陕北地区水资源安全状况分析

陕北地区水资源安全状况分析

水资源作为基本生产和粮食资源，在现代社会经济发展中发挥着重要作用。随着社会进步,水资源正成为地区社会经济进一步发展的限制因子。对地区水资源安全状况进行评价,并作出符合客观实际的社会经济系统水资源需求预测,引导地区发展中水资源合理利用,是我们当前积极、必要的工作。陕北地区位于陕西省北部,属黄河中游地区,总面积8.06万km2,约占陕西省的39.2%。其中水域面积950km2,占全省水域面积的24.5%。该地区是我国黄土高原的主体部分,位于我国季风气候区与内陆气候区的过渡地带,生态环境脆弱,加之数千年人类活动的干扰,这里已经成为我国乃至世界水土流失最严重的地区。陕北地区属温带半干旱气候,降水较少,年平均降水量在320～660mm之间,降水量在空间上分布不均,总体上南部降水量多于北部。陕北地区水资源短缺问题严重,水资源是该地区可持续发展最为重要的基础性自然资源,水资源能否高效利用、有效保护和合理配置,关系到该地区经济发展、社会进步的大局,关系到国土综合整治、全面小康社会的建设、生态环境保护和修复等事业的成败。1水资源安全的保障水资源安全的概念在理论界至今没有统一的说法。有人认为,水资源安全指的是在现在或将来,由于自然的水文循环波动或人类对水循环平衡的不合理的改变,或是二者的耦合,使得人类赖以生存的区域水资源状况发生对人类不利的演进,并正在或将要对人类社会的各个方面发生不利的影响,表现为干旱、洪涝、水量短缺、水质污染、水环境破坏等等方面,并由此可能引发粮食减产、社会不稳、经济下滑及地区冲突等等。郑通汉将水资源安全分为广义的水资源安全和狭义的水资源安全,并指出建立水资源安全预警系统是保障水资源安全的有效途径;夏军、贾绍风、陈德敏等学者也从不同角度对水资源安全进行了探讨和研究。其中贾绍风认为,水资源安全的实质是水资源供给如果能够满足其社会经济长远发展的合理要求,那么就说明这个区域的水资源是安全的,否则就是不安全的。由于水资源安全问题是一个涉及资源、生态、环境和社会等各个方面的复杂巨系统,很难用一两个指标进行定量评价。本文试图引用水贫困指数(WaterPovertyIndex-WPI)、水资源承载力的供需平衡指数(IndexofWaterSupplyandDemand-IWSD)、水资源压力指数(WSI)对陕北地区水资源安全问题进行初步分析,具体的WPI、IWSD、WSI计算方法。1.1资源分指数的确定水贫困指数(WPI)由资源(Resource—R)、途径(Access—A)、利用(Use—U)、能力(Capacity—C)和环境(Environment—E)5个分指数构成,WPI及分指数的取值范围为0～100,指数取值越大表示状况越好。考虑到资料的可获取性,确定资源(R)分指数时,主要选取陕北地区降水量、水资源总量、人均水资源量、单位面积水资源量等;途径(A)分指数选取自来水普及率、耕地灌溉、水资源利用等因素;利用(U)分指数选取供水量、人均用水量、供水工程、用水结构及用水效率等;能力(C)分指数选取陕北地区GDP总量、人均GDP、地区教育水平、公共事业投入等指标;环境(E)分指数考虑水资源质量、生态环境质量、水土流失等因子。在确定上述分指数过程中,充分考虑了全国各地区的指标平均状态,以得到相对较客观的分指数值和WPI值。陕北地区WPI的计算结果显示(图1),该地区由于水资源较少,经济发展处于较低水平,并且生态环境脆弱,使得WPI值(33.2)处于较低状态,说明陕北地区现状水资源安全处于较低程度,应尽快通过提高水资源开发利用程度增加水资源总量、加快地区经济发展水平、改善生态环境质量以保证水资源安全。1.2资源压指数wsi1.2.1水资源压力指数scarciding1992年Falkenmark和Widstrand定义人均水资源量为水资源压力指数(WaterStressIndex-WSI)以度量区域水资源稀缺程度,并确定了水资源压力的临界值:当人均水资源量低于1700m3/人时出现水资源压力,当人均水资源量低于1000m3/人时出现慢性水资源短缺(ChronicWaterScarcity)。据世界资源研究所规定,每人每年拥有的可重复利用的淡水总量低于1000m3者为水资源数量压力指数的临界标志;理论地理学研究规定,每年每平方公里所拥有的可重复使用的淡水资源小于15万m3者(相当于150mm水深)为水资源空间压力指数的临界标志。陕北地区2004年人口规模为545.59万人,水资源总量为48.40亿m3,计算得陕北地区人均水资源量为887.12m3/人,低于1000m3/人的临界标准,表明该区为水资源较短缺地区,水资源短缺势必对当地居民生活和生产造成极大的影响。1.2.2低水资源压力水资源开发利用程度(wateruseintensity)定义为年取用的淡水资源量占可获得的(可更新)淡水资源总量的百分率。指标的阈值或标准系根据经验确定:当水资源开发利用程度小于10%时为低水资源压力(lowwaterstress);当水资源开发利用程度大于10%、小于20%时为中低水资源压力(moderatewaterstress);当水资源开发利用程度大于20%、小于40%时为中高水资源压力(medium-highwaterstress);当水资源开发利用程度大于40%时为高水资源压力(highwaterstress)。陕北地区现状水资源开发利用程度为18%左右,接近标准定义中的中低水资源压力范围,显示该区水资源利用效率较低,水资源系统及其自然生态系统压力处在中高程度,水资源开发利用压力较大。2根据陕北地区的水资源准备2.1生活需水预测陕北地区水资源需求预测的用水户分生活、生产和生态环境三大类。生活需水仅限城乡居民生活用水量部分,包括城镇居民和农村居民生活需水量;生产需水指有经济产出的各类生产活动所需的水量,包括第一产业、第二产业和第三产业;生态环境用水指为生态环境美化、修复与建设或维持现状环境质量不至于下降所需要的最小需水量,生态环境需水分为维护生态环境功能和生态环境建设两类,并按河道内与河道外用水划分。生活需水分城镇居民和农村居民两类,生活需水通常采用人均日用水量方法预测。生活需水预测在城乡人口指标预测成果的基础上,进行城乡用水人口预测。根据社会经济发展水平、用水习惯和水资源条件,拟定各预测水平年城镇和农村居民生活用水定额,进行生活需水预测,计算公式:Wtiit=Potiit×LQtiit×365/1000(1)式中:i为用户分类序号,i=1为城镇,i=2为农村;t为预测水平年序号;Wtiit为第i用户第t水平年生活年需水量(万m3);Potiit为第i用户第t水平年的用水人口;LQtiit为第i用户第t水平年的人均日用水量(L/d·日)。生产用水用户包括国民经济各生产行业,所以生产需水预测按工业需水、农业需水和其它产业需水进行预测。工业需水预测分高耗水工业、一般工业和火(核)电业等3类,本文采用重复利用率法对其定额进行预测,计算公式为:IQt2i=(1−∂)t2−t1×1−ηt2i1−ηt1i×IQΙQit2=(1-∂)t2-t1×1-ηit21-ηit1×ΙQt1iit1(2)式中:i为工业部门分类序号;IQt2iit2、IQt1iit1分别为第t2和第t1规划水平年第i工业部门的用水定额(可以为万元产值或增加值取水量,也可为工业单位产品取水量),∂为综合影响因子,包括科技进步、产品结构等因素;ηt2iit2和ηt1iit1分别为第t2和第t1规划水平年第i工业部门的用水重复利用率。农业需水包括农田灌溉需水和林牧渔业需水,其需水量采用灌溉定额预测方法,结合灌溉面积预测值预测农业需水量;其它产业需水采用万元增加值取用水量法进行预测,根据地区用水现状分析各预测水平年需水定额和水利用系数,进行需水量预测。生态环境需水按河道内和河道外两类口径分别进行预测,河道内生态环境用水一般分为维持河道基本功能用水和河口生态环境的用水,河道外生态环境用水分为湖泊湿地用水、生态环境保护与建设用水、城市景观用水等。其中,城镇绿化用水、防护林草用水等以植被需水为主体的生态环境需水量,采用灌溉定额法预测;湖泊、湿地等,以水面面积的水面蒸发量与降水量之差为生态环境需水量。2.2水资源量及其分配人口数量的不断增加、社会经济水平的持续提高,是推动地区水资源需求增长的最直接驱动力,本文首先对陕北地区社会经济发展水平各指标进行预测(表2)。根据陕北地区水资源利用状况及经验数据,预测陕北地区2010年城镇居民生活用水89L/d·人,农村居民生活用水31L/d·人,大牲畜用水29L/d·头,小牲畜用水15L/d·头,2020年以上各指标分别为99L/d·人、53L/d·人、29L/d·头和20L/d·头;2010年火电工业万元产值取水量为624m3/万元,重复利用率为91%,一般工业万元产值取水量为46m3/万元,重复利用率48%,高耗水工业万元产值取水量为44m3/万元,水资源重复利用率85%,2020年分别为578m3/万元、27m3/万元和36m3/万元,92%、65%和115%;2010年陕北地区水浇地、水田灌溉定额(P=75%)为4875m3/hm2、14910m3/hm2,2020年降为4605m3/hm2和944m3/hm2。本文中陕北地区生态环境需水预测的研究成果,将生态系统分为人工生态系统、河湖生态系统和天然生态系统,分别计算其生态环境需水量。在计算生态环境总需水量时,考虑到水资源具有“一水多用”的特征和功能,对陕北地区生态环境需水进行修正。3水资源需需平衡指数iwsd水资源承载力可定义为“在一定的水资源开发利用阶段,满足生态需水的可利用水量能够维系该地区人口、资源与环境有限发展目标的最大的社会—经济规模”,就是说在保证地区生态需水的基础上,可利用水资源量最大限度能够养活的地区人口数量以及可以维持的社会经济发展规模。本文在水资源需求预测的基础上,计算了陕北地区水资源承载力的供需平衡指数,计算公式为:IWSD=Ws−WdWs=1−WdWsΙWSD=Ws-WdWs=1-WdWs式中:Ws为可利用水资源量(本文取陕北地区2010、2020年预测供水量),Wd为水资源需求总量。可以看出,当区域可利用水资源量小于社会经济系统的需水量时,即Ws<Wd,得出IWSD<0,说明区域可供水资源量不足以支撑如此规模的社会经济系统,区域水资源对应的人口及经济规模是不可承载的,反之则说明区域水资源具备如此规模的社会经济支撑能力,区域水资源供需呈良好状态。陕北地区在现状水资源开发利用条件下,预计2010、2020年可利用水资源量分别达12亿m3和15亿m3左右,同期水资源需求量为13.5677亿m3和17.3775亿m3。经计算,在保证生态环境需水量的基础上,陕北地区2010年IWSD=-0.13,2020年IWSD=-0.16。数据显示,在本文预测年陕北地区的可供水资源量不足以支撑地区社会经济系统,即区域水资源对应的人口及经济规模是不可承载的。4水资源供需平衡分析(1)陕北地区现状水资源处于不安全状态,水贫困指数(WPI=32.3)远低于全国范围的WPI值(48-55.9),水资源压力指数中的人均水资源量(887.12m3/人)低于1000m3/人的临界标准,水资源开发利用程度(18%)接近中高水资源压力范围,显示水资源利用效率低,由现状资料分析初步得出陕北地区水资源不安全。(2)将陕北地区的用水户分生活、生产和生态环境三大类进行2010、2020年的近、中期需水预测,得出2010年陕北地区三大类用水户需水量分别为0.5878亿m3、12.7099亿m3和22.50亿m3,2020年三大类数据为1.4011