變化環(huán)境下遼寧省水資源適應(yīng)性利用對(duì)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(hù)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境、維持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和地球生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)資源，對(duì)人類的生產(chǎn)生活發(fā)揮著決定性作用。因此，人類活動(dòng)及自然變化帶來(lái)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(shí)空變化規(guī)律以研究適應(yīng)性利用對(duì)策。

目前，諸多學(xué)者研究了人類活動(dòng)和氣候變化下的水資源利用對(duì)策及其時(shí)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(duì)濕地徑流的影響以及不同氣候情景下的徑流變化趨勢(shì)；王國(guó)慶等以山西省嵐河流域?yàn)槔盟哪M分析了河川徑流受人類活動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)期戰(zhàn)略對(duì)策；左其亭等提出了關(guān)鍵問(wèn)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(jìn)一步研究水資源演變下的適應(yīng)性利用問(wèn)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(shí)空變化特征。

1 水資源時(shí)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(wàn)km2，海岸線總長(zhǎng)2920 km，沿海有大小島嶼266個(gè)，是我國(guó)重要的老工業(yè)基地。該區(qū)域?qū)贉貛О敫珊蛋霛駶?rùn)季風(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(shí)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(guó)際河流有蒲石河、渾江、叆河、鴨綠江等河流。

因自然地理?xiàng)l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(qiáng)降雨或暴雨為主。雖然河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，徑流量大，水資源量較豐富，但獨(dú)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(diǎn)，加之蒸散發(fā)強(qiáng)、日照強(qiáng)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(hù)滯后、水資源時(shí)空分布不均等嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.2 水資源開發(fā)利用及時(shí)間變化特征

遼寧省水資源計(jì)算面積14.55萬(wàn)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(shì)，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(shì)

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(zhǎng)點(diǎn)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(gè)變化趨勢(shì)前半段主要體現(xiàn)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，也體現(xiàn)了節(jié)水型社會(huì)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(jì)帶、沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)戰(zhàn)略的實(shí)施拉動(dòng)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。農(nóng)業(yè)用水前半段維持在80億上下，后半段用水增長(zhǎng)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(shì)圖，見圖2所示。

圖2 2011-2020年用水水量變化趨勢(shì)圖

1.3 水資源時(shí)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(wú)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(guò)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(guò)了國(guó)際公認(rèn)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(jì)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，并導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)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(guò)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(lái)，遼寧省結(jié)合水資源分布特點(diǎn)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(jì)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(kù)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(yáng)、阜新、鐵嶺5市和沈陽(yáng)北部)；②中線工程：以大伙房水庫(kù)輸水工程為主，由觀音閣、湯河、葠窩、大伙房水庫(kù)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(yáng)、鞍山、遼陽(yáng)、盤錦、營(yíng)口、大連8個(gè)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(kù)、碧流河水庫(kù)、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)?！皷|水濟(jì)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(wèn)題?？紤]到遼寧省河流眾多、地形地貌復(fù)雜的實(shí)際，其水資源調(diào)配難度大，未來(lái)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(duì)策，促使區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)踐表明，必須考慮人類活動(dòng)和未來(lái)氣候變化的影響才能實(shí)現(xiàn)水資源的合理開發(fā)利用。對(duì)遼寧省水資源在未來(lái)氣候變化下的情勢(shì)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估啊，這是制定水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對(duì)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(zhǔn)期，以此揭示遼寧省未來(lái)降水變化幅度和趨勢(shì)，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(zhǔn)期平均降水量均偏多，僅個(gè)別年份偏低，不同排放情景在此趨勢(shì)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(dāng)。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(huì)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(guò)線性擬合利用趨勢(shì)線更好地反映未來(lái)降水變化趨勢(shì)。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(shì)，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(shì)，而在RCP8.5情境下呈現(xiàn)出小幅上升趨勢(shì)。通過(guò)多模式平均分析，較基準(zhǔn)期遼寧未來(lái)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(lái)降水增多有利于增大水資源量，而水資源蒸散發(fā)量會(huì)隨氣溫的升高而增大，同時(shí)降水的空間、年際和年內(nèi)差異性變化，將進(jìn)一步改變水資源現(xiàn)有的時(shí)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(shí)，水資源承載能力的需求程度將在人類活動(dòng)更高強(qiáng)度作用下而加大，破壞生態(tài)環(huán)境的力度也會(huì)有所增強(qiáng)。因此，為推進(jìn)遼寧地區(qū)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展必須對(duì)水資源合理開發(fā)利用，考慮未來(lái)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(duì)策。

2 變化環(huán)境下水資源適應(yīng)性利用對(duì)策

2.1 水資源適應(yīng)性利用對(duì)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(shí)空演變特征，提出水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對(duì)策。遼寧水資源適應(yīng)性利用戰(zhàn)略框架及對(duì)策，見圖4。首先，對(duì)遼寧人水系統(tǒng)要剖析水資源時(shí)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(duì)該水資源利用方式制定一套完整的方法加以評(píng)估，未通過(guò)評(píng)估時(shí)要對(duì)利用方案重新調(diào)整，直至適應(yīng)該環(huán)境，并達(dá)到和諧平衡；最后，應(yīng)用最優(yōu)的利用方案解決水資源實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)循環(huán)往復(fù)的過(guò)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(huì)導(dǎo)致水資源時(shí)空變化，并對(duì)水資源利用方案造成影響。此外，原有人水和諧關(guān)系會(huì)因環(huán)境變化而失衡，原有利用方式無(wú)法通過(guò)評(píng)估，需對(duì)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(duì)策

根據(jù)以上分析結(jié)果和遼寧水資源適應(yīng)性利用對(duì)策，遼寧降水將在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)呈增加趨勢(shì)，水資源也會(huì)因降水的變化而改變，并進(jìn)一步改變?cè)械娜怂椭C關(guān)系。因此，需要對(duì)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(jì)發(fā)展模式、強(qiáng)化水資源管理、水資源均衡調(diào)控等，以實(shí)現(xiàn)人水和諧目標(biāo)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(duì)于不同地區(qū)應(yīng)制定適于當(dāng)?shù)氐乃Y源適應(yīng)性利用方案，通過(guò)強(qiáng)化節(jié)水、調(diào)整經(jīng)濟(jì)規(guī)模、加強(qiáng)管理等實(shí)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(lái)水資源演變趨勢(shì)和特征，需要構(gòu)建三大支撐體系以實(shí)現(xiàn)水資源適應(yīng)性利用，即科技、政策和工程支撐，對(duì)應(yīng)智慧水利、嚴(yán)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(guò)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?？茖W(xué)利用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)，實(shí)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(tái)。此外，為應(yīng)對(duì)變化環(huán)境下的水資源利用問(wèn)題應(yīng)大力發(fā)展節(jié)水科技，提高科技水平。

2)嚴(yán)格水資源管理戰(zhàn)略。在統(tǒng)一規(guī)劃的基礎(chǔ)上強(qiáng)化管理，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，有利于增強(qiáng)遼寧水資源適應(yīng)性能力。在水資源管理中強(qiáng)調(diào)水生態(tài)文明建設(shè)和最嚴(yán)格水資源管理，強(qiáng)化生態(tài)補(bǔ)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(wèn)題，遼寧省應(yīng)結(jié)合實(shí)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(diǎn)合理開采地下水資源，實(shí)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(jì)社會(huì)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(wèn)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(shí)現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水的同時(shí)增強(qiáng)年際、年內(nèi)調(diào)解能力，進(jìn)一步增強(qiáng)變化環(huán)境下水資源調(diào)配能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

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(yán)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(lái)，可進(jìn)一步深入研究主要水資源適用性利用對(duì)策的量化、變化環(huán)境下水系統(tǒng)模擬、驅(qū)動(dòng)因子的識(shí)別、水資源適應(yīng)性利用機(jī)理等內(nèi)容。