平顶山市地表水资源可利用量分析计算.docx

平顶山市地表水资源可利用量分析计算.docx

《平顶山市地表水资源可利用量分析计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平顶山市地表水资源可利用量分析计算.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

平顶山市地表水资源可利用量分析计算

平顶山市地表水资源可利用量分析计算

摘要

以往将水资源可利用量计算都是将它作为一个固定值，文中将生态环境状况与水资源可利用量相结合，以平顶山地区为研究对象，对区域地表水资源可利用量进行了分析。

采用倒算法，即采用从地表水资源量中扣除维护生态环境最小需水量的方法，计算了平顶山地区地表水资源可利用量。

为平顶山市水资源的合理开发、科学配置、高效利用、有效保护和科学管理提供依据。

关键词：

地表水资源；水资源可利用量；平顶山市

AnalyticalCalculationoftheAvailableSurfaceWaterResourcesinthePingdingshanRegion

Abstract

Theamountofavailablewaterresourcesisalwaysusedasafixedvalue.However,inthispaperwecombinedecologicalenvironmentwithavailablewaterresourcestoconsidertheamountofavailablewaterresource.ThispaperanalyzesthelocalavailablesurfacewaterresourceswiththePingdingshanRegionasanobjectofstudy.ByusingthereversecalculationmethodthattheminimumwaterdemandtomaintainecologicalenvironmentisdeductedfromthesurfacewaterresourcestheavailablesurfacewaterresourcesinthePingdingshanRegionisproposed.Fortherationaldevelopmentofwaterresourcesofpingdingshancity,scientificconfiguration,efficientutilization,whichprovidesthebasisforeffectiveprotectionandscientificmanagement.

KeyWords:

Surfacewaterresources;wateravailablequantity;PingdingshanCity

目录

1前言-1-

2国内外研究概述-2-

2.1水资源可利用量的定义-2-

2.2国内外水资源可利用量计算方法综述-3-

3地表水资源可利用量的概念-4-

3.1地表水资源可利用量-4-

3.2不可利用水量-5-

3.2.1河道内总需水量-5-

3.2.2洪水弃水-6-

4地表水资源可利用量的分析计算方法-6-

4.1可利用量计算应遵循的原则-6-

4.2估算方法——扣损法-6-

4.3河道内总需水量计算-7-

4.4洪水弃水-7-

4.5地表水资源可利用量-8-

5研究区概况与数据来源-8-

6地表水资源可利用量的分析计算-11-

6.1确定河道内生态基础流量-11-

6.2汛期下泄洪水量-11-

6.3地表水可利用量-12-

7结论-13-

8参考文献-16-

9致谢-18-

1前言

随着社会的进步和经济的发展，中国的水资源紧张问题变得日益严重，水资源利用水平低下、开发利用不平衡、各地区水资源开发利用程度差异大、水资源过量开采、严重浪费、利用效率较低等矛盾突显出来[1]。

水资源利用方式的不合理，经济供给的稀缺与水资源的社会需求快速增长之间的不协调发展，引发了水环境破坏、生物多样性减少、水体污染、江河湖泊退化、水环境承载力下降等一系列水资源生态环境问题。

这些问题的出现严重影响着区域的生态环境安全，威胁着区域的可持续发展。

平顶山市因煤而建市，由煤炭资源的开采延伸的炼焦、火电等相关工业以及钢铁冶炼工业所引起的水资源的不合理开发和利用，造成了严重的环境污染、生态破坏、水资源浪费等问题。

我国大多数城市特别是北方城市水资源较为匮乏，及时了解和掌握当地水资源开发现状，对地表水资源可开发利用的总量进行全面评价，并实施有效的水资源生态安全规划和保护措施，从而促进区域社会、经济与自然环境的协调发展就成为当前研究的一个重要领域。

目前，区域地表水资源可利用量研究已成为生态安全研究的热点问题之一。

但是由于地表水资源开发与其生态环境安全、变化的各环境要素间的相互作用机制的复杂性，当前对特定区域地表水资源可利用量定量分析尚处于探索阶段，从水资源开发利用或水环境生态系统角度研究区域生态安全并进行动态评价，几乎还处于起步和探索的阶段。

本文在分析国内外相关研究的基础上，选取中原低山丘陵区煤炭资源型市域——平顶山市为研究区，提取历年地表水资源利用统计数据，并解译分析地表水资源利用动态变化与可开发利用量；在此基础上基于多源数据，采用扣损法，即地表水资源量减去河道内生态基础流量和汛期下泄洪水量的方法，对平顶山地区的地表水资源可利用量进行计算。

为研究区生态建设和水资源生态安全格局的制定提供依据。

以往我们在评价一个地区的水资源量时，通常把这个地区的水资源总量当作实际可利用的水资源量，这样往往会造成水资源的过度开发，从而破坏了该地区原有的生态平衡。

生态需水量的概念正是为了保证该地区生态不会因水资源超采而被破坏的前提下的最小需水量，因此水资源总量中扣除了生态需水量后的水资源量才是我们真正可以利用的水资源量。

本文按照“前言—研究区概况—建立指标体系与构建模型—分析结果—提出建议和措施—结论”的思路开展工作。

通过收集的数据资料，首先分析该区地表水资源总量及其流域分布；其次利用扣损法，估算得出各个流域的地表水资源可利用量，最后综合得到平顶山市地表水资源可利用量，为平顶山地区的水资源合理配置和建设节水型社会提供参考依据。

2国内外研究概述

2.1水资源可利用量的定义

对于水资源可利用量的定义，国内外学术界一些学者从不同角度进行了探讨，并结合实际工作，提出了一些具有建设意义的定义。

表1列出了这些定义中较为典型的论述的相关要素，国内外学者对于水资源可利用量不同定义从表中可以看出其主要区别表现在：

（1）对于回归水的考虑。

国内计算可利用量时不考虑回归水的重复利用，只计算实际可开采的水量。

国外则习惯考虑回归水的利用所产生的在实际生产生活中相对增多的可利用的水量；

（2）国外研究者对于无法控制的洪水往往不考虑，而在水权方面的考虑比国内更为全面。

综合对比国内外的探讨结果，可以看出：

水资源可利用量的定义基本上包括了水权、工程措施、社会与经济、生态环境需水量等要素[2]。

表1　水资源可利用量代表性概念对比[2]

概念出处

社会与经济条件

生态需水

工程措施

无法控制的洪水

水权

回归水

《水资源调查评价培训教材（试用）》

√

√

√

√

贾绍凤等

√

√

√

√

√

郭周亭等

√

√

√

√

雷志栋等

√

√

√

√

高建芳等

√

√

√

√

UpaliAmarasinghe

√

√

√

√

国际水管理研究所

√

√

√

√

美国德克萨斯州WAM模型

√

√

√

√

√

美国俄勒冈州计算模型

√

√

√

√

√

墨西哥基于水量水质综合的评价方法

√

√

√

√

注：

空表示未考虑该项内容。

2.2国内外水资源可利用量计算方法综述

对于水资源可利用量的研究，国内外不光在水资源可利用量定义上有区别，二者采用的计算方法也存在较大差异。

国内计算地表水资源可利用量通常采用扣损法（倒算法），即以地表水资源总量为基础，扣除不可利用的水量，如河道内生态、生产需水量，跨流域调水量以及汛期难以控制利用的水量等[12]。

近年来国内在水资源可利用量方面的研究成果主要有：

白林龙采用扣损法，即倒算法以地表水总量减去河道内需水量和洪水弃水，计算了淮河上游地表水资源可利用量[3]。

胡彩虹等考虑水权及水质重新定义研究区内水资源总量和能够有效利用的水资源量，以郑州市为例，结合郑州市的实际情况，计算了郑州市各行政区域的水资源可利用量[4]。

付玉娟等根据辽河流域的实际情况和区域特点，用修正的Tennant法，并把辽河流域的生态条件分为“好”和“一般”两种状态，分别计算两种状态下辽河流域河道内生态需水量[5]。

张翔等以汉江上游流域为例，对比分析气候变化对河川径流影响的研究成果，指出河流径流量预测不准确的主要原因是没有考虑气候变化对流域下垫面条件的影响[6]。

刘立根据水资源评价规范的要求，结合研究区内蓄、引、提水利工程运行情况，以及当前地表水资源开发利用状况，采用倒算法对南阳市唐白河流域地表水资源可利用量分析计算[7]。

陈芬用正算法计算椒江流域地表水资源可利用量，分析了椒江流域地表水可利用总量及开发利用的程度[8]。

董颖等分析了陕北地区水资源的基本特点及利用现状，讨论了地表水资源可利用量的计算方法，即利用地表水资源总量减去河道内生态需水量和洪水弃水量，并详细介绍了它的计算步骤[9]。

国外诸多研究地表水资源可利用量计算方法中具有代表性的有：

（1）基于优先水权制度的WAM模型。

利用WAM模型计算地表水资源可利用量的特点是在水权方面考虑比较全面。

其中WRAP模型是WAM的一个重要分支，用于评价水资源量能否满足特定的水管理目标和用户需求，且可以评价流域范围内水资源开发项目和管理措施对水资源情势演变的影响[14]。

（2）墨西哥综合水资源可利用量指数法。

为了更清楚的认识有效的可利用水量，同时考虑水质的情况，在墨西哥提出了一个考虑水量、水质的水资源可利用性评价指数AvailabilityIndex—AI[15][16]。

3地表水资源可利用量的概念

3.1地表水资源可利用量

地表水资源量主要是河川径流量，是包括各年份洪水径流和内涝水在内的多年平均值。

显然，这一水资源量在实际情况下，由于洪水的时常发生和现实的蓄水工程的有限性而不可能全部利用。

即使将来蓄水工程能力大大增强，也要考虑维持河流生态环境的水量，因此不可能为供水的目的把全部的河川径流引到河道外部。

因此，从供水角度而论，可用于现实利用的水量只是河川径流量的一部分，这部分河川径流量就是地表水资源可利用量。

我国上世纪80年代开始提出水资源可利用量的概念，这些概念表述和研究结果记载在相关水资源研究的文献中，目前对地表水资源可利用量所包含的内容和涵义已基本达成了共识。

地表水资源可利用量（地表水可利用量）是指在可预见的时期内，在统筹考虑河道内生态环境和其他用水的基础上，通过技术可行、经济合理的措施，可供河道外生活、生产、生态用水的一次性最大水量（不包括回归水的重复利用）[10]。

显然，可利用水量必然小于地表水资源总量。

所谓经济合理、技术可行和环境容许的前提，说明地表水资源可利用量的多少不只是由当地地表水资源总量的多寡决定，还要受到当时的社会经济和技术发展程度以及可持续发展战略的制约。

同时还表明水资源可利用量不是固定值，而是一个动态概念，随着科学技术的发展，可利用量在一定程度上会有所增加[11]。

但应以不破坏生态环境、经济持续发展、水资源可持续利用为原则。

由于河川径流的年际变化和年内变化，在天然情况下有保证的地表水可利用量是有限的。

而人口的增加、科技的进步、经济的发展，都有增加地表水可利用量的动机和欲望，随之而产生各种类型的拦水、阻水、滞水、蓄水工程措施并随人类技术进步和经济发展而发展，可利用水量占天然水资源量的比例也随之不断提高。

因此河川可利用水量是资金和技术的函数，而不是一个常数。

受地形条件等自然限制的约束，河川可利用水量的增长是有限的。

一般而论，年际变化和年内变化大的河流，其河川可利用水量占天然水资源量的比例要小些；洪水量占全年河川径流量比例大的河流，其河川可利用水量占天然水资源量的比例也要小些。

我国南方河流，如长江、珠江等大河，由于水量丰沛，相对而言其年际变化和年内变化都较北方河流为小，且在当前经济社会发展阶段，引用水量相对于河川径流量来说所占比例不是太大，其可利用量还有相当潜力；但北方各大河流，如黄河、海河等其河川径流量相对较小，如黄河上现有的水库蓄水能力占其河川径流量的比例已超过50%（包括超量引水和超采地下水）。

即使不考虑自然条件的约束，地表水可利用量占河川径流量的比亦不能太高。

目前国际上公认的可利用量警戒线是40%，即地表水可利用量占水资源量的比例不能高于40%，这是由于流域生态环境的维系需要相当部分的水的缘故。

流域生态需水已越来越受到人们的关注和重视。

可利用量与可供水量在概念上有一定的区别。

地表水可供水量是指不同水平年，通过已建成的各项工程设施，合理开发利用地表水资源，在此前提下能满足一定的水质要求的水量[17]。

3.2不可利用水量

不可利用水量包括两部分，即不可以被利用水量和不可能被利用水量。

不可以被利用水量是指不允许利用的水量，这部分水量必须保留，如果这部分水量保有太少或被另作他用，就会造成生态环境恶化甚至不可逆转的破坏的严重后果，亦即维持河道内生态环境正常状态不恶化的最少水量。

不可能被利用水量是指受现阶段技术和工程条件以及社会经济条件的限制，无法被利用的水量。

比如在汛期超过调蓄工程最大调蓄量的洪水等。

3.2.1河道内总需水量

河道内总需水量主要是指维持河流基本功能的水量，包括防止河流断流、保持河流水体合理的自净能力、河道冲沙输沙以及维持河流湖泊内水生生物生存等的水量。

河道内总需水量包括河道内生态环境需水和河道内生产需水量两部分。

其中河道内生态环境需水量主要有：

维持河流基本功能的需水量、通河湖泊湿地需水量和河口生态环境需水量。

河道内生产需水量一般不消耗水量，只需在河道中预留一定的水量给予保证即可，主要包括河流航运、旅游、水力发电、水产养殖等部门的用水，可以“一水多用”。

3.2.2洪水弃水

汛期难于控制利用的洪水量是指以当前的社会经济和工程技术条件，不能被工程措施控制利用的汛期洪水量，这部分水量下泄疏导以免造成洪水灾害。

统计计算一条河流的洪水弃水量，若是支流，则是指支流汇入干流的水量；若是入海河流，则是指最终泄弃入海的水量。

所以洪水弃水主要包括：

（1）在可预见时期内，受当前工程技术条件所限不可能被利用的水量；

（2）在可预见的时期内超出各用水单位总的最大用水需求的水量。

4地表水资源可利用量的分析计算方法

4.1可利用量计算应遵循的原则

（1）水资源可持续利用的原则。

开发利用水资源促进和保障社会经济的发展必须以不造成生态环境破坏为前提，保证水资源可持续开发永续利用。

（2）统筹兼顾及优先保证最小生态环境需水的原则。

为了保持人与自然的和谐相处，保护生态环境，促进经济社会的可持续发展，必须维持生态环境最基本的需水要求。

（3）以流域水系为系统的原则。

水资源的分布以流域水系为特征，一个流域是一个完整的水资源系统。

水资源可利用量计算应以流域作为一个整体计算，以保证计算成果的完整性。

（4）因地制宜原则。

我国幅员辽阔，各地的地理地质条件社会经济条件必然千差万别，所以在可利用量实际计算时要根据各地的资料条件和具体情况，选择相适宜的计算方法分别考虑灵活变通。

4.2估算方法——扣损法

计算地表水资源可利用量，在北方水资源紧缺地区一般利用扣损法。

扣损法是计算地表水资源可利用量较为传统的方法，即用多年平均地表水资源量减去不可以被利用水量和不可能被利用水量中的汛期下泄洪水量的多年平均值[12]，得出多年平均地表水资源可利用量。

计算流程如图1所示。

图1　地表水资源可利用量计算项概图[13]

4.3河道内总需水量计算

计算河道内总需水量的方法主要有：

多年平均径流量的百分数（取10％~20％）法、近10年最小月平均流量或90％保证率最小月平均流量法、典型年法[12]。

本文根据平顶山市水资源利用现状和现有数据选择采用多年平均天然径流百分数法近似进行估算，百分数选取20%。

计算公式为：

Wr=Wj1×20%

（1）

式中，Wr——河道内需水量；Wj1——多年平均天然径流量。

4.4洪水弃水

洪水主要由于汛期降水集中，短时间内河流水量受大量降水补充急剧增长而产生。

由于降水时空分布不平衡，因此往往降雨量较多的年份一次或数次大洪水弃水量占总弃水量的很大比重，而一般年份、枯水年份降水补充较少所以弃水较少，甚至没有弃水。

因此洪水弃水量的计算应采用天然径流量长系列资料，逐年计算汛期下泄的水量，在此基础上统计计算多年平均情况下的洪水弃水量。

计算公式为：

Wa=Wj2-Wm1-Wm2

（2）

式中，Wa——洪水弃水；Wj2——多年平均汛期天然径流量；Wm1——汛期最大调蓄量；Wm2——汛期用水消耗量。

4.5地表水资源可利用量

总的地表水资源量减去非汛期河道内需水量，再减去洪水弃水量和跨流域调水量，便得到多年平均情况下地表水资源可利用量。

平顶山市没有跨流域调水供水工程，因此计算时不考虑跨流域调水量，计算公式为：

W=Wt-Wr-Wa（3）

式中，W——地表水资源可利用量；Wt——地表水资源总量；Wr——河道内需水量；Wa——洪水弃水。

该方法一般用于北方水资源紧缺地区，本研究利用该方法计算平顶山地区地表水资源可利用量。

如图2所示。

图2地表水资源可利用量估算示意图[12]

5研究区概况与数据来源

平顶山市地处豫西山地与淮河平原的过渡地带，地理坐标位于北纬33°08′～34°12′，东经112°14′～113°45′；东西长140km，南北宽约133km，总面积约7882km2（图3）。

研究区大部分属于暖温带，较小部分位于北亚热带，过渡性明显，表现为典型的暖温带季风气候；年平均气温15～14.2℃；年降水量以沙河为界，以南地区在1200～800mm，以北地区800～500mm，水量适量。

平顶山市工业基础雄厚，在长期以煤炭资源开发为主的基础上已成为以能源原材料为主体，煤炭电力冶金化工纺织建材等综合发展的工业城市，近50年以来，研究区在依托煤炭资源强力开发带动区域经济的快速发展，人类经济活动对区域环境干扰程度与日俱增，研究区状况发生了剧烈变化，生态安全问题凸显，面临着水土流失、大气污染、植被破坏、水环境污染、采煤塌陷、土壤盐渍化等一系列的生态环境问题。

图3研究区位置示意图

平顶山市地处淮河流域上游，分属于颍河、洪汝河两个水系。

辖区内主要河流有颍河水系的北汝河、沙河、澧河、甘江河，洪河水系的滚河。

北汝河自西向东流经汝州市、宝丰县和郏县，大陈闸以上多年平均天然径流量8.72982亿m3；沙河自西向东流经鲁山县、市区、叶县，白龟山水库以上多年平均天然径流量8.58403亿m3；澧河自西向东流经叶县，孤石滩水库以上多年平均天然径流量0.90131亿m3；甘江河自西南向东北主要流经叶县，官寨水文站多年平均天然径流量3.46528亿m3，；滚河发源于舞钢市山区，多年平均天然径流量1.837亿m3，干流上建成有石漫滩大型水库1座，总库容1.2亿m3，田岗中型水库1座，总库容0.3176亿m3[18]。

各河流径流量及其流域内水利设施汛期调蓄量如表2所示。

表2平顶山市各河流多年平均天然径流量（亿m3）

河流

多年平均天然径流量

汛期最大调蓄量

北汝河

8.72982

1.4017

沙河

8.58403

6.81

澧河

0.90131

0.866

甘江河

3.46528

9.25

滚河

1.837

0.529

如图4已建成大型水库5座，中型水库10座，小型水库154座，总库容32.67亿m3。

5座大型水库的调洪库容分别为白龟山水库6.81亿m3，昭平台水库2.86亿m3，孤石滩水库0.866亿m3，石漫滩水库0.529亿m3，燕山水库2.5亿m3。

图4平顶山市水系图

平顶山市属半湿润、半干旱地区，多年平均降水量848.5mm，受气候影响，季节分配不均，降水主要集中在夏季，6－8月份降水量占全年降水总量的60%。

查询河南省近十年水资源公报[19]得到平顶山地表水资源量如表3，各年份平均地表水资源量为16.532亿m3。

年均地表水供水量4.933亿m3。

表3平顶山市地表水资源总量（亿m3）

年份

地表水资源总量

地表水利用量

2000

11.785

5.085

2001

11.785

5.085

2002

10.683

2.860

2003

26.318

4.844

2004

18.201

4.570

2005

22.771

4.382

2006

9.956

4.674

2007

18.759

5.236

2008

10.657

5.527

2009

11.427

4.849

2010

32.298

4.097

2011

19.197

4.955

2012

11.081

7.960

平均值

16.532

4.933

6地表水资源可利用量的分析计算

6.1确定河道内生态基础流量

由4.2中所选计算河道内生态基础流量的方法和平顶山市主要河流多年平均天然径流量，根据公式

（1）计算得各条河流河道内生态需水量与汛期径流量。

如表4所示。

表4平顶山市地表河川径流总量（亿m3）

河流

多年平均天然径流量

河道内生态需水量

汛期径流量

北汝河

8.72982

1.745964

5.237892

沙河

8.58403

1.716806

5.150418

澧河

0.90131

0.180262

0.540786

甘江河

3.46528

0.693056

2.079168

滚河

1.837

0.3674

1.1022

合计

4.703488

6.2汛期下泄洪水量

确定汛期径流量，根据对平顶山地区的径流统计，将每年6—8月定为汛期，汛期3个月流量约为年径流量的60%。

确定汛期地表水利用量，因为用水量一般比较平均，所以汛期的地表用水量为全年地表用水量的1/4。

根据公式

（2）计算得洪水弃水量为3.176亿m3。

计算结果如下，先初步计算出各河流洪水弃水，再合计汛期总洪水弃水减去汛期地表水供水量，如表5、6所示。

表5初步计算洪水弃水（亿m3）

河流

汛期径流量

汛期最大调蓄量

洪水弃水（初步）

北汝河

5.238

1.4017

3.836

沙河

5.150

6.81

0.000

澧河

0.541

0.866

0.000

甘江河

2.079

9.25

0.000

滚河

1.102

0.529

0.573

合计

4.409

表6洪水弃水（亿m3）

洪水弃水（初步）

地表水利用量

汛期地表水供水量

洪水弃水

4.409

4.933

1.233

3.176

6.3地表水可利用量

按照公式（3），采用地表水资源总量减去河道内生态基础流量和汛期下泄洪水量，得出地表水资源可利用量。

根据收集到的资料，按照上述方法计算步骤计算出平顶山各地