海河流域水资源紧缺属性与对策

　　张光辉 陈树娥 费宇红 聂振龙

　　摘要: 本文通过对近50 年来海河流域水资源紧缺成因和机理的梳理, 阐明了流域水资源紧缺属性的理念与量化识别方法, 为针对性地解决水问题提供了重要科学依据, 并提出了在未来10～30 年内南水北调是必要的, 需调水量平均为93.7 亿m3/年, 以及解决海河流域水资源紧缺问题的关键在于如何客观地认识和解决管理性和政策性缺水问题的论点, 给出了解决不同属性缺水问题的对策。

　　关键词: 海河流域; 水资源; 紧缺属性; 对策; 量化界定; 可持续利用

　　中图分类号: TV21314 文献标识码: A

　　如何实现社会经济可持续发展和水资源永续利用, 是世界各国面临的共同难题。海河流域也如此, 且问题更为迫切。海河流域平原区大部分河流长期干涸, 地下水已经严重超采, 地下水水位降落漏斗已经区域化并向纵深发展, 引发了不少环境地质问题, 已经对该地区社会经济发展产生了一定影响[1～3 ] 。解决水资源紧缺问题的关键, 在于如何客观地认识产生问题的根源, 如何识别问题的根源属性。只有准确地把脉病源, 才能对症采取有效对策。这一研究, 对于从根本上解决水资源可持续利用问题具有重要意义。

　　海河流域由北京、天津、河北、河南、山东、山西、内蒙和辽宁境内的海河、滦河和徒骇马颊河等水系组成, 统称海河流域, 总面积31.8 万km2 , 其中山地和高原面积18.9 万km2 , 平原12.9 万km2 。区内共有31 个地市, 2 个盟, 256 个县。海河流域水资源的紧缺, 是自然变化和人类活动影响综合作用的结果。本文立足于海河流域水资源永续利用的理念, 从水资源承载能力可变性、经济社会耗水能力不断增加的难变性和水资源利用效率、效益多变性的三个方面入手, 通过梳理海河流域近50 年来水资源紧缺成因与机理, 面对人口不断增长和经济社会持续快速发展的现实, 并瞄准未来10～30 年流域社会经济可持续发展目标, 解析海河流域水资源紧缺机制, 量化界定水资源紧缺的属性。

　　1 　水资源可持续利用与紧缺属性理念

　　水资源可持续利用是指一个流域的生活、生产和生态用水(简称“三生水”) 彼此之间互不挤占,其消耗总量不大于多年平均水资源量或中长系列(15 年以上) 水循环平水期水资源量的供需平衡模式, 即在一个完整的水循环演化周期内水资源供需实现平衡(图1a) 。

　　水资源紧缺是指可供水量小于需水量, 供水能力不能满足生产和生活用水的需求, 生产和生活用水长期挤占生态用水或持续消耗地下水储量资源的现象。水资源紧缺的状况一般用缺水程度(即缺水量与需水量之比) 表达, 它们由水资源再生能力和社会经济耗水水平叠加集成, 伴随自然水循环演化和社会经济发展进程而不断变化。

　　缺水量是一个相对量, 它与人们对自然水循环规律和水资源承载能力可变性的认识水平相关, 与社会文明程度密切联系。服务于不同目的缺水量, 内涵存在差异。一般水资源规划中的“缺水量”容易偏大, 用水量核查中的“缺水量”, 特别是当与经济挂钩时, 容易偏小。事实上, 缺水量既受供水能力主导因素变化控制, 也受需水要求主导因素变化制约。供水能力取决于区域水循环演化进程, 以及海水、污水、微咸水资源化利用的水平。需耗水量往往受控主观因素, 取决于社会经济发展水平、科技进步和社会文明程度[4 ] 。

　　因此, 产生水资源紧缺的原因可概括为3 个方面: 一是区域降水量减少或区域陆面蒸发量增大,致使水资源承载力衰弱, 导致水资源紧缺(图1b) , 这是不依人的意志为转移, 人类只能适应其变化[5～7 ] ; 二是由于水资源管理方面存在缺陷, 造成水的利用率不高而耗水量增加或废水处理没达标排放、污染水资源, 人为削减了水资源可利用量, 导致水资源紧缺(图1c) , 这类问题可通过社会文明进步和科技进步不断修正; 三是人口膨胀、社会经济发展规模过大, 造成对水的需求超过该流域水资源承载力(图1d) , 对这类问题, 宜因势利导地进行经济社会布局和产业结构调整, 逐步进行解决。

　　根据水资源紧缺产生的根源, 缺水属性可概括为3 种类型: 自然资源性缺水、管理性缺水和政策性缺水, 它们的属性特征及其对策如表1 和图1 所示。从表1 中可见, 不同类型的缺水问题, 所对应的解决对策明显不同。

　　2 　海河流域水资源紧缺属性解析

　　2.1　流域水资源自然属性　

　　1956 ～ 1998 年海河流域多年平均降水量539mm , 总水资源量372亿m3/年;丰水年(1964 年) 降水量798mm , 总水资源量518 亿m3/年; 枯水年(1965 年) 降水量358mm , 总水资源量234 亿m3/年。由此可见, 海河流域水资源承载能力是多变的, 变化域介于234～518 亿m3/年之间, 其中1956～1984 年多年平均419 亿m3/年, 1985～2000 年多年平均368 亿m3/年。

　　海河流域不同时期、不同分区雨水资源量差异较大[8 ,9 ] , 如图2 所示。因此, 本文取372、419 亿m3/年作为讨论的基础, 它们基本反映了海河流域水资源自然承载能力。

　　2.2 　流域水资源社会属性

　　2.2.1 　人口膨胀耗水负荷持续增大

　　海河流域人口自1952 年的0.57 亿① 增至1980 年的0.97 亿, 净增70.2 % , 至2000 年人口又增45.6 % , 达到1.23 亿; 2030 年流域人口将达到1.50 亿[10 ] 。由于人口数量不断增加, 以至人均水资源量持续下降, 从1952 年的735m3/年,降至现状的302m3/年, 2030 年将减少至246m3/年; 同时, 还造成生活和生产用水量不断增大, 其中城市和农村生活用水量自1952 年的7.6 亿m3/年, 增加至1980 年的23.7 亿m3/年, 2001 年为51.8 亿m3/年[10 ] , 分别增加了211.8 %和369.7 %。2001 年相对1980 年, 生活用水也增加了118.6 %。2001 年海河流域工业和农业生产用水量达到了340.3 亿m3/年。

　　2.2.2 　水资源供需态势　

　　海河流域本地的总可利用水资源量为368～419 亿m3P年, 1956～1998 年系列多年平均372 亿m3/年。2001 年实际供水量已经达到392m3P年, 其中生活用水量51.8m3/年, 工业用水量62.3m3/年, 农业用水量278.0m3/年①（① 水利部. 2001 年水资源公报. 2002.）。据《海河流域水资源规划》, 现状需水量465.2 亿m3/年[10 ] , 本地水资源供需平衡结果是缺水93.2 亿m3P年。未来10 年和30 年的预测需水量约为483 亿m3/年和531 亿m3/年, 在考虑未来社会发展和科技进步的节水潜力前提下将分别缺水99 亿m3/年和140 亿m3/年[10 ] (图3) 。

　　3 　海河流域水资源紧缺属性界定

　　3.1 　界定依据　

　　从水资源自然承载力、人口增加和生产发展对水的客观需求考虑, 海河流域372亿m3/年的本地水资源量无法满足“三生水”需求, 仅近10 年来多年平均生活和生产用水总量就已经达到406 亿m3/年, 生态用水被大量挤占, 其中反映出人类活动对水资源占用以至缺水的特征。

　　在《海河流域水资源规划》中, 以人均1000m3 的国际水资源紧缺理念作为海河流域资源性缺水的主要依据[10 ] , 本文还考虑到海河流域尚属发展中地区, 因此以人均500m3 的国际水资源严重紧缺指标[11 ] 作为海河流域水资源紧缺属性现状分析的一个相对尺度。由此得出海河流域水资源承载人口数量的理想值是0.736～0.838 亿人, 现状实际人口多0.392～0.594 亿人, 超标52 %～58 %。这是造成生产和生活用水超标的根本。

　　若基于国际上认定的一个流域可利用水资源量的22 %～33 %为生产、生活用水合理指标, 并仍然考虑海河流域处于发展中这一现实, 增大指标1 倍作为尺度, 则海河流域生产和生活多年平均可利用水资源量的理想值为231 亿m3/年, 由此得出现状多年平均超用水量为162.8 亿m3 , 超标70.5 %。

　　3.2 　界定量化分析

　　3.2.1 　水资源紧缺属性中可变量　

　　据研究表明, 与1956～1979 年系列多年平均降水量比较, 近20 年来海河流域多年平均降水量减少10.4 % , 地下水资源平均减少了26.5 亿m3/年①（① 张光辉, 等. 海河流域地下水资源现状评价与环境地质效应分析. 中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 2001 , 38 -40.）, 总水资源量减少了49 亿m3/年(表2) , 占超用总水量(162.8 亿m3/年) 的30.1 %。淀西清南平原和滏西平原分区多年平均降水量与陆面蒸发量对比情况也表明, 气候变化对海河流域水资源量减少具有一定影响(图4) 。

　　据《海河流域水资源规划》, 并参照发达地区或国家的用水标准综合考虑, 未来10～30 年平均每年节水潜力为69.1 亿m3 , 占超用总水量(162.8 亿m3/年) 的42.4 % , 其中生活节水潜力8.1亿m3P年,工业节水潜力18.4 亿m3/年, 农业节水潜力42.7 亿m3P年。

　　根据上述分析可见, 1980～2000 年海河流域多年平均自然资源性缺水量为49 亿m3/年, 占超用总水量的30.1 %。这49 亿m3/年水资源减少量是客观变化, 人类无法改变。多年平均管理性缺水量为69.1 亿m3/年, 占超用总水量的42.4 %。这69.1 亿m3/年水是可节约的资源量, 在未来10～30 年中通过节水科技进步可转化为生产力。换言之, 海河流域水资源紧缺属性中, 可变量占超用总水量的72.5 % , 合计为118.1 亿m3P年, 是促使生活和生产用水挤占生态用水的重要因素和导致海河流域水资源紧缺的重要方面。

　　3.2.2 　水资源紧缺属性中难变量与对策　

　　若以2001 年生产和生活实际用水水平(392 亿m3/年) 推算, 以海河流域水资源可承载人口的理想值0.838 亿人作为基数, 则生产和生活用水量为269.3 亿m3/年。若按2030 年水利用效益水平考虑, 从现状生产和生活用水量中剔除69.1 亿m3/年应节约的水量和渔业、人工环境用水量8.9 亿m3/年, 则生活和生产总用水量应为314.0 亿m3/年。从314.0 亿m3/年实际用水量中减去理想人口数量下的用水量269.3 亿m3/年, 则得到因人口膨胀导致经济社会规模过大而造成生活和生产用水的超用水量, 为44.7 亿m3/年, 占超用总水量的27.5 % , 其中现状超标人口所需生活用水增量介于16.5～25.0 亿m3/年(即, 现状生活用总水量·人口理想值/实际人口) 。

　　这44.7 亿m3/年超用水量, 是人类生存和社会发展必需消耗的。解决的对策, 只能从水资源领域之外寻找良方, 例如因势利导地逐步调整经济社会布局和产业结构, 抑制或消减耗水能力, 这将是解决海河流域水资源紧缺的根本方面。在考虑未来科技进步和社会文明综合因素的前提下, 未来10～30 年的节水潜力占超用总水量的42.4 % , 其余的57.6 %超用水量主要依靠南水北调解决。南水北调的客水, 首先要补缺多年平均自然资源性缺水量49 亿m3/年, 其次补缺政策性缺水量44.7 亿m3/年中的一部分, 其余的政策性缺水量只有通过经济社会布局和产业结构的调整得到合理解决, 生态环境需水也能逐步得到改善。

　　因此, 海河流域水资源紧缺属性及其对策, 如表3 所示。

　　表3 　海河流域水资源紧缺属性构成与对策

　　缺水属性：资源性缺水、管理性缺水、政策性缺水

　　资源性缺水：比率( %)30.1 对策：外域调水至少49 亿m3/年。

　　管理性缺水：比率( %)42.4 对策：通过加强水的合理利用和保护, 不断提高低耗高效用水水平, 节水69亿m3/年。

　　政策性缺水：比率( %)27.5 对策：经济社会布局和产业结构调整削减耗水能力, 海水、微咸水利用和外域调水增加供水量, 合计44.7m3/年水量。

　　4 　结论

　　从可持续发展理念出发, 基于海河流域处于发展中的现实, 采用人均500m3/年的国际严重缺水理念指标作为剖析海河流域水资源紧缺属性的相对尺度, 研究结果表明: 在未来10～30 年内, 南水北调是必要的, 而且需调水量平均为93.7 亿m3/年(即, 49 + 44.7 亿m3/年) 。90～140 亿m3/年的调水量, 能逐步有效地改善海河流域生态需水状况。但是, 南水北调仅是缓解之计, 南水北调的客水不能从根本上解决海河流域社会经济发展与水资源之间不协调的关系。不同属性的缺水问题, 其解决的对策不同。解决问题的关键, 在于如何客观地认识和有针对性地解决管理性与政策性缺水问题。社会经济布局、产业模式和产业结构的适时调整, 更为重要。总之, 海河流域水资源有限, 而且是不断变化的, 这是大陆尺度水循环演化的必然结果[12 ] , 存在不同时间尺度的周期性, 彼此嵌套[2 ] 。从103 年尺度考虑, 今天的水资源问题仅是人类历史中一个时段的特征, 过去和未来都不具备演绎这一现实的条件。从102 年尺度观察, 现今的水资源问题是人们对自然水循环演化规律认识不够, 因而造成社会经济发展与资源、环境承载力之间没有实现较好的协调所致。

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　　Property of water resources shortage in Hai River basin and counter measure

　　ZHANG Guang-hui , CHEN Shu-e , FEI Yu-hong , NIE Zhen-long

　　(1. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology , Shijiazhuang 　050061 , China ;2.Information Center of MWR , Beijing 　100053 , China ; 2.Hohai University , Nanjing 　210098 , China)

　　Abstract : The property and quantitative identification method of water resources shortage in Hai River basin are expounded according to the analysis on the causes of shortage and its mechanism. The shortage is caused by reduction of precipitation , improper management , population explosion and excessive development of economy. On this basis , the necessity of the Project of Water Transfer from South to North is demonstrated. The necessary water amount to be transferred is about 9137 billion m3 per year. It is suggested that the objective understanding of the cause of shortage in very important to solve this problem from the viewpoint of improving the management and by means of policy. Counter measures for overcome the shortage due to different cause are suggested.

　　Key words : property ; shortage ; water resources ; management ; policy ; quantitative demarcation ; sustainable utilization

　　作者简介: 张光辉(1959 - ) , 辽宁沈阳人, 研究员, 博士, 博士生导师, 主要从事区域水循环演化与水资源持续利用研究。

　　来源：《水利学报》第10期2003年10月