李 翊

(四川省都江堰管理局，四川 都江堰，611830)

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水資源安全度量在區(qū)域經(jīng)濟決策中的支撐作用

李 翊

(四川省都江堰管理局，四川 都江堰，611830)

本文通過對中國水資源安全問題研究趨勢和主要方向、水資源安全度量的意義和作用的初步研究，提出了水資源安全度量對于支持區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的作用。在對基本水資源承載力評價方法介紹的基礎上，通過對國內(nèi)某煤化工園區(qū)規(guī)劃方案的水資源承載力評價，說明水資源安全度量對區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展決策的支撐作用及效果。

水資源 安全度量 承載力評價 區(qū)域經(jīng)濟 決策 某煤化工業(yè)園區(qū) 規(guī)劃建設

1 水資源承載力的基本概念及計算方法

1.1 水資源承載力的基本概念

水資源承載力即為資源承載力中針對水資源的度量概念。其定義可以概括為：在一定的水資源開發(fā)利用階段，滿足生態(tài)需水量的可利用水資源量能夠維系有限發(fā)展目標的最大經(jīng)濟社會規(guī)模。也就是說，水資源承載力是一個度量區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展受水資源制約的閾值，它通常用滿足生態(tài)需水量的可利用水資源量與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展有限目標需求水量的供需平衡退化到臨界狀態(tài)所對應的單位水資源量的人口規(guī)模和經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模(如GDP)等指標體系表達。

1.2 水資源承載力的計算方法

度量與計算水資源承載力，首先要掌握區(qū)(流)域的水資源總量(W)、生態(tài)需水量(We)、可利用水資源量(Ws)及水資源需求總量(WD)，然后通過計算流域水資源承載力的平衡指數(shù)(IWSD)或流域水資源綜合承載力(F)或單位承載力(F1、2、3……n)，來分析區(qū)域水資源承載力。水資源承載力的計算公式如下：

(1)

由式(1)可以看出，當流域可利用水資源量小于流域經(jīng)濟社會系統(tǒng)水資源需求總量，即IWSD<0時，說明流域可利用水資源量不具備對這樣規(guī)模的社會經(jīng)濟系統(tǒng)的支撐能力，也就是區(qū)(流)域水資源對應的人口及經(jīng)濟規(guī)模是不可承載。而通過調(diào)水增加可利用水資源量和通過節(jié)水減少水資源需求總量時可提高IWSD。反之，當流域可供水資源量大于等于流域社會經(jīng)濟系統(tǒng)水資源需求總量，即IWSD≥0時，說明流域可利用水資源量具備對這樣規(guī)模的經(jīng)濟社會系統(tǒng)的支撐能力，流域水資源對應的人口及經(jīng)濟規(guī)模是可承載，供需為良好狀態(tài)。

2 水資源安全度量對政府區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展決策的支撐作用

盡管受到國際金融危機的沖機，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展仍然處于緩步上升態(tài)勢。隨著規(guī)范化管理的政策及要求，當前，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，企業(yè)入園和各級、各類園區(qū)(開發(fā)區(qū))的建設與發(fā)展，對于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展起到了有效的推動和促進作用。隨著規(guī)范化管理的政策及要求，對于區(qū)域性開發(fā)的水資源承載力評價也在逐步納入政府決策的科學技術支撐條件。保證有效開發(fā)和利用水資源，保證區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，成為區(qū)域水資源承載力分析的重點問題?，F(xiàn)以國內(nèi)某煤化工園區(qū)規(guī)劃方案水資源承載力評價案例，來研究水資源安全度量對政府區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展決策的支撐作用及效果。

2.1 案例概況

國內(nèi)南方某市擬在一煤炭礦區(qū)附近的山間谷地，規(guī)劃建設一處煤化工園區(qū)(以Y園區(qū)代稱)，規(guī)劃提出的產(chǎn)品鏈主要為甲醇后加工系列。規(guī)劃近期以建設200萬t/a甲醇裝置及配套煤氣化裝置為重點，在近期產(chǎn)品裝置成熟穩(wěn)定運行的基礎上，規(guī)劃遠期再擴建200萬t/a甲醇裝置及配套煤氣化裝置。規(guī)劃兩期共形成甲醇生產(chǎn)能力400萬t/a。園區(qū)周邊臨近一處地表水體(以Z河代稱)，為規(guī)劃的主要取水水源地。為保證供水需求，規(guī)劃同時提出在Z河上游建設一處供水水庫。

2.2 區(qū)域水資源承載力評價

2.2.1 區(qū)域水資源可利用量分析

根據(jù)規(guī)劃方案，結合實地調(diào)查，確定Y園區(qū)周邊可利用主要地表水資源為Z河，可利用地下水資源為周邊近距離礦井疏干水，可利用中水資源為規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水。區(qū)域不同水平年水資源可利用量測算情況見表1。

表1 區(qū)域不同水平年水資源可利用量測算

注：Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量及P=97%設計條件下平均流量均取最小值。

2.2.2 規(guī)劃實施后水資源供需平衡分析的情景設計

2.2.2.1 情景設計方案

根據(jù)煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，結合區(qū)域水資源可利用條件，針對規(guī)劃實施后，Y園區(qū)可能出現(xiàn)的水資源供需情況，本研究從水資源利用方式和煤化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃調(diào)整兩種角度，提出該區(qū)域水資源承載力評價的兩種情景設計方案(如表2所示)。

表2 規(guī)劃實施后水資源供需平衡情景分析

2.2.2.2 情景設計方案的確定

從產(chǎn)品產(chǎn)量規(guī)模角度分析，若將甲醇裝置產(chǎn)能規(guī)?？刂七^于嚴格，即將規(guī)劃的200萬t/a甲醇裝置×2期調(diào)整為170萬t/a甲醇裝置×2期，對規(guī)劃的甲醇后加工產(chǎn)品裝置運營的穩(wěn)定性是存在一定風險的，并且也不利于甲醇后加工產(chǎn)品鏈的繼續(xù)延伸與發(fā)展。同時，規(guī)劃設計副產(chǎn)一定數(shù)量的甲醇，也是綜合考慮遠期服務于四川石化基地1200萬t/a煉油及100萬t/a乙烯項目對甲醇產(chǎn)品的需求。

從產(chǎn)品裝置設計的可靠性分析，規(guī)劃編制單位認為，首先若是采取170萬t/a甲醇裝置×1套×2期設計方案，雖然在理論上具有能耗低、布置緊湊、占地少、操作維護簡單等諸多優(yōu)點，但是實際上設備制造難度大，設備運輸和設備安裝均存在較大困難。此外，由于目前國內(nèi)尚無相類似如此大規(guī)模甲醇裝置運行實例，工藝可靠程度亦較低；其次，若是采取85萬t/a甲醇裝置×2套×2期設計方案，為了不與國家現(xiàn)行的煤化工產(chǎn)業(yè)政策，即《關于加強煤化工項目建設管理促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》(發(fā)改工業(yè)〔2006〕1350號)規(guī)定的“一般不應批準規(guī)模在100萬t/a以下的甲醇項目”的技術政策發(fā)生沖突，則每期2套85萬t/a甲醇裝置必須同步建設、同步投產(chǎn)，在招商引資和實際運營中又存在極大的不確定性與難度。

據(jù)此分析認為，“情景一”與“情景二”的設計條件的出現(xiàn)可能性是存在的，故選擇“情景一”與“情景二”設計方案作為本次水資源承載力評價的設計情景，開展相應的水資源承載力評價。

2.2.2.3 評價方法

本次規(guī)劃實施后水資源供需平衡分析，本文采取“情景一”與“情景二”設計方案對比分析的方式，綜合分析在“情景一”與“情景二”設計方案下，區(qū)域水資源供需平衡及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源供需平衡，并根據(jù)評價結論提出相應規(guī)劃優(yōu)化與調(diào)整建議。

2.2.3 規(guī)劃實施后不同情景下的區(qū)域水資源供需平衡分析

預測Y園區(qū)近期新鮮水用量(含脫鹽水量)約為5518m3/h×24h=13.24萬m3/d；預測至遠期新鮮水用量約為10917m3/h×24h=26.2萬m3/d。規(guī)劃實施后Y園區(qū)新增用水量情況見表3。

表3 規(guī)劃實施后Y園區(qū)新增用水量

2.2.3.1情景一設計方案分析

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施近期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，同時不考慮利用周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，規(guī)劃新鮮水耗用量占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為14.32%、21.80%、90.14%及13.81%。除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下的區(qū)域水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，Z河水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施。

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施遠期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，同樣不考慮利用周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，規(guī)劃新鮮水耗用量占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為28.34%、43.14%、178.38%、27.32%。除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下區(qū)域水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，Z河水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施。

規(guī)劃實施后情景一設計方案區(qū)域水資源供需平衡分析情況見4。

表4 規(guī)劃實施后情景一設計方案區(qū)域水資源供需平衡分析

年份Z河平均流量Z河可利用水資源總量集中區(qū)新鮮水需求量集中區(qū)新鮮水需求量占可利用水資源量的比例給水條件(萬m3/d)(萬m3/d)(%)2015多年平均流量9245P=97%設計條件下平均流量6074最枯水期最枯流量1469水庫建成后平均流量9590132414322180901413812020多年平均流量9245P=97%設計條件下平均流量6074最枯水期最枯流量1469水庫建成后平均流量9590262028344314178382732

2.2.3.2 情景二設計方案分析

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施近期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，結合周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，規(guī)劃新鮮水耗用量占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為13.48%、19.90%、64.65%、13.02%。由此說明，前述各種條件下，區(qū)域水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施，但是Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下的供水安全，仍顯嚴峻。

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施遠期末(2020年)，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，結合周邊近距離礦井疏干水及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，規(guī)劃新鮮水耗用量占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為25.78%、37.48%、109.85%、24.94%。除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，區(qū)域水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施。

規(guī)劃實施后情景二設計方案區(qū)域水資源供需平衡分析情況見表5。

表5 規(guī)劃實施后情景二設計方案區(qū)域水資源供需平衡分析

年份Z河平均流量區(qū)域可利用水資源總量集中區(qū)新鮮水需求量集中區(qū)新鮮水需求量占可利用水資源量的比例給水條件(萬m3/d)(萬m3/d)(%)2015多年平均流量9824P=97%設計條件下平均流量6653最枯水期最枯流量2048水庫建成后平均流量10169132413481990646513022020多年平均流量10161P=97%設計條件下平均流量6990最枯水期最枯流量2385水庫建成后平均流量10506262025783748109852494

注：區(qū)域可利用水資源總量包含周邊近距離礦井疏干水及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水。

對比“情景一”與“情景二”設計方案下的區(qū)域水資源供需平衡分析可知，Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下的供水安全均十分嚴峻。同時，在Z河Z鎮(zhèn)段各條件下情景二的供水可靠性相對情景一偏小。

2.2.4 規(guī)劃實施后不同情景下的Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源供需平衡分析

根據(jù)統(tǒng)計資料可知，Z河Z鎮(zhèn)下游流域的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀總量為13.92萬m3/d。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量為6.41萬m3/d，農(nóng)村居民生活用水量為1.33萬m3/d，農(nóng)村牲畜用水量為0.44萬m3/d，村鎮(zhèn)工業(yè)用水量為3.17萬m3/d，城鎮(zhèn)居民生活用水量為1.05萬m3/d，城鎮(zhèn)工業(yè)用水量為1.52萬m3/d。當?shù)豘河流域的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀情況見表6。

表6 當?shù)豘河流域的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.2.4.1 情景一設計方案

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施近期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，同時不考慮利用周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，Y園區(qū)新鮮水需求量及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用量整體占Z河水資源可利用量的比例分別為29.38%、44.72%、184.89%、28.32%。除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，Z河水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施，以及Z河Z鎮(zhèn)斷面下游流域水資源需求量。

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施遠期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，同樣不考慮利用周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，集中區(qū)新鮮水需求量及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用量整體占Z河水資源可利用量的比例分別為43.40%、66.05%、273.11%、41.48%。同規(guī)劃實施近期一樣，除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，Z河水資源可利用總量可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施，以及Z河Z鎮(zhèn)斷面下游流域水資源需求量。但是應當同時注意，規(guī)劃遠期P=97%設計條件下的供水安全，亦趨嚴峻。

規(guī)劃實施后，情景一設計方案對Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用的影響情況見表7。

表7 規(guī)劃實施后情景一設計方案對Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用的影響

2.2.4.2 情景二設計方案

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施近期末，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，結合周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，Y園區(qū)新鮮水需求量及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用量整體占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為23.12%、35.18%、145.47%、22.28%。除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，水資源可利用總量總體可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施，以及Z河Z鎮(zhèn)斷面下游流域水資源需求量。

經(jīng)對比平衡分析可知，規(guī)劃實施遠期末(2020年)，Z河Z鎮(zhèn)斷面多年平均流量條件下、P=97%設計條件下平均流量、最枯水期最枯流量條件下，以及上游水庫建成后平均流量條件下，結合周邊近距離礦井疏干水資源及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水資源，集中區(qū)新鮮水需求量及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用量整體占區(qū)域水資源可利用總量的比例分別為27.00%、41.09%、169.91%、26.03%。同規(guī)劃實施近期一樣，除Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下水資源承載力嚴重超載以外，其它條件下，水資源可利用總量總體可以滿足規(guī)劃近期產(chǎn)品裝置及配套公用工程設施的實施，以及Z河Z鎮(zhèn)斷面下游流域水資源需求量。

規(guī)劃實施后，情景二設計方案對Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用的影響情況見表8。

表8 規(guī)劃實施后情景二設計方案對Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源開發(fā)利用的影響

注：*-扣除利周邊近距離礦井疏干水及規(guī)劃實施后集中區(qū)自產(chǎn)中水。

對比情景一與情景二條件下的Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源供需平衡分析可知，Z河Z鎮(zhèn)斷面最枯水期最枯流量條件下的供水安全均十分嚴峻。同時，在Z河Z鎮(zhèn)段各條下情景二的供水可靠性相對情景一明顯偏小，特別是在規(guī)劃遠期，P=97%設計條件下供水安全，情景一明顯嚴峻于情景二。

2.2.5 基于水資源承載力評價的原則建議〔3-6〕

2.2.5.1 水源規(guī)劃調(diào)整。在現(xiàn)場踏勘、調(diào)研和資料收集的基礎上，建議利用規(guī)劃區(qū)周邊近距離礦井產(chǎn)出的疏干水作為補充水源，同時規(guī)劃給水方針修訂為：以保證Z河流域城市生活和工、農(nóng)業(yè)用水安全為前提，以保證Y園區(qū)建成后能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)為目標，以Z河為主體給水水源，兼顧使用中水及周邊礦井疏干水，禁止開采和使用地下水作為工業(yè)項目給水水源，實現(xiàn)生產(chǎn)用水的梯級利用，循環(huán)使用和中水回用。

2.2.5.2 積極落實水庫建設工程。為保證規(guī)劃實施后區(qū)域及Z河Z鎮(zhèn)下游流域水資源供給安全，評價建議規(guī)劃的實施應當先期落實規(guī)劃提出的“在Z河流域上游，工程條件合適的位置，修建一座有效容積200萬m3的水庫蓄水，以有效調(diào)節(jié)Z河豐、平、枯各水期下游流量”，同時水庫建設時序應當優(yōu)先安排。

2.2.5.3 礦井疏干水利用方式。為保證礦井疏干水利用的可靠性，本次規(guī)劃環(huán)境影響評價建議在集中區(qū)內(nèi)部修建總有效容積為2萬m3的儲水池，以滿足一天儲水量需求，并且可根據(jù)不同產(chǎn)品裝置對礦井疏干水的水資源需求，分塊在裝置區(qū)內(nèi)部建設。

2.2.5.4 開展水資源利用方案專項研究。根據(jù)本次規(guī)劃環(huán)境影響評價結論，科學論證，制定并且優(yōu)化綜合用水方案。

2.2.5.5 調(diào)整規(guī)劃方案。根據(jù)水資源供應情況，調(diào)整建設規(guī)模，遠期工程可根據(jù)水資源供應情況延緩或取消。

3 結語

當前，水資源安全問題已經(jīng)成為國內(nèi)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最為嚴重的制約因素，其緊急程度已經(jīng)危及到人類基本生存環(huán)境和國家發(fā)展。因此，關注和研究水安全問題，制定和落實水安全減緩與保障措施，是中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所面對的最為重要、也是最為急迫的問題之一。水資源承載力是水資源安全的基本度量，研究水資源承載力對于認識和建設水資源安全保障體系，協(xié)調(diào)水資源供需矛盾，支持區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展尤為重要。

由本文的研究可以看出，水資源安全度量、水資源承載力評價，不僅要考慮自然環(huán)境條件實施，同時也要考慮規(guī)劃實施的可操作性。應當綜合分析，統(tǒng)籌考慮流域水資源條件和工程設計的可行性、保證區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和水資源開發(fā)和利用的協(xié)調(diào)性，為決策提供可靠的科學技術支撐條件和優(yōu)化建議。

〔1〕夏 軍.水資源安全的度量，水資源承載力的研究與挑戰(zhàn)[J].海河水利，2002，17(3):262～269.

〔2〕張桂杰，鄭念發(fā)，李 羚.淺談水環(huán)境安全的維護[J].能源與環(huán)境，2010，(22)：137.

〔3〕朱曉麗，淺析河道治理與水環(huán)境保護[J].浙江水利科技，2005(2)：47～48.

〔4〕劉力軍，別君霞，覃紹一.淺談都江堰供水區(qū)水資源可持續(xù)利用的戰(zhàn)略選擇[J].四川水利,2009，(5)：41～44.

〔5〕覃紹一,馬光文.都江堰水資源承載能力初步分析[J].四川水利，2009，(1)：33～36.

〔6〕彭述明，王興奎.都江堰水資源發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].水利發(fā)電學報,2006，25(3):1～5.

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