yè)化建設(shè)、人類活動(dòng)正逐步改變著大自然的水循環(huán)模式，使得自然水循環(huán)過程帶有二元特性，體現(xiàn)在：

1)水資源驅(qū)動(dòng)方式增加，由傳統(tǒng)的一元驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎?qū)動(dòng)，人工驅(qū)動(dòng)方式出現(xiàn)在水資源驅(qū)動(dòng)過程中。

2)水循環(huán)的結(jié)果變得復(fù)雜化，由原本的自然水循環(huán)變?yōu)椤叭斯?自然水循環(huán)”，人類活動(dòng)開始影響到水循環(huán)過程。

3)水資源的循環(huán)參數(shù)變多，評(píng)價(jià)流域水循環(huán)時(shí)，不僅會(huì)考慮到地質(zhì)地貌條件、氣候條件、土壤條件等自然因素，還會(huì)關(guān)注到流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。

從以上分析可知，當(dāng)前，水循環(huán)模式受到人類活動(dòng)的影響，已經(jīng)呈現(xiàn)出多種變化，因此，在很大程度上改變了水資源原本結(jié)構(gòu)，提升了水資源評(píng)價(jià)工作的開展難度[3]。

2.2 流域水資源評(píng)價(jià)方式的問題

由于城市化建設(shè)、污水排放等多種人類活動(dòng)的影響，水資源本身發(fā)生了較大變化，導(dǎo)致現(xiàn)行水資源評(píng)價(jià)過程中仍存在以下幾方面的問題：

2.2.1 地表水資源評(píng)價(jià)與地下水相分離

影響自然水循環(huán)的因素包括地下水、降水、徑流量等，不同形式的水資源之間存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，且在特定條件下，轉(zhuǎn)化關(guān)系是雙向的[4]。因此，在評(píng)價(jià)水資源的過程中，也應(yīng)提出雙向評(píng)定要求，統(tǒng)一評(píng)價(jià)水資源質(zhì)量、地表徑流量、地下水資源與水資源含量。但就目前實(shí)際情況而言，評(píng)價(jià)水資源通常將地下水與地表水資源相分離，這種評(píng)價(jià)模式單獨(dú)評(píng)價(jià)某種水資源質(zhì)量與總量，打破了兩者之間的聯(lián)系，降低了水資源評(píng)價(jià)工作的有效性，也為科學(xué)配置水資源帶來了難度。

2.2.2 缺乏完整的水資源評(píng)價(jià)時(shí)間表

水資源的變化情況與時(shí)間有著較大關(guān)系，流域中水資源在不同時(shí)段中呈現(xiàn)出的規(guī)律存在一定差異，主要表現(xiàn)在水資源總量與分布等方面，而當(dāng)前評(píng)價(jià)水資源的過程中，大多使用流域多年水資源變化平均值來判斷區(qū)域中水量與水質(zhì)，而沒有根據(jù)水資源某一月份的變化，得到的水資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)較為片面，很難用來全面指導(dǎo)水資源的規(guī)劃[5]。

2.2.3 忽略了水資源分布規(guī)律

工作人員在評(píng)價(jià)水資源的過程中大多使用集總式的方式，在很大程度上忽略了某一區(qū)域的水資源分布規(guī)律。集總式分析方式主要有以下2個(gè)弊端：

1)區(qū)域中水文要素的差異沒有考慮進(jìn)去，使得得出的計(jì)算結(jié)果較為片面。

2)無法動(dòng)態(tài)反應(yīng)水資源的演變過程，忽略了水資源的空間特征。

2.2.4 還原參數(shù)的方式較為落后

在人類活動(dòng)加劇水資源變化的時(shí)代背景下，基于傳統(tǒng)“一元—靜態(tài)型”評(píng)價(jià)模式下，還原水資源參數(shù)的方式增加了還原比例，工作人員主要關(guān)注還原量的大小，從而改變水資源還原評(píng)價(jià)的初衷，同時(shí)，這種方式還會(huì)降低水資源的還原精度。在選取還原參數(shù)時(shí)，受到客觀資料信息因素的限制，工作人員會(huì)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，具有較大的隨意性。需要注意的是，“一元—靜態(tài)型”評(píng)價(jià)模式不能全面反映出社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對于自然水循環(huán)的影響，如區(qū)域水土保持方案與農(nóng)業(yè)種植方案不能在評(píng)價(jià)模式中展現(xiàn)出來，存在還原缺項(xiàng)、還原比例過高等問題。水資源的變化過程既有確定性特征，又有不確定特征，但越來越多的人類活動(dòng)加劇了不確定性，因此，在評(píng)價(jià)水資源時(shí)，應(yīng)加入漸變、連續(xù)的人類活動(dòng)研究，進(jìn)而科學(xué)反映水資源變化，受到評(píng)估技術(shù)等因素的限制，目前的評(píng)價(jià)結(jié)果很難反應(yīng)出水資源的連續(xù)、漸變過程[6]。

2.2.5 評(píng)價(jià)方式較為單一

當(dāng)前運(yùn)用得較為廣泛的水資源評(píng)價(jià)方式為地下水資源和地表徑流量相結(jié)合的模式，忽略了非徑流量的水資源，如植被截留量等，未區(qū)分水資源循環(huán)過程中的補(bǔ)給等環(huán)節(jié)，在很大程度上增加了水資源配置難度[7]。

3 基于生態(tài)水文理念下水資源的評(píng)價(jià)方式

生態(tài)水文理論能夠有效揭示自然環(huán)境中生態(tài)過程的變化與生態(tài)格局的分布?；谏鷳B(tài)水文理念的角度分析水資源，主要是指將生態(tài)環(huán)境考慮到水資源評(píng)價(jià)過程中，實(shí)現(xiàn)水資源的持續(xù)利用，從而構(gòu)建良好生態(tài)系統(tǒng)，保護(hù)生物多樣性，在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，改善生態(tài)環(huán)境，其具體的評(píng)價(jià)目標(biāo)與評(píng)價(jià)原則如表1所示。

3.1 更新傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)模型，統(tǒng)籌地下水與地表徑流之間的關(guān)系

針對地下水與地表徑流分離的情況，可采取以下兩方面的措施：①充分考慮到地下水與地表水資源之間的關(guān)系，通過二元評(píng)價(jià)模型，合理統(tǒng)籌兩者之間的關(guān)系，確保水資源評(píng)價(jià)的合理性；②按照雙向評(píng)定的方式，抓住不同形式水資源之間的聯(lián)系，科學(xué)掌控水資源的變化。

表1 評(píng)價(jià)目標(biāo)與評(píng)價(jià)原則

3.2 以全面詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依托，構(gòu)建完整水資源時(shí)間評(píng)價(jià)表

工作人員必須收集全面的水資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，規(guī)劃好水資源配置方式，按照不同的時(shí)間尺度，總結(jié)出對應(yīng)的水資源規(guī)律。按照差積曲線，合理的分析多年平均降水量與每年的降水量。計(jì)算降水量的過程中，應(yīng)首先計(jì)算各個(gè)分區(qū)多年以來的平均、不同頻率年降水量，再計(jì)算整個(gè)區(qū)域，保障水資源評(píng)價(jià)的有效性。

3.3 重視水資源分布規(guī)律，注重水資源評(píng)價(jià)方法

針對集總式分析方法評(píng)價(jià)水資源存在的問題，工作人員要在生態(tài)水文理念的指導(dǎo)下，重視水文水資源分布規(guī)律，全面考慮影響水資源分布的因素和水文要素，注重水資源評(píng)價(jià)方式方法，這樣才會(huì)使得出的計(jì)算結(jié)果較為全面，更接近真實(shí)數(shù)據(jù)；真正貼切地動(dòng)態(tài)反應(yīng)水資源的演變過程，充分反映出水資源的空間特征[7]，更好地評(píng)價(jià)水資源，以便合理規(guī)劃水資源，統(tǒng)一配置水資源，使水資源得以可持續(xù)開發(fā)利用。

3.4 創(chuàng)建水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)，還原真正參數(shù)

傳統(tǒng)的“一元—靜態(tài)型”評(píng)價(jià)模式忽略了人類活動(dòng)，通過還原程序后得到的驅(qū)動(dòng)水資源變化因素僅僅代表著自然對水資源的影響。同時(shí)，人類活動(dòng)與自然水循環(huán)之間的影響被忽略，但這種方式如果運(yùn)用在人類活動(dòng)不顯著的情形下，則可適用，如研究陸地與海洋水循環(huán)時(shí)，因海洋水循環(huán)過程的調(diào)節(jié)作用突出，能夠使用“一元—靜態(tài)型”模型。需要注意的是，對于缺水流域或者人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域而言，這種模型則不適用[8]。因此，可選擇“二元演化”模型。該種分析模式將人類活動(dòng)與天然水循環(huán)過程有機(jī)統(tǒng)一，具體模型如圖1所示：工作人員必須合理運(yùn)用“二元?jiǎng)討B(tài)型”水循環(huán)理論，不斷更新還原參數(shù)，選擇恰當(dāng)?shù)倪€原方式，反映出水文漸變過程，探尋水資源分部規(guī)律，合理預(yù)測在未來時(shí)段中水資源的變化過程。

3.5 以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為手段，不斷更新水資源評(píng)價(jià)方式

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，水資源評(píng)價(jià)方式逐漸增多，其中以大尺度分布式型水資源分析模型為代表，該模型能夠動(dòng)態(tài)模擬出不同大小流域的徑流變化過程，還可體現(xiàn)出自然環(huán)境與水文環(huán)境的變異特征，特別是近年來RS(遙感)、GRS(全球定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))、衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上降低了評(píng)估水資源工作開展的難度[9]。這一類技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地幫助工作人員獲取水資源的下墊面變化特征、水文要素變化、氣象變化等方面的數(shù)據(jù)信息，從而誕生了WEP-L物理評(píng)價(jià)模型[10]。該種評(píng)價(jià)模型以RS、GIS、GRS為基礎(chǔ)，將人類活動(dòng)與自然水循環(huán)過程有機(jī)統(tǒng)一，更能有效反映出人類活動(dòng)對于水資源的影響，從而更全面的考慮水資源分布規(guī)律，協(xié)調(diào)好空間與時(shí)間分布關(guān)系。

4 基于生態(tài)水文理念下水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)

水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)的主要特征為層次化、動(dòng)態(tài)化，以二元演化模型和WEP-L物理評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，具體的理論基礎(chǔ)包括實(shí)地勘測、還原分離、耦合、創(chuàng)建模型等模塊。該種評(píng)價(jià)系統(tǒng)涵蓋廣義、狹義兩方面的水資源，同時(shí)，還包括實(shí)際可利用量，具體的計(jì)算方式如下所示：

廣義角度的水資源：

Ws=(Rs+Rg)+Ep+Ess+Ees

(1)

式中：Ws為代表廣義角度的水資源；Rs為代表地表徑流量的水資源；Rg為代表未重復(fù)的地下水資源；Rs為代表冠層截流蒸發(fā)量；Ess為代表地表截流的有效蒸發(fā)；Ess為代表未重復(fù)的地下水、地表徑流量土壤水有效蒸發(fā)量；(Rs+Rg)代表狹義角度的水資源。

圖1 二元演化模型圖

實(shí)際可利用量主要是指在經(jīng)濟(jì)條件和自然條件共同影響下，得出準(zhǔn)確的區(qū)域水資源總量，從而支持區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。需要注意的是，實(shí)際可利用量和狹義角度的水資源量都是變化的，應(yīng)在評(píng)價(jià)過程中，科學(xué)選擇計(jì)算模型，確保計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 語

綜上所述，水資源短缺已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題，為提升水資源利用效率，優(yōu)化水資源配置，應(yīng)加大對水資源評(píng)價(jià)方式的重視程度。從傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)方式的角度分析，其水資源的評(píng)價(jià)對象較為單一，局限在河流等地表徑流上，使得很多其他形式的水資源沒有納入到評(píng)價(jià)過程，而基于生態(tài)水文理念的角度評(píng)價(jià)，則能夠較好地彌補(bǔ)這一問題。在實(shí)際評(píng)價(jià)水資源的過程中，工作人員應(yīng)合理利用WEP-L物理評(píng)價(jià)等模型，全面分析地表、地下水資源，從而更加科學(xué)地進(jìn)行配置，將生態(tài)水文理念融入到水資源分析過程中，更好地建立健全水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

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1007-7596(2016)12-0108-04

2016-11-24

全占東(1984-)，男，遼寧大洼人，工程師，研究方向?yàn)樗乃Y源、水利工程、水利信息化等。

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