全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

基于生態(tài)水文理念下的流域水資源評價

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

水是人類賴以生存的資源，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，水資源短缺的問題越來越凸顯，不僅破壞著區(qū)域生態(tài)平衡，還制約著區(qū)域經(jīng)濟的增長。因此，節(jié)約保護水資源已經(jīng)成為社會各界的共識。為進一步解決水資源短缺的問題，相關(guān)工作人員應(yīng)加大對水資源評價工作的重視程度，合理運用生態(tài)水文理念，深入分析水資源的分布、特點，從而優(yōu)化區(qū)域內(nèi)水資源的配置，為規(guī)劃流域水資源的使用提供準確參考依據(jù)。文章以某河流流域為例，從水資源評價過程存在的問題入手，重點探討基于生態(tài)水文理念下評價流域水資源的模型，以期緩解區(qū)域水資源使用壓力，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

生態(tài)水文理念；水資源評價；降水量；計算模型

0 引 言

生態(tài)水文理念是人們環(huán)保意識不斷提升的產(chǎn)物，將其科學運用在流域水資源評價過程，不僅能夠有效提升水資源利用效率，更可保障水資源保護工作的效率與質(zhì)量，真正有機統(tǒng)一水資源保護過程中的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。我國地域面積廣闊，河海湖泊眾多，但水資源分布不均勻，集中在南方區(qū)域，如長江流域等，但我國的工業(yè)城市、人口集中城市大多在北方，因此，在很大程度上提升了水資源使用壓力，為進一步解決水資源短缺的問題，應(yīng)在深入理解水資源定義的基礎(chǔ)上，合理利用生態(tài)水文理念，轉(zhuǎn)變水資源的評價方式。

1 河流流域概況

遼河流域位于我國北方地區(qū)，流域面積約21.9 萬km2，水資源豐富，流域年均徑流量可達16.2 億m3[1]，屬于我國重要的水源地之一，但由于過度開發(fā)，該流域當前面臨著嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：河流水資源數(shù)量急劇減少、河流變成渠道的現(xiàn)象突出、水質(zhì)下降等。針對此種問題，相關(guān)政府部門應(yīng)基于生態(tài)水文理念下，合理分析流域中存在的水資源評價問題，合理配置河流區(qū)域水資源，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展[2]。

2 流域水資源評價工作中出現(xiàn)的問題

評價水資源的工作最早出現(xiàn)在19世紀，近年來，由于經(jīng)濟全球化進程的不斷推進，工業(yè)化和城市化建設(shè)步伐逐漸加快，水資源使用壓力越來越大，因此，水資源評價成為相關(guān)部門最為關(guān)注的工作之一。從美國等發(fā)達國家的角度分析，其已經(jīng)進行多次水資源評價，實現(xiàn)了對美國國內(nèi)水資源的科學控制，我國水資源評價項目發(fā)展時間較短，開始于20世紀末期，迄今為止，才進行兩次較大規(guī)模的水資源評價工作。因此，在評價水資源工作方面，我國仍存在多方面的問題，再加之生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，水資源更容易受到其他多種因素的影響，提升了水資源評價工作的難度。

2.1 水循環(huán)模式的變化

當前，評價水資源均采取“一元—靜態(tài)型”模式，即借助相關(guān)設(shè)備實地獲取某一流域的水文環(huán)境要素后，再通過整理數(shù)據(jù)要素，剔除有關(guān)人類的活動，將流域原本的水資源還原。但在經(jīng)濟飛速發(fā)展、人口不斷增長的時代背景下，工業(yè)化建設(shè)、人類活動正逐步改變著大自然的水循環(huán)模式，使得自然水循環(huán)過程帶有二元特性，體現(xiàn)在：

1)水資源驅(qū)動方式增加，由傳統(tǒng)的一元驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)槎?qū)動，人工驅(qū)動方式出現(xiàn)在水資源驅(qū)動過程中。

2)水循環(huán)的結(jié)果變得復(fù)雜化，由原本的自然水循環(huán)變?yōu)椤叭斯?自然水循環(huán)”，人類活動開始影響到水循環(huán)過程。

3)水資源的循環(huán)參數(shù)變多，評價流域水循環(huán)時，不僅會考慮到地質(zhì)地貌條件、氣候條件、土壤條件等自然因素，還會關(guān)注到流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展狀況。

從以上分析可知，當前，水循環(huán)模式受到人類活動的影響，已經(jīng)呈現(xiàn)出多種變化，因此，在很大程度上改變了水資源原本結(jié)構(gòu)，提升了水資源評價工作的開展難度[3]。

2.2 流域水資源評價方式的問題

由于城市化建設(shè)、污水排放等多種人類活動的影響，水資源本身發(fā)生了較大變化，導致現(xiàn)行水資源評價過程中仍存在以下幾方面的問題：

2.2.1 地表水資源評價與地下水相分離

影響自然水循環(huán)的因素包括地下水、降水、徑流量等，不同形式的水資源之間存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，且在特定條件下，轉(zhuǎn)化關(guān)系是雙向的[4]。因此，在評價水資源的過程中，也應(yīng)提出雙向評定要求，統(tǒng)一評價水資源質(zhì)量、地表徑流量、地下水資源與水資源含量。但就目前實際情況而言，評價水資源通常將地下水與地表水資源相分離，這種評價模式單獨評價某種水資源質(zhì)量與總量，打破了兩者之間的聯(lián)系，降低了水資源評價工作的有效性，也為科學配置水資源帶來了難度。

2.2.2 缺乏完整的水資源評價時間表

水資源的變化情況與時間有著較大關(guān)系，流域中水資源在不同時段中呈現(xiàn)出的規(guī)律存在一定差異，主要表現(xiàn)在水資源總量與分布等方面，而當前評價水資源的過程中，大多使用流域多年水資源變化平均值來判斷區(qū)域中水量與水質(zhì)，而沒有根據(jù)水資源某一月份的變化，得到的水資源評價數(shù)據(jù)較為片面，很難用來全面指導水資源的規(guī)劃[5]。

2.2.3 忽略了水資源分布規(guī)律

工作人員在評價水資源的過程中大多使用集總式的方式，在很大程度上忽略了某一區(qū)域的水資源分布規(guī)律。集總式分析方式主要有以下2個弊端：

1)區(qū)域中水文要素的差異沒有考慮進去，使得得出的計算結(jié)果較為片面。

2)無法動態(tài)反應(yīng)水資源的演變過程，忽略了水資源的空間特征。

2.2.4 還原參數(shù)的方式較為落后

在人類活動加劇水資源變化的時代背景下，基于傳統(tǒng)“一元—靜態(tài)型”評價模式下，還原水資源參數(shù)的方式增加了還原比例，工作人員主要關(guān)注還原量的大小，從而改變水資源還原評價的初衷，同時，這種方式還會降低水資源的還原精度。在選取還原參數(shù)時，受到客觀資料信息因素的限制，工作人員會根據(jù)自身經(jīng)驗，具有較大的隨意性。需要注意的是，“一元—靜態(tài)型”評價模式不能全面反映出社會生產(chǎn)活動對于自然水循環(huán)的影響，如區(qū)域水土保持方案與農(nóng)業(yè)種植方案不能在評價模式中展現(xiàn)出來，存在還原缺項、還原比例過高等問題。水資源的變化過程既有確定性特征，又有不確定特征，但越來越多的人類活動加劇了不確定性，因此，在評價水資源時，應(yīng)加入漸變、連續(xù)的人類活動研究，進而科學反映水資源變化，受到評估技術(shù)等因素的限制，目前的評價結(jié)果很難反應(yīng)出水資源的連續(xù)、漸變過程[6]。

2.2.5 評價方式較為單一

當前運用得較為廣泛的水資源評價方式為地下水資源和地表徑流量相結(jié)合的模式，忽略了非徑流量的水資源，如植被截留量等，未區(qū)分水資源循環(huán)過程中的補給等環(huán)節(jié)，在很大程度上增加了水資源配置難度[7]。

3 基于生態(tài)水文理念下水資源的評價方式

生態(tài)水文理論能夠有效揭示自然環(huán)境中生態(tài)過程的變化與生態(tài)格局的分布?；谏鷳B(tài)水文理念的角度分析水資源，主要是指將生態(tài)環(huán)境考慮到水資源評價過程中，實現(xiàn)水資源的持續(xù)利用，從而構(gòu)建良好生態(tài)系統(tǒng)，保護生物多樣性，在追求經(jīng)濟效益的同時，改善生態(tài)環(huán)境，其具體的評價目標與評價原則如表1所示。

3.1 更新傳統(tǒng)水資源評價模型，統(tǒng)籌地下水與地表徑流之間的關(guān)系

針對地下水與地表徑流分離的情況，可采取以下兩方面的措施：①充分考慮到地下水與地表水資源之間的關(guān)系，通過二元評價模型，合理統(tǒng)籌兩者之間的關(guān)系，確保水資源評價的合理性；②按照雙向評定的方式，抓住不同形式水資源之間的聯(lián)系，科學掌控水資源的變化。

表1 評價目標與評價原則

3.2 以全面詳實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依托，構(gòu)建完整水資源時間評價表

工作人員必須收集全面的水資源評價數(shù)據(jù)，規(guī)劃好水資源配置方式，按照不同的時間尺度，總結(jié)出對應(yīng)的水資源規(guī)律。按照差積曲線，合理的分析多年平均降水量與每年的降水量。計算降水量的過程中，應(yīng)首先計算各個分區(qū)多年以來的平均、不同頻率年降水量，再計算整個區(qū)域，保障水資源評價的有效性。

3.3 重視水資源分布規(guī)律，注重水資源評價方法

針對集總式分析方法評價水資源存在的問題，工作人員要在生態(tài)水文理念的指導下，重視水文水資源分布規(guī)律，全面考慮影響水資源分布的因素和水文要素，注重水資源評價方式方法，這樣才會使得出的計算結(jié)果較為全面，更接近真實數(shù)據(jù)；真正貼切地動態(tài)反應(yīng)水資源的演變過程，充分反映出水資源的空間特征[7]，更好地評價水資源，以便合理規(guī)劃水資源，統(tǒng)一配置水資源，使水資源得以可持續(xù)開發(fā)利用。

3.4 創(chuàng)建水資源評價系統(tǒng)，還原真正參數(shù)

傳統(tǒng)的“一元—靜態(tài)型”評價模式忽略了人類活動，通過還原程序后得到的驅(qū)動水資源變化因素僅僅代表著自然對水資源的影響。同時，人類活動與自然水循環(huán)之間的影響被忽略，但這種方式如果運用在人類活動不顯著的情形下，則可適用，如研究陸地與海洋水循環(huán)時，因海洋水循環(huán)過程的調(diào)節(jié)作用突出，能夠使用“一元—靜態(tài)型”模型。需要注意的是，對于缺水流域或者人類活動頻繁的區(qū)域而言，這種模型則不適用[8]。因此，可選擇“二元演化”模型。該種分析模式將人類活動與天然水循環(huán)過程有機統(tǒng)一，具體模型如圖1所示：工作人員必須合理運用“二元動態(tài)型”水循環(huán)理論，不斷更新還原參數(shù)，選擇恰當?shù)倪€原方式，反映出水文漸變過程，探尋水資源分部規(guī)律，合理預(yù)測在未來時段中水資源的變化過程。

3.5 以先進的科學技術(shù)為手段，不斷更新水資源評價方式

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，水資源評價方式逐漸增多，其中以大尺度分布式型水資源分析模型為代表，該模型能夠動態(tài)模擬出不同大小流域的徑流變化過程，還可體現(xiàn)出自然環(huán)境與水文環(huán)境的變異特征，特別是近年來RS(遙感)、GRS(全球定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))、衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上降低了評估水資源工作開展的難度[9]。這一類技術(shù)能夠快速準確地幫助工作人員獲取水資源的下墊面變化特征、水文要素變化、氣象變化等方面的數(shù)據(jù)信息，從而誕生了WEP-L物理評價模型[10]。該種評價模型以RS、GIS、GRS為基礎(chǔ)，將人類活動與自然水循環(huán)過程有機統(tǒng)一，更能有效反映出人類活動對于水資源的影響，從而更全面的考慮水資源分布規(guī)律，協(xié)調(diào)好空間與時間分布關(guān)系。

4 基于生態(tài)水文理念下水資源評價系統(tǒng)

水資源評價系統(tǒng)的主要特征為層次化、動態(tài)化，以二元演化模型和WEP-L物理評價模型為基礎(chǔ)，具體的理論基礎(chǔ)包括實地勘測、還原分離、耦合、創(chuàng)建模型等模塊。該種評價系統(tǒng)涵蓋廣義、狹義兩方面的水資源，同時，還包括實際可利用量，具體的計算方式如下所示：

廣義角度的水資源：

Ws=(Rs+Rg)+Ep+Ess+Ees

(1)

式中：Ws為代表廣義角度的水資源；Rs為代表地表徑流量的水資源；Rg為代表未重復(fù)的地下水資源；Rs為代表冠層截流蒸發(fā)量；Ess為代表地表截流的有效蒸發(fā)；Ess為代表未重復(fù)的地下水、地表徑流量土壤水有效蒸發(fā)量；(Rs+Rg)代表狹義角度的水資源。

圖1 二元演化模型圖

實際可利用量主要是指在經(jīng)濟條件和自然條件共同影響下，得出準確的區(qū)域水資源總量，從而支持區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。需要注意的是，實際可利用量和狹義角度的水資源量都是變化的，應(yīng)在評價過程中，科學選擇計算模型，確保計算數(shù)據(jù)的準確性。

5 結(jié) 語

綜上所述，水資源短缺已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要問題，為提升水資源利用效率，優(yōu)化水資源配置，應(yīng)加大對水資源評價方式的重視程度。從傳統(tǒng)水資源評價方式的角度分析，其水資源的評價對象較為單一，局限在河流等地表徑流上，使得很多其他形式的水資源沒有納入到評價過程，而基于生態(tài)水文理念的角度評價，則能夠較好地彌補這一問題。在實際評價水資源的過程中，工作人員應(yīng)合理利用WEP-L物理評價等模型，全面分析地表、地下水資源，從而更加科學地進行配置，將生態(tài)水文理念融入到水資源分析過程中，更好地建立健全水資源評價系統(tǒng)。

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1007-7596(2016)12-0108-04

2016-11-24

全占東(1984-)，男，遼寧大洼人，工程師，研究方向為水文水資源、水利工程、水利信息化等。

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