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基于ET的水资源水环境综合规划研究(周祖昊 王浩 秦大庸 桑学锋 游进军 张瑞美)

栏目:农林鱼水论文发布:2010-03-12浏览:2476下载229次收藏
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摘要:本文基于耗水控制理念从真实节水的角度探讨了区域水资源水环境综合规划的理论内涵,建立了基于et的区域水资源水环境综合规划研究框架。重点包括规划原则与目标、基础模型、资源-生态-环境-社会-经济五大评价体系、评估准则、量化方法及规划指标等。

 

关键词:et;水资源;水环境;综合规划

 

1引言

 

水资源问题已成为21世纪全球关注的热点,随着人口的不断增长和经济的快速发展,以水资源匮乏和生态环境污染为特征的水危机已成为区域社会经济持续发展的重要制约因素,流域或区域的水资源规划管理也逐渐成为国内外研究的重点。

 

国内外水资源规划发展历程不尽相同,但大体类似,大致可分为六个阶段:(1)“就水论水”的水资源规划[1]。这个阶段属于起步阶段,水资源规划考虑的关系相对简单,主要以水为核心和约束条件,以追求经济效益最大化或者缺水最少为目的,探索水资源如何满足经济发展需要[2-4]。(2)基于宏观经济的水资源规划[5-7]。由于水资源开发与区域经济特点和发展模式非常密切,booker [5]等人将水资源管理与社会经济的发展综合考虑,许新宜、王浩[7]等人重点研究了水资源与宏观国民经济之间相互影响、相互制约的关系,提出了基于宏观经济的水资源合理配置理论方法,力图实现宏观经济和水资源合理利用的协调发展。(3)面向生态的水资源规划。随着世界性人口爆炸和社会经济快速发展,水资源开发强度越来越大,水资源的过度开发带来了各种生态恶化问题,比如河道断流、湿地萎缩、地下水出现漏斗等等。随着人类生态保护意识的提高,生态系统和社会经济系统同等重要地纳入到水资源规划中来[8-11]。(4)广义水资源规划。20世纪90年代以来,水资源危机逐渐成为世界性难题,在水资源缺乏地区,提高降水的利用效率日益得到重视。因此,蓝水资源(狭义水资源,即地表水和地下水资源)和绿水资源(或称广义水资源,即能被生态系统和经济系统直接利用的降水)的概念被提出来了[12]。在此理论基础之上,有学者提出了狭义水资源和广义水资源统一配置的水资源配置体系[13-14]。(5)基于et(耗水)的水资源规划。以往的水资源配置主要将多种可利用水源在区域间和部门间进行调配,缺乏对水资源可消耗总量的控制。david[15]等首次提出节水中的可回收水和不可回收水概念;keller[16]等提出了“真实节水”系列概念,强调从整个水循环不可回收的水量中进行节水(而不仅限于用水过程中的节水),引发了“人们对水资源高效利用的新思考”[17]。这一思想起先用于农业灌溉用水管理中[18-19],后被在世界银行gef海河项目中用于流域或区域水资源规划和管理实践[17-18,20-23]。(6)水资源与水环境综合规划[1]。水资源的数量和质量都是其重要属性,两大属性密不可分,只有将水资源的数量和质量管理结合起来,才能实现水资源的科学管理。如果要实现水资源的良性循环和可持续利用,须将供水、用水、排水和污染防治等与水有关的各个方面有机结合起来。目前,国内外学者主要在分质供水、保证环境流量、基于水资源配置模型的水质水量“双总量”控制等方面进行了一些研究[24-29],研究对象和研究方式进行了大量简化。

 

国内外水资源规划主要发展脉络可归纳为三个方面:(1)规划的对象不断拓展。从最初的地表水量分配为主发展到地表水和地下水联合调度配置[2-3,26],从对当地常规水资源(地表水和地下水)进行分配发展到对常规水源和非常规水源(再生水、海水、微咸水、雨水蓄积)及外调水的统一调配[27-28],从对狭义水资源(蓝水)的分配发展到狭义水资源(蓝水)和广义水资源(绿水)统一分配[12],从对供水量的配置发展到对取水量与耗水量的统一分配[15,19-22],从对水资源量的分配发展到水量水质联合配置[23-25];(2)规划的目标不断拓展。从单一的供水效益最大化发展到对流域水资源管理目标的多属性识别[5-7],从而提出社会、经济、资源、环境、生态多维调控目标下的水资源合理配置[8-10, 29]。(3)规划的理念不断发展。在生产力发展水平低下的时代,各部门竞争用水的矛盾并不突出,水资源的本底条件并不成为开发利用的制约性因素,水资源管理的理念是“以需定供”[30]。随着人类用水量越来越大,区域之间、行业之间、人类和自然之间竞争用水的矛盾越来越突出,水资源对社会发展、生态保护的制约作用越来越显著,水资源管理的理念逐渐转变成为“以供定需”[30],但主要是“控制取水”,即首先根据水资源可持续利用的要求确定可利用的水资源量(取水量),然后根据水资源条件确定未来社会经济发展规模和生态保护目标[5-7]。随着全球水资源危机的到来,水资源紧缺形势越来越严重,一些学者认识到,控制取水并不能真正解决水资源问题,必须坚持“以供定需,控制耗水”的水资源管理理念,才能真正实现水资源的可持续利用[13-21]。

 

目前基于et的水资源规划和水资源水环境综合才刚刚起步。传统的水资源管理注重取水控制,基于“真实节水”对et(耗水)总量进行控制的理论、方法及技术措施体系尚在研究之中。水资源与水环境综合规划主要从水资源配置过程中考虑环境问题的角度出发开展了一些工作,没有真正体现水资源和水环境综合的理念。只有从水循环过程及伴随水循环的污染物迁移转化过程内在作用关系的基础出发,将水资源合理配置与污染治理紧密联系起来,才能真正实现水资源量和质的科学管理。本文以基于et的水资源规划和水资源与水环境综合规划的理念为指导,初步构建了基于et的水资源与水环境综合规划体系,包括规划理念、调控机制、规划原则、规划目标、决策思路及技术路线。

 

2基于et的水资源水环境综合规划理论内涵

 

基于et的水资源水环境综合规划理论内涵包括两个部分:

 

2.1基于et的水资源规划理论内涵

 

et是英文蒸发和蒸腾的合写词,表示水通过一切形式由液态转化成气态的过程。在我国世行贷款开展节水灌溉项目中,世行提出以“真实节水”为手段,实现项目区农业增产增收和水资源可持续利用的目标[32]。“真实节水”的含义为减少项目区et消耗量,只有减少水分的蒸发蒸腾,才是区域水资源量的真正节约。

 

基于et的水资源规划与传统的水资源规划是有区别的。传统的水资源管理,注重取水管理,节水的效果主要由取水量的减少来衡量,取水的减少量等同于节约的水量。因此在进行水资源规划时,主要在区域间和部门间分配各种可利用的水源,缺乏对et总量的分配和控制。其结果是,发达地区或者强势部门通过提高水的重复利用率和消耗率,在不突破许可取水量的限制的条件下,将消耗更多的水量(增加et),在区域/流域水资源条件(区域/流域总的可消耗et)基本不变的情况下,这就意味着欠发达地区或者弱势部门如农业、生态等部门可使用的水资源将被挤占。越是在水资源紧缺的地区,这种矛盾越是突出。因此,按照传统水资源规划理念,水资源利用的公平性并不能真正得到保证,生态系统的安全也并不能真正得到保障。所以,只有对et进行控制才能真正实现流域/区域水资源的可持续利用。对et进行控制,不仅需要从流域/区域整体对et进行控制,还需要对局部区域的et进行分别控制。否则,即使整个流域/区域 et得到控制,由于局部的et控制没有实现,可能会造成局部的水资源问题。

 

与传统取水控制一样,对et的控制并不意味着社会发展停滞不前。在不突破流域/区域et总量的前提下,通过调整et在时空上和部门间的分配,通过提高各部门et利用的效率,减少低效和无效et,增加高效et,仍然能够促进经济发展和社会进步。

 

因此基于et的水资源规划理念包括两层含义:(1)控制et总量。从流域/区域整体控制住总的et量,确保流域/区域总et不超过可消耗et,实现水资源的可持续利用。(2)提高et效率。从流域/区域整体提高水分生产水平,促进社会经济持续发展。基于et水资源规划首先要根据水资源本底条件确定流域/区域可消耗et量,然后从广义水资源角度出发,在综合考虑自然水循环的“地表-地下-土壤-植被”四水转化过程中产生的et和社会水循环的“供水-用水-耗水-排水”过程中产生的et的基础上,进行各区域、各部门et的分配,确保区域总et(自然et和社会et)不超过可消耗et的要求。

 

2.2水资源和水环境综合规划理念

 

水量水质联合配置的研究在近年得到了重视,从配置模拟计算的角度分析,水量水质联合配置存在三个层次。第一个层次是基于分质供水的水量配置;其次是在水循环基础上添加污染排放和控制等要素,实现在水量过程模拟基础上的水质过程分析,进而进行水量配置;第三个层次就是在动态联合水量和水质实现时段内紧密耦合的动态模拟。目前的研究主要还集中在第一个层次,对于第二层次有所涉及,但是还不够系统,需要作更深层面的研究,到第三个层次才真正属于水资源与水环境综合规划的范畴。

 

水资源与水环境综合规划理念包括两层含义:(1)水资源与水环境综合规划要考虑两者之间相互影响的关系。从供水来说,由于不同用户对水质的要求不同,所以水资源配置需要综合考虑用户要求和水体水质条件,实现分质供水、优水优供;而要达到水体水质要求,污染排放应该按照水体水质要求进行严格控制,确保水质安全。从污染控制来说,一方面需要根据不同水体对水质的要求,按照环境容量大小进行削减,实现总量控制基础上的达标排放;另一方面,在水资源配置过程中要留足环境容量,以使得污染削减的代价切实可行;这两方面须综合考虑,确定最佳平衡点。(2)水资源规划与水环境规划要基于水循环与污染迁移转化基础。水循环和伴随水循环的污染物迁移转化过程密不可分,这是水资源具有量和质两方面属性的基础,也是水资源与水环境综合规划的基础。因此,只有在充分分析水循环过程与污染物迁移转化过程的基础上,才能保证水资源与水环境规划的科学性。

 

3基于et的区域水资源水环境综合规划调控机制

 

作为自然资源的水首先具有自然属性,同时具备为所在生态系统中承担功能的生态属性,在人类社会对水资源进行开发利用之后之外增加了社会属性、经济属性和环境属性。因此,在现代水循环结构中,水资源具有自然、社会、经济、生态和环境五维属性。在水的资源、生态、社会、经济、环境五维属性之间充斥着矛盾与竞争,基于et的水资源与水环境综合规划应当以et为核心,针对不同维的需求建立相应的决策机制。

 

(1)以et(耗水)为中心的水平衡机制。流域水资源演化是诸多水问题产生的共同症结所在,过多的et(耗水)是造成水资源短缺、水生态退化的关键因素,因此基于et的水资源与水环境综合规划首先要遵循et为中心的水平衡机制。

 

水平衡决策机制包括三个层次:第一个层次是流域/区域整体的水量平衡机制,是流域/区域总来水量(包括降水量和从流域外流入本流域的水量)、蒸腾蒸发量(即净耗水量)、排水量(即排出流域之外的水量)之间的水量平衡,其目标是以水量平衡为条件界定满足流域/区域水循环稳定健康的经济和生态总可

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