基于水壓力綜合指數(shù)的朝陽地區(qū)水資源壓力定量評(píng)估研究

任海青

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

1 朝陽地區(qū)水資源概況

朝陽市多年降水量平均值為490mm，從南向北降水量逐步遞減，朝陽地區(qū)徑流分布也從南向北逐步減少，和降水空間分布一致，徑流補(bǔ)給方式主要來源于降水，徑流季節(jié)變化的差異性主要體現(xiàn)在河流補(bǔ)給量的季節(jié)變化[1]。除降水補(bǔ)給外，融雪補(bǔ)給和地下徑流補(bǔ)給也是兩個(gè)主要補(bǔ)給方式[2]。朝陽地區(qū)河流夏季豐水、冬季和秋季枯水的特點(diǎn)十分明顯。全市各河流補(bǔ)給主要來與與降水，河流年內(nèi)水量分配和季節(jié)降水變化具有一致性，且季節(jié)變化十分顯著[3]。夏季豐水期集中為6-9月，汛期徑流占年總徑流的比重較大，介于55%-75%之間，非汛期徑流比重較低，秋季和冬季枯水期是朝陽缺水較為嚴(yán)重的兩個(gè)季節(jié)[4]。河流徑流季節(jié)性變化明顯。全市各中小河流季節(jié)變化較大，夏季水量較為充沛，枯水期河流斷流較為明顯，水量分配主要集中在汛期，河道汛期徑流總量占全年的比重超過90%[5]。近些年來，朝陽市水資源隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源壓力較大，為對(duì)朝陽地區(qū)水資源壓力進(jìn)行定量評(píng)估，文章結(jié)合當(dāng)前在國內(nèi)許多地區(qū)應(yīng)用較好的水資源綜合指數(shù)[6-15]，對(duì)朝陽地區(qū)水資源壓力進(jìn)行評(píng)估，研究成果對(duì)于朝陽地區(qū)水資源保護(hù)和可持續(xù)利用具有重要的參考價(jià)值。

2 水資源綜合壓力指數(shù)計(jì)算方法

基于農(nóng)業(yè)、生活、工業(yè)、水生態(tài)、水資源承載能力建立朝陽市水資源綜合壓力評(píng)估指數(shù)，該指數(shù)計(jì)算方程為：

WEF=γw(Wa+Wi+We+W1+We)/Pw

(1)

式中：WEF為各指標(biāo)水足跡值，hm2；Wa為農(nóng)業(yè)用水資源量，m3；Wi為工業(yè)用水資源量，m3；WC為城鎮(zhèn)用水水資源量，m3；W1為生活用水水資源量，m3；We為生態(tài)用水資源量，m3；γw為水資源綜合壓力指數(shù)；Pw為各資源生產(chǎn)能力值。首先需要對(duì)各水資源分區(qū)的水壓力指數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

WEC=0.4γWφWW/PW

(2)

式中：WEC為最大水資源承載能力對(duì)應(yīng)的水資源總量，m3；ψW為水壓力系數(shù)；W為水資源總量(m3)。此外還需對(duì)各水資源分區(qū)的水生態(tài)壓力指數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

(3)

水壓力綜合指數(shù)采用Moran指數(shù)進(jìn)行指標(biāo)聚集表征：

(4)

其中：

(5)

(6)

(7)

式中：Ii為水資源綜合壓力指數(shù)計(jì)算值。

3 結(jié)果與討論

3.1 朝陽地區(qū)各水資源分區(qū)水量情況

朝陽市水資源三級(jí)區(qū)3個(gè)，分別為沿渤海西部諸河、西拉木倫河及老哈河、灤河山區(qū)。水資源四級(jí)區(qū)4個(gè)，分別為大凌河、小凌河、老哈河、青龍河。朝陽市各分區(qū)地表水資源量，見表1；朝陽市各分區(qū)地下水資源量，見表2。

表1 朝陽市各分區(qū)地表水資源量

表2 朝陽市各分區(qū)地下水資源量

從朝陽地區(qū)各水資源分區(qū)地表水和地下水可看出，各水資源分區(qū)地表水和地下水差異較大，朝陽地區(qū)地下水資源量總體要高于地下水資源量，近些年來，由于朝陽市加大對(duì)地下水資源量的保護(hù)，從2010年開始，近10a朝陽地區(qū)地下水開采量總體低于20%，和地表水資源開發(fā)率>50%。因此在進(jìn)行水資源綜合壓力指數(shù)分析時(shí)，地表水資源量屬于朝陽地區(qū)水資源壓力指數(shù)的高壓指標(biāo)，2000年以后朝陽市地表水資源由于區(qū)域用水結(jié)構(gòu)的變化，地表水資源壓力指數(shù)呈現(xiàn)遞增變化，主要是受到地表水開發(fā)利用率的影響，從朝陽各水資源分區(qū)分布情況可看出，各分區(qū)地表水資源開發(fā)率整體從東到西呈現(xiàn)遞減變化。而由于地下水控制力度的加大，朝陽各水資源分區(qū)地下水開采率總體可控制在4.5%-19.8%之間，和地表水開采率較為相似，總體從東到西逐步遞減，東部地下水埋深較高，因此地下水開采率較高，而西部地下水埋深較低，使得地下水開采率較低。

3.3 水資源壓力指數(shù)突變分析結(jié)果

在朝陽地區(qū)各水資源分區(qū)地表水和地下水分析的基礎(chǔ)上，對(duì)朝陽地區(qū)水資源承載力、水資源供需、水生態(tài)壓力指數(shù)進(jìn)行分析，并綜合得到朝陽地區(qū)水壓力的綜合指數(shù)，朝陽地區(qū)各類水資源壓力指數(shù)突變分析結(jié)果，見圖1。

水資源承載力壓力指數(shù)

水資源供需壓力指數(shù)

水生態(tài)壓力指數(shù)

水壓力綜合指數(shù)

通過分析，在95%置信區(qū)間2000年為朝陽地區(qū)水資源承載能力指數(shù)的一個(gè)突變時(shí)間點(diǎn)，這一時(shí)期主要是受到地下水開采率遞增變化的影響，使得朝陽地區(qū)水資源承載能力出現(xiàn)急劇下降的變化，后期隨著地下水開采率的降低，水資源承載壓力指數(shù)遞減變化有所減緩。而水資源供需壓力指數(shù)的突變特征時(shí)間節(jié)點(diǎn)主要在2005年前后，這一時(shí)期由于朝陽地區(qū)地表水資源量的減少，水庫調(diào)蓄作用增強(qiáng)，在保障城市生活用水的前提下，水資源供需壓力指數(shù)呈現(xiàn)突變?cè)黾拥淖兓?，?015年前后，朝陽地區(qū)大型水庫供水作用明顯，使得水資源供需壓力指數(shù)有所減小。朝陽地區(qū)水生態(tài)壓力指數(shù)在2000年前后出現(xiàn)突變特征，這主要是因?yàn)檫@一時(shí)期，受到工業(yè)和城市生活用水影響，水生態(tài)壓力指數(shù)呈現(xiàn)突變?cè)黾拥淖兓厔荩鷳B(tài)壓力受到不同程度的影響。在水資源承載能力、水資源供需、水生態(tài)的突變分析，對(duì)朝陽地區(qū)水壓力綜合指數(shù)進(jìn)行分析，綜合分析朝陽地區(qū)水壓力綜合指數(shù)主要出現(xiàn)2個(gè)突變時(shí)間節(jié)點(diǎn)，第1個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)主要在2000年左右，第2個(gè)突變時(shí)間點(diǎn)在2010年左右，通過調(diào)查分析這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)主要是因?yàn)榈叵滤_采率的變化影響，可見地下水開采率對(duì)于朝陽地區(qū)水壓力綜合指數(shù)影響顯著。

4 結(jié) 論

1)朝陽各水資源分區(qū)地下水開采率總體可控制在4.5%-19.8%之間，和地表水開采率較為相似，總體從東到西逐步遞減，東部地下水埋深較高，因此地下水開采率較高，而西部地下水埋深較低，使得地下水開采率較低。

2)2000年以后朝陽市地表水資源由于區(qū)域用水結(jié)構(gòu)的變化，地表水資源壓力指數(shù)呈現(xiàn)遞增變化，主要是受到地表水開發(fā)利用率的影響，從朝陽各水資源分區(qū)分布情況可看出，各分區(qū)地表水資源開發(fā)率整體從東到西呈現(xiàn)遞減變化。

3)朝陽地區(qū)水壓力綜合指數(shù)主要出現(xiàn)2個(gè)突變時(shí)間節(jié)點(diǎn)，第1個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)主要在2000年左右，第2個(gè)突變時(shí)間點(diǎn)在2010年左右，通過調(diào)查分析這2個(gè)時(shí)間點(diǎn)主要是因?yàn)榈叵滤_采率的變化影響，可見地下水開采率對(duì)于朝陽地區(qū)水壓力綜合指數(shù)影響顯著。