基于小凌河河道水資源承載力評(píng)價(jià)模型分析

陳 亮

(新民市水土保持監(jiān)督管理處，遼寧 新民 110300)

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基于小凌河河道水資源承載力評(píng)價(jià)模型分析

陳 亮

(新民市水土保持監(jiān)督管理處，遼寧 新民 110300)

農(nóng)村河道與城市河道共同構(gòu)成了一個(gè)區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)。隨著農(nóng)村生活、生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)不斷開展，污染物大量排放，因此農(nóng)村河道水生態(tài)系統(tǒng)逐漸失去了平衡。不但農(nóng)村地區(qū)水質(zhì)以及河道環(huán)境質(zhì)量變差，而且河道生態(tài)系統(tǒng)原有的經(jīng)濟(jì)功能以及生態(tài)價(jià)值功能也消失殆盡。由于一個(gè)地區(qū)的水資源承載力與當(dāng)?shù)氐娜丝跀?shù)量以及區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素密切相關(guān)。因此，文章結(jié)合朝陽(yáng)地區(qū)的小凌河進(jìn)行分析，對(duì)該河道的水資源承載力進(jìn)行計(jì)算評(píng)估。

農(nóng)村河道；水資源承載力；小凌河；評(píng)價(jià)模型

通常而言，針對(duì)一個(gè)地區(qū)的水環(huán)境資源總體承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于研究對(duì)象側(cè)重點(diǎn)不同以及研究手段和選取的指標(biāo)不同，因此可分為多種不同的評(píng)估方法。目前，較為常見(jiàn)的幾種水環(huán)境承載力評(píng)估模型為指標(biāo)體系評(píng)估模型和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)評(píng)估模型以及主成分分析模型和模糊綜合評(píng)估模型、多目標(biāo)決策分析模型等，不同模型由于研究的指向和意義不同，因此最終的研究結(jié)論也大相徑庭。文章主要結(jié)合朝陽(yáng)地區(qū)的小凌河實(shí)際情況進(jìn)行資料分析，通過(guò)構(gòu)建河道水環(huán)境承載力評(píng)估模型，以此對(duì)該研究區(qū)河道水資源環(huán)境承載量進(jìn)行計(jì)算分析。

1 農(nóng)村河道水資源承載力內(nèi)涵界定

區(qū)域河道水資源承載力主要是指在特定的時(shí)間范圍內(nèi)以及特定的指標(biāo)條件下，河道所能承受的最大污染量，這一污染量也稱之為某一水域的水環(huán)境容量。因此，按照水環(huán)境污染物的具體降解過(guò)程，區(qū)域水環(huán)境容量可分為水體自凈容量以及稀釋容量?jī)刹糠諿1]。其中，稀釋容量主要是指水域在有外來(lái)水資源不斷補(bǔ)充的條件下，該水域所能承載的最大污染量。而自凈容量則是指在一定的水域條件下，水體通過(guò)吸附以及生化和降解等生物功能及化學(xué)功能，對(duì)水質(zhì)不斷進(jìn)行自我凈化，在此過(guò)程中，該水域所能承受的最大污染負(fù)荷。因此，綜合以上兩種情況，應(yīng)該構(gòu)建基于農(nóng)村河道水資源承載力的自凈容量以及稀釋容量總體評(píng)估模型，在水質(zhì)目標(biāo)以及河道排污口位置不發(fā)生任何變化的情況下，對(duì)農(nóng)村河道水資源總體承載力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

2 農(nóng)村河道水資源承載力評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

在對(duì)小凌河河道水資源承載力進(jìn)行總體計(jì)算、評(píng)估時(shí)，文章分別通過(guò)構(gòu)建朝陽(yáng)地區(qū)河道水資源需水量計(jì)算評(píng)估模型以及河道水資源供水量計(jì)算評(píng)估模型，然后在此基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建復(fù)合型的供-需分析評(píng)估模型，對(duì)該地區(qū)河道水資源總體承載力進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

2.1 農(nóng)村河道水資源需水計(jì)算評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

農(nóng)村河道水資源需水計(jì)算分為灌溉用水量計(jì)算以及農(nóng)村生活綜合用水量、工業(yè)用水量計(jì)算和河道生態(tài)需水量計(jì)算、農(nóng)村河道水資源需求量計(jì)算幾個(gè)不同過(guò)程[2]。

1)小凌河河道實(shí)際灌溉用水量計(jì)算分析

通常情況下，區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水量較大，因此受地理因素和氣象因素影響，再加上當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物種植方式以及灌溉方式、土壤干濕狀況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植以及灌溉基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備等存在很大差異。因此，水資源利用量不同。文章在研究分析過(guò)程中，通過(guò)以下模型，對(duì)該研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際灌溉需水量進(jìn)行計(jì)算分析：

(1)

式中：在小凌河河道實(shí)際灌溉用水量計(jì)算分析模型中，Wa為小凌河流域農(nóng)民實(shí)際灌溉用水量，m3；M為小凌河流域農(nóng)民實(shí)際灌溉用水定額，m3/hm2；S為小凌河流域農(nóng)民實(shí)際需要灌溉的土地?cái)?shù)量，hm2；η水為小凌河流域農(nóng)民實(shí)際灌溉水利用系數(shù)；

2)小凌河河道實(shí)際生活綜合用水量計(jì)算分析

農(nóng)村地區(qū)生活用水量較大，除了基本的灌溉用水之外，還有商業(yè)以及居民物質(zhì)生活及醫(yī)療、休閑娛樂(lè)、旅游環(huán)保和消防用水以及林地綠化用水等。因此，在此過(guò)程中，隨著遼寧省朝陽(yáng)市地區(qū)農(nóng)轉(zhuǎn)非人口不斷增多，公共基礎(chǔ)設(shè)施不斷增加，導(dǎo)致生活水準(zhǔn)提升，人們的基本生活用水量也會(huì)顯著增加[3]。因此，在對(duì)該地區(qū)生活基本用水量進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)該綜合考慮用水定額以及基本人口數(shù)，結(jié)合朝陽(yáng)農(nóng)村地區(qū)實(shí)際用水情況，將基本的物質(zhì)生活用水量設(shè)定為V1，而將家畜圈養(yǎng)等用水設(shè)定為V2，可據(jù)此對(duì)該地區(qū)每日用水定額進(jìn)行分類計(jì)算。然后，在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村人口以及家畜總數(shù)，就可大致估算當(dāng)?shù)鼗居盟?，具體計(jì)算模型如下：

Wb=V1+V2=P1X1+P2X2

(2)

在小凌河河道實(shí)際灌溉用水量計(jì)算分析模型中，Wb為小凌河流域農(nóng)村生活用水量，m3；V1為小凌河流域農(nóng)村生活實(shí)際耗水量，m3；V2為小凌河流域農(nóng)村家養(yǎng)牲畜實(shí)際耗水量，m3；P1為小凌河流域農(nóng)村實(shí)際人口數(shù)量；P2為小凌河流域農(nóng)村實(shí)際牲口數(shù)量；V1為小凌河流域農(nóng)村生活每天用水定額，L·d-1·人-1；V2為小凌河流域農(nóng)村家養(yǎng)牲畜每天用水定額，L·d-1·只-1。

3)小凌河河道實(shí)際工業(yè)綜合用水量計(jì)算分析

與生活基本用水量相比，區(qū)域工業(yè)用水量更大，尤其是隨著遼寧省工業(yè)化城市建設(shè)速度不斷加快，工業(yè)用水量顯著增多。文章在研究過(guò)程中，所考察的工業(yè)用水量主要是指該農(nóng)村地區(qū)在發(fā)展工業(yè)過(guò)程中，生產(chǎn)及加工和制造以及洗滌凈化、冷卻等不同工業(yè)化環(huán)節(jié)的實(shí)際需水量，具體計(jì)算模型如下：

(3)

式中：WC為工業(yè)需水量；Q重為重復(fù)利用水量，m3；Q補(bǔ)為新補(bǔ)充水量，m3；Q總為總用量，m3；A為該研究區(qū)的GDP生產(chǎn)總值，萬(wàn)元；I為該研究區(qū)GDP增長(zhǎng)過(guò)程中的總用水額，m3·萬(wàn)元產(chǎn)值-1。

4)小凌河河道實(shí)際生態(tài)需水量計(jì)算分析

河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡維持離不開河道來(lái)水，而河道徑流是維持河流生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。通常情況下，對(duì)河道生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行計(jì)算，可采用Tennant法、月(年)保證率設(shè)定法及最枯月平均流量法[4]。其中，Tennant法主要是將年平均流量百分比作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)河道生態(tài)實(shí)際需水量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算；而月(年) 保證率設(shè)定法則是結(jié)合具體研究區(qū)的實(shí)際水文統(tǒng)計(jì)資料，在不同(月)年保證率基礎(chǔ)上，將不同的天然年徑流量百分?jǐn)?shù)，作為農(nóng)村河道水資源承載力的實(shí)際等級(jí)，然后對(duì)該地區(qū)實(shí)際需水量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。最枯月平均流量法則是在上述計(jì)算基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)該研究區(qū)最枯時(shí)段連續(xù)7d的平均水量進(jìn)行計(jì)算，以此合理評(píng)估農(nóng)村河道水資源承載力。

5)小凌河河道實(shí)際水資源需求量計(jì)算分析

WD=Wa+Wb+Wc+Wd

(4)

式中：WD為小凌河河道農(nóng)村水資源需求量，m3；Wa為小凌河河道農(nóng)村灌溉用水量，m3；Wb為小凌河河道農(nóng)村生活綜合用水量，m3；Wc為小凌河河道農(nóng)村工業(yè)用水量，m3；Wd為小凌河河道生態(tài)需水量，m3。

2.2 農(nóng)村河道水資源供水計(jì)算評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

文章在對(duì)農(nóng)村河道水資源供水量進(jìn)行計(jì)算評(píng)估時(shí)，首先引入水資源可利用量這一概念，其主要是指在滿足一定的生態(tài)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，在一定的技術(shù)條件下，可供當(dāng)?shù)貎粝挠谏a(chǎn)和生活的部分水資源。因此，結(jié)合這一概念可知，農(nóng)村河道水資源可利用量主要包括地下水及地表水和污水回用量以及跨流域調(diào)水等。所以，該研究區(qū)農(nóng)村河道水資源可利用量可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算分析：

WS=W1+W2+W3-W4+W5-W6

(5)

在河道水資源可利用量表達(dá)公式Ws中，通過(guò)降雨形成的地表徑流和河道地下水流量分別通過(guò)W1和W2表示；該農(nóng)村地區(qū)河道中的污水回收量通過(guò)W3表示；河道中污染段的污染水源可利用量通過(guò)W4表示；另外，該河道外來(lái)水量以及流失量分別通過(guò)W5和W6表示。在此基礎(chǔ)上，文章考慮到該研究區(qū)農(nóng)村河道水資源實(shí)際利用情況會(huì)受當(dāng)?shù)丶夹g(shù)水平等因素影響。因此，區(qū)域外來(lái)水量可忽略不計(jì)。該河道中主要可供利用的水資源包括河道徑流量以及可供回用的污水等[5]。故該研究區(qū)農(nóng)村河道可供利用的水資源實(shí)際計(jì)算采用如下模型：

(6)

2.3 農(nóng)村河道水資源需水-供水計(jì)算復(fù)合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

該研究區(qū)河道水資源總體供需情況可通過(guò)以下平衡性指數(shù)分析模型表示：

(7)

在上述計(jì)算模型中，WS和CRW分別代表該研究區(qū)河道水資源可利用量與水資源供需平衡指數(shù)。該研究水資源總體需求量可采用WD表示，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，若農(nóng)村河道水資源供需平衡指數(shù)<1，則表明該研究區(qū)河道水資源總需求量小于水資源可利用量，也就意味著該地區(qū)河道中的水資源總量可滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求。相反，若農(nóng)村河道水資源供需平衡指數(shù)>1，則表明該研究區(qū)河道水資源總需求量>水資源可利用量，也就意味著該地區(qū)河道中的水資源總量不能滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求。此時(shí)，可以看出該農(nóng)村河道水資源總體承載力不足，無(wú)法滿足人們基本生產(chǎn)與生活用水需求。除此之外，若農(nóng)村河道水資源供需平衡指數(shù)=1，則表明該研究區(qū)河道水資源總需求量等于水資源可利用量，也就意味著該地區(qū)河道中的水資源總量基本可以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求。

3 小凌河河道水資源承載力評(píng)價(jià)

結(jié)合上述不同計(jì)算指標(biāo)及模型，文章通過(guò)對(duì)朝陽(yáng)地區(qū)小凌河流域2001—2020年實(shí)際需水量與用水情況進(jìn)行調(diào)查預(yù)測(cè)分析，同時(shí)對(duì)未來(lái)用水量進(jìn)行了大致評(píng)估，從而得到如下數(shù)據(jù)：

結(jié)合上述不同公式進(jìn)行計(jì)算可知，該研究區(qū)農(nóng)村河道水資源實(shí)際平衡指數(shù)為CRW=0.25<1，由此表明，該地區(qū)河道中的水資源總需求量小于水資源可利用量，也就意味著該地區(qū)河道中的水資源總量基本可滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)用水需求。因此，該研究區(qū)農(nóng)村河道水資源總體承載力較大。

表1 小凌河河道水資源承載力平衡性分析

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，農(nóng)村河道水資源承載力統(tǒng)稱為區(qū)域環(huán)境容量。這一理論概念最早是由日本的生態(tài)理論研究學(xué)者于20世紀(jì)70年代提出，其研究的主要目的是通過(guò)對(duì)區(qū)域環(huán)境資源總承載力進(jìn)行分析，以此制定科學(xué)的環(huán)境管控對(duì)策。由于環(huán)境資源承載量評(píng)價(jià)包括多項(xiàng)指標(biāo)，因此無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都無(wú)統(tǒng)一的界定和描述方法，也沒(méi)有形成系統(tǒng)而一致的水資源承載力評(píng)估模型?；诖耍恼略诰C合國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了朝陽(yáng)市饒陽(yáng)河流域農(nóng)村河道水資源承載力評(píng)估模型，通過(guò)對(duì)該研究區(qū)河道水資源平衡指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，最終看出該地區(qū)河道中的水資源基本可滿足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)與生活用水。總體而言，該地區(qū)農(nóng)村河道水資源承載力較大，由此為當(dāng)?shù)睾侠砝盟Y源提供了參考。

[1]劉秀娟,董謙.白洋淀流域水資源管理模式選擇與創(chuàng)新體制構(gòu)建[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2011(10):185-189.

[2]林炎烽.對(duì)河道治理工程的分析研究與采取的措施[J].水利建設(shè)與管理，2009(06)：67-68，66.

[3]孫棟元,金彥兆,李元紅,等.干旱內(nèi)陸河流域水資源管理模式研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2015(01):80-84，89.

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Analysis for Evaluation Model of Water Resources Carrying Capacity based on Xiaolinghe River Course

CHEN Liang

(Xinmin Urban Supervision and Administration Department of Soil and Water Conservation, Xinmin 110300, China)

Rural and urban river courses constitute a regional water ecosystem of an area. With the development of rural life and productive practices, a large number of pollutants were discharged and the rural river water ecosystem gradually lost its balance. Not only the water quality in rural areas and the quality of the river environment changes, but also the original economic function of the river ecosystem and the function of ecological value has disappeared. The carrying capacity of water resources in the region is closely related to the local population quantity and the level of regional environment and economic development. Combined with the analysis of Xiaolinghe river, this paper estimated the bearing capacity of river water resources.

rural river course; carrying capacity of water resources; Xiaolinghe river; evaluation model

1007-7596(2017)01-0012-04

2016-12-30

陳亮(1981-),男，遼寧新民人，工程師，研究方向?yàn)樗亮魇е卫怼?/p>

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