張向宇

承德市水資源供需平衡及演變情勢分析

張向宇

(河北省承德水文水資源勘測局， 河北 承德 067000)

本文闡述了國內(nèi)外水資源演變的研究現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了水資源與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的供需平衡關(guān)系。以承德市水資源供需平衡分析為例，通過系統(tǒng)分區(qū)平衡計(jì)算、分層次逐級匯總協(xié)調(diào)方法，綜合考慮社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源的相互關(guān)系，分析不同發(fā)展時(shí)期的水資源供需狀況。同時(shí)，對各水平年水資源開發(fā)利用演變情勢進(jìn)行分析。結(jié)果表明，承德市水資源是緊缺的，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與措施，來提高水資源開發(fā)利用率，以保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和水資源的可持續(xù)利用。

水資源； 供需平衡； 演變情勢； 承德市

水資源是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的一種寶貴資源。在我國北方，水資源已成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。一方面，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要有水資源作為支撐；另一方面，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展又對水資源系統(tǒng)產(chǎn)生了壓力。同時(shí)，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源——生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間具有相互聯(lián)系、互相制約、相互促進(jìn)的復(fù)雜關(guān)系，水資源科學(xué)管理與保護(hù)又需要社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保證。

由于自然環(huán)境的變化與人類活動(dòng)的參與，在全球氣候條件變化下，加速了水循環(huán)模式與水資源開發(fā)狀況的變化，致使水資源規(guī)律發(fā)生根本的改變。水資源規(guī)律的變化引發(fā)了水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等相關(guān)問題，同時(shí)也制約了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，研究水資源的供需平衡與演變情勢規(guī)律，可以科學(xué)地探索水資源的開發(fā)模式與合理優(yōu)化配置[1]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在國外，水資源研究主要是界定于氣候條件下、耦合生態(tài)環(huán)境及統(tǒng)計(jì)分析演變規(guī)律來進(jìn)行模型研究。如，Michael A Raw lins[2]將模型用于加拿大的北極地區(qū)，發(fā)現(xiàn)水資源對氣候變化較土地利用變化敏感；Boulain N[3]將耦合的生態(tài)模型的水文模型應(yīng)用于小尺度流域；Mark D Tome 等[4]應(yīng)用簡單的降水與潛在蒸發(fā)的關(guān)系并與生態(tài)水文模型結(jié)合辨別氣候變化與人類活動(dòng)對水資源演變的影響。由此可以看出，國外研究主要是將演變模型的優(yōu)勢用于水資源規(guī)律的演變研究。

在國內(nèi)，主要的研究是流域水資源演變規(guī)律和趨勢、水資源演變驅(qū)動(dòng)因子分析兩個(gè)主要分方向。如，王苓如等[5]采用增量情景設(shè)置方法，分析氣候變化情景下洪澤湖以上流域水資源的演變趨勢；仇亞琴等[6]以三川河流域?yàn)槔?，定量分析了降水、人工取用水以及下墊面條件這三個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子對流域水資源演變的影響；王啟優(yōu)[7]利用41個(gè)水資源代表站自建站以來的原始觀測序列來分析甘肅省地表水資源的變化規(guī)律以及對其演變趨勢進(jìn)行超長期預(yù)測。國內(nèi)的研究主要是從單一水資源的變化規(guī)律逐漸向復(fù)雜條件下水資源模型優(yōu)化的演變規(guī)律方向研究。

2 研究區(qū)概況

承德市位于河北省東北部，燕山山脈東段長城北側(cè)，東經(jīng)115°54′～119°20′，北緯40°12′～42°40′。2015年常住人口353.01萬，全年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值1358.6億元，比上年增長5.5%[8]。三次產(chǎn)業(yè)比重由上年的15.7∶52.9∶31.4調(diào)整為16.8∶51.1∶32.1。

承德市境內(nèi)氣候?qū)儆跍貛蚺瘽駧н^渡，半干旱半濕潤大陸季風(fēng)型山地氣候，冬長寒冷干燥少雪，夏短炎熱多降雨，春季干旱少雨。全市溫度由北往南遞增，多年平均氣溫為7.5℃。夏季受大陸低氣壓和副熱帶高壓控制，濕潤的氣候?yàn)楸緟^(qū)高山抬升形成降水，多年平均降水深533.1mm，降水總量為212.2078億m3, 總趨勢由北向南逐步遞增。境內(nèi)主要有灤河、潮河、遼河、大凌河四大水系，年產(chǎn)水量37.6億m3，是京津唐的重要供水水源地。

3 研究方法分析

未來水資源的供需狀況既是歷史與現(xiàn)狀發(fā)展趨勢的合理外延，也是人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平提高和水資源開發(fā)利用等相互作用的動(dòng)態(tài)變化結(jié)果。在本次水資源供需分析中，采用大系統(tǒng)分解與協(xié)調(diào)的理論與方法，將整個(gè)系統(tǒng)分成市、縣、流域及流域三級區(qū)、計(jì)算分區(qū)四個(gè)層次，綜合考慮水資源與社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境之間的相互影響與相互制約的關(guān)系，各分區(qū)間的非均衡增長和層次間的相互聯(lián)系與制約等特點(diǎn)。通過建立水資源供需分析模型，按照整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃與管理運(yùn)行的目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)與計(jì)算分析。

計(jì)算單元供需分析，根據(jù)用戶需水要求，考慮供需關(guān)系的互相影響，逐時(shí)段分析計(jì)算。供需成果在流域三級區(qū)基礎(chǔ)上進(jìn)行平衡協(xié)調(diào)，全市成果按流域片和行政區(qū)進(jìn)行綜合匯總分析和協(xié)調(diào)。

4 水資源供需平衡分析

4.1 水資源基本供需平衡分析

水資源供需分析，是以系統(tǒng)分析的理論與方法，綜合考慮社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源的相互關(guān)系，分析不同發(fā)展時(shí)期、各規(guī)劃方案的水資源供需狀況。在此基礎(chǔ)上，綜合評價(jià)各方案對社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展的作用與影響，規(guī)劃工程的必要性及合理性，為制定水資源中長期供求計(jì)劃及有關(guān)對策措施提供依據(jù)。

基本供需方案為中等節(jié)水方案，是在不考慮地表水蓄水工程增加的情況下的供水方案。用2000年基準(zhǔn)年用水量，以及2010年、2020年、2030年規(guī)劃用水量分別作用于1956—2000年水資源系列上，逐月求出各分區(qū)的可供水量和缺水量，得到各用水水平年情況下，逐個(gè)分區(qū)長系列的水量供需分析成果，見下表。

規(guī)劃水平年基本供需方案各流域供需分析

經(jīng)調(diào)研得知，缺水主要是由水資源年內(nèi)分配不均勻，部分月份水量較小，不能滿足用水量的要求造成的。為了更好地研究各區(qū)域的缺水情況，以便采取不同的措施，逐步達(dá)到供需平衡。將各分區(qū)長系列的供需分析成果按缺水量從小到大進(jìn)行排序，分別求得各個(gè)分區(qū)、各個(gè)水平年不同頻率的缺水量及可供水量。全市在2000年基準(zhǔn)水平年用水情況下，多年平均可供水量為99158萬m3，缺水量為6695萬m3。到2030年用水水平時(shí)，多年平均用水量增大到196976萬m3，可供水量為163463萬m3，缺水量為33513萬m3?？梢?，在不考慮地表水蓄水工程增加的情況下，可供水量不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

4.2 水資源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后供需平衡分析

從規(guī)劃的角度考慮，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，再經(jīng)各分區(qū)供需分析調(diào)算，得出基本平衡方案的供需分析結(jié)果，見圖1～圖4。

圖1 灤河流域需水量與供水量對照

圖2 遼河流域需水量與供水量對照

圖3 潮白薊運(yùn)流域需水量與供水量對照

圖4 全區(qū)總計(jì)需水量與供水量對照

通過供需措施和產(chǎn)業(yè)調(diào)整，承德市多年平均水資源量(包括入境量)為38.2億m3，規(guī)劃到2030年用水水平上，多年平均需水量為17.58億m3，可供水量為17.22億m3，總凈消耗量為11.74億m3。水資源凈消耗率為30.7%，水資源開發(fā)利用率為45.0%，缺水量0.36億m3，占總需水量的2.0%。潮白薊運(yùn)河流域由于水量豐富，縣城較少，水資源開發(fā)利用率為26.3%。灤河流域水資源開發(fā)利用率為49.6%。遼河流域的水資源開發(fā)利用率為45.9%。各流域多年平均的水資源凈消耗率控制在1/3以內(nèi)，水資源開發(fā)利用率控制在1/2以內(nèi)。且上述各河缺水主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)缺水，在大部分的年份中，農(nóng)業(yè)有一部分缺水是可以承受的，所以此供需分析是一個(gè)全區(qū)水量供需基本平衡的方案。

5 未來水資源演變情勢分析

為了對承德市今后水資源開發(fā)利用情況有所認(rèn)識，并在不同階段采取積極的應(yīng)對措施，以保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和水資源的可持續(xù)利用，有必要對各水平年水資源開發(fā)利用演變情勢進(jìn)行分析。

在對水資源進(jìn)行了綜合分析的基礎(chǔ)上，規(guī)劃未來水平的用水水平，并假設(shè)1956—2000年發(fā)生的天然來水量在未來重演的情況下，合理調(diào)整承德市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力開展節(jié)約用水措施，增加必要的蓄水工程(到2030年，全區(qū)共需有效蓄水工程23.3億m3)，并保證各用水戶做到達(dá)標(biāo)排放，排放后的水經(jīng)河流自凈后不影響下游正常使用的情況下，經(jīng)計(jì)算機(jī)程序嚴(yán)格按從上游到下游的順序進(jìn)行演算，得出全市各計(jì)算分區(qū)、各用水水平年長系列的出境水量站水資源量比例見圖5， 水資源開發(fā)利用情況見圖6。

圖5 出境水量占水資源量比例

圖6 水資源開發(fā)利用率

多年平均情況下，從三個(gè)大的流域來講，未來水平年各流域均有65%～85%的資源量出境。從各個(gè)河流來看，未來水平年出境量為50%～96%，既滿足了本流域或河流的生態(tài)環(huán)境用水要求，又在一定程度上滿足了下游的用水要求。但是總的來說，出境量呈遞減趨勢，在未來水平年，仍需要有效地挖掘節(jié)水潛力，抑制需求。

多年平均情況下，2010年、2020年和2030年水平年全市水資源開發(fā)利用率分別為34.0%、40.2%、45.0%。從各個(gè)河流來看，水資源開發(fā)利用率高于40%的河流有閃電河、伊遜河、興洲河、武烈河、老牛河、瀑河和遼河南，其中武烈河2030年水資源開發(fā)利用率將高達(dá)70.1%。與全國水資源開發(fā)利用率18%相比，承德市的水資源開發(fā)利用率高于全國平均水平，且呈遞增趨勢。在未來水平年，仍需要有針對性地調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加大農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉投資力度，限制高耗水工業(yè)的發(fā)展等。

作為京津水源地上游地區(qū)，有必要在預(yù)測的基礎(chǔ)上，對潘家口水庫以及密云水庫在各水平年的入庫量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。潘家口水庫以上，2010年、2020年、2030年水平年多年平均水資源總量(包括入境量)分別為252703萬m3、252719萬m3、252659萬m3，出境水量(即入庫量)分別為167962萬m3、154410萬m3、143044萬m3，分別占水資源總量的66.5%、61.1%、56.6%。出境水量呈下降趨勢， 2000—2010年年均遞減率為1.05%，2010—2020年年均遞率為0.84%，2020—2030年年均遞率為0.76%。密云水庫以上多年平均水資源總量為53687萬m3，2010年、2020年、2030年水平年出境水量(即入庫量)分別為44108萬m3、42320萬m3、41117萬m3，分別占水資源總量的82.25%、78.8%、76.6%，出境水量呈下降趨勢。2000—2010年年均遞率為1.1%，2010—2020年年均遞減率為0.67%，2020—2030年年均遞率為0.45%。不會對水庫的蓄水造成較大的影響。

6 結(jié) 語

從承德市水資源供需的分析來看，承德市的水資源是緊缺的，并已部分地成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要素之一。隨著水資源開發(fā)利用率的提高, 水資源開發(fā)利用的難度越來越大。因此，建議首先要對現(xiàn)有用水戶加強(qiáng)管理，減少污染，達(dá)標(biāo)排放，使水資源最大限度地達(dá)到可持續(xù)利用。然后就是要合理規(guī)劃社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大力開展節(jié)約用水，同時(shí)規(guī)劃興建相應(yīng)的蓄水供水工程，合理調(diào)度。這樣才能使本區(qū)的水資源基本滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也不會對下游京津兩大水源地造成過大的影響。

[1] 王喜峰，周祖昊，賈仰文.水資源演變研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].水電能源科學(xué)，2010，28(8)：20-23.

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[3] BOULAIN N,CAPPELAERE B,SEGUIS L,et al.Water Balance and Vegetation Change in the Sahe l:A Case Study at the Water shed Scale with an Eco-hydro logical Model[J].Journal of Arid Envir oments,2009(73):1125-1135.

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[7] 王啟優(yōu).甘肅省近60年來水資源演變及趨勢預(yù)測研究[J].氣象水文海洋儀器，2008(3)：72-78.

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Analysis on water resources supply and demand balance and evolution situation in Chengde

ZHANG Xiangyu

(HebeiChengdeHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Chengde67000,China)

Research status quo of water resources evolution at home and abroad is described. The supply and demand balance relationship between water resources and social economic development is emphasized. Supply and demand balance analysis on water resources in Chengde is adopted as an example. Methods are coordinated through system partitioning balance calculation and layer-by-layer cascade summarization. Mutual relationships among society, economy, environment and resources are considered comprehensively. Water resources demand and supply condition at different development stages is analyzed. Meanwhile, the evolution situation of water resources development and utilization in all level years is analyzed. Results show that water resources are scarce in Chengde, the development and utilization efficiency of water resources is improved through industrial structure adjustment and measures, thereby ensuring the sustainable development of social economy and the sustainable utilization of water resources.

water resources; balance between supply and demand; evolution situation; Chengde

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.06.004

TV213

A

2096-0131(2017)05- 0014- 04