水资源水质水量联合评价综述

刘韬

(云南省环境科学研究院，云南昆明650034)

水资源水质水量联合评价综述

刘韬

(云南省环境科学研究院，云南昆明650034)

根据国内外近30a来对水资源的评价研究，综述讨论了水资源评价的4种理论和方法，认为水质与水量联合评价并考虑生态环境需水的水资源评价才能客观地表现水资源现状，而且对湖泊水体的相应研究也应受到广泛关注。

水资源评价;水质水量联合;综述

1 前言

与地球其它自然资源一样，水资源也是“质”与“量”的有机结合，其内涵表现为在一定时空分布上具有足够的数量和一定的质量同时可被人类利用的水。所以水资源也包含水质水量两个方面的含义，且互为依存，缺一不可。之前学者对区域水资源的评价大多基于单一方面，即考虑水之量，忽略水之质，抑或在忽略水量的情况下，单独评价水质状况。如此评价无疑没有真实反映出区域水资源的实际情况，而仅仅为一种对水资源利用结果的表现或预测，且是单方面的。使用该数据则使读者在不了解水质的前提下过高估计区域水资源量;又或者在了解水质的前提下低估区域水资源量。于是要想了解具有某一标准水质的水资源的分布就显得更加困难，为后续水资源的系统规划设计、合理开发利用、有效管理与保护带来不便。

近些年来，随着社会经济的发展，人口、资源、环境所面临的矛盾加剧，水资源的重要性更显紧迫，且愈演愈烈，如不做出相应的可持续发展规划无疑会威胁到人类的发展及生存。因此，对水资源进行客观与适当的评价有着非常重要的意义。评价的目的是为了更好地开发与利用。相应地，客观真实的评价才能使人们有效并合理地对水资源进行开发利用。因此，对水资源水质水量综合评价方法的研究，是水资源合理开发利用和保护的重要基础工作之一，可为可持续利用提供客观依据。同时，保护与合理开发利用水资源以达到可持续利用的新理念，已成21世纪水资源规划和管理的最大目标与追求［1～2］。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

自1977年联合国教科文组织将水资源定义为“可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的量和可用的质，并能在区域内为满足某种用途而可被利用［3］”以来，国际上开始有许多国家陆续开展了对水资源水质水量相结合评价的研究及探讨［4］。Azevedo等［5］将水量水质相结合的目标纳入水资源管理的决策系统中，并成功应用于流域的水资源管理。Luiten and Groot［6］利用模型模拟了地表水的水质与水量，分析研究了荷兰的地表水管理政策。Vijayan等［7］研究了印度的水质水量综合管理。澳大利亚则采用了地理信息系统(GIS)进行野外数据采集和利用水质水量模拟来确定和评估流域点源和非点源污染对水质的影响［8］。这些研究都或多或少进行了对水资源水量水质相结合评价的探索，为后续学者的新理论奠定了一定的基础。

随后，在各种水资源问题的影响下，生态环境问题也随人类社会的发展而出现了，水资源的非质量二重评价让我们只看到了人类发展所需的“水资源”问题而忽视了其对原生生态环境的影响。水作为环境组成的一部分，不仅影响着人类发展，也影响着其依存的自然环境。因此，国际上的一些学者陆续提出水资源的开发利用与管理要综合考虑生态系统和人类对水资源的需求(Falkenmark，2004;Shiau et al，2004;Suen et al.2006)，并提出了诸如“environmental maintenance flow”、“ecological base flow”和“natural flow regime”等关于“生态基流”的名词，用来说明生态环境同样对水有着相应的需求。而对维持河道生态系统健康所需的水量水质与除此之外还能够提供给人类使用的水资源问题的研究也就成为了更深层次的研究。

2.2 国内研究现状

自国际上提出水量水质联合评价以来，我国机构与学者对水资源的评价研究也纷纷转向探索水质水量联合的道路。在2003年的全国水资源综合规划工作中我国也把对水资源的水质水量联合评价方法作为研究重点之一。此后，学者们对水质水量相结合评价区域水资源的方法和理论开始了积极探索［9～10］。

研究初期，由于各种原因，在进行评价与实际监测的工作中，水资源数量与质量的评价还是没能紧密有机地结合起来，近年来才开始在该方面进行了一些探讨。周劲松、夏星辉、杨志峰［11］等最初研究了以黄河干流的水资源为例的水质评价，之后夏星辉、杨志峰等［12～13］又继续对该问题进行探讨，提出了水资源功能容量与功能亏缺的概念进一步完善对黄河水资源的评价，初步确立了水质水量相结合的方向;王渺林等［14］提出以水功能区划水质水量相结合的评价方法，回答了水功能区划水质目标约束下的流域可用水资源量的评价问题;刘克岩等［15］提出以用水为主体的水质水量结合评价方法。而李玉河［16］已经开始从水资源水质与水量综合考虑的情况下作水资源配置研究了。但时至今日，对于水资源水质水量的联合评价也没有形成一个主流的流域性的系统方法，未建立无缝的水质水量相结合的水资源系统评价方法，也没有一个公认的可操作性强的方法。

3 主要研究方法及应用

现对国内外在水质水量方面有所研究的方法及其应用进行简要介绍。由于国外在水资源水质水量相结合的研究上方法与理论差别较大，且在水资源可利用量上的计算与水资源管理层面上对水权方面的考虑较为全面［17］(见表1)，所以国外的研究重心主要为对水资源进行评价后进行区域的合理配置与管理，其量质联合评价也就显得较全面与合理，且应用较为成熟。但这些方法与理论却不太适合我国的实际情况，国内在该方面由于水权政策及基础资料的缺乏而不易参考。所以本文着重介绍国内对水资源进行的水质水量联合评价的方法。

表1 水资源可利用量国内外代表性概念对比(部分摘录)

国内的研究现状主要分为四个方向:以水功能区划水质水量相结合的评价方法;以用水为主体的水质水量相结合的评价方法，用水资源功能容量、水资源功能亏缺来描述区域水资源质量结合的评价以及以地表来水用水状况的水量水质联合评价方法。

3.1 水功能区划水质水量结合评价方法

该评价方法的主要依据为河流的水功能区划及其相应的水质目标，首先根据水功能区划把区域评价对象划分为独立子系统，系统具备调蓄、排污、降解等迁移转化功能，相互联系，相互转化。其次，在水文水环境的外部因素的基础上建立一个单元系统水量水质模型，然后推求参数以进行评价。

其具体计算方法为:第一，确定区域内分区的水功能区划类别及水质类别;第二，根据水量平衡和污染物质的质量平衡原理，建立单元系统水量水质模型;第三，依据实际资料率定各项模型参数;第四，设定外部影响因素，即生态环境需水及水质目标。第五，求得在考虑了水质前提下的最优且最大的水资源量。该方法不仅可以单独求算小区域，还可以推广至多区段系统进行计算，利用单纯形优化方法计算上一区段对下一区段取水后的影响及取水后能提供的最大符合水质目标的水资源量即可。该方法可以在保证水质目标的前提下获取最大限度的水资源量，而且还保证了河道生态需水量的10%。

之后，刘克岩等［18］利用水功能区划条件对区域水资源可利用量量质结合进行了定量评价，提出了相应的水资源管理与可持续发展的建设性意见，并找出了各水功能区保护与治理的重点，目标明确。根据该评价结果，管理部门不仅可以清楚地看到各水功能区的水质、水量现状与开发潜力，还能有针对性地制定保护和治理措施，合理进行水资源配置管理。该评价方法理论上说计算方便，操作性强，但却没能广泛采用，主要原因为我国对于水资源功能分区与水区划做得不够到位，在水资源评价方面基础设施与基础资料不足，同时也说明了我国在该方面应加强对水质监测和用水量的调查，特别是对一些河段的基础数据不全的区域。

应用方面:针对有水功能区划水质目标约束下的流域可用水资源量的评价，且水资源基础数据齐全。但针对我国实际情况，第一，水资源资料的不足与水监测数据的不足使得操作没有支撑;第二，我国疆域辽阔，不是所有的河流都有相应水功能区划目标，特别是一些小支流和经济不发达地区的河流。因此，理论上可行的水功能区划水质水量联合评价在这些地区是无法实施的。

3.2 水资源功能容量与功能亏缺

水资源功能容量与功能亏缺的概念是由夏星辉等学者提出并发展的。通过对黄河1997～1999年详尽数据的分析与计算，从不同角度提出对水资源评价的思想，曾三度对黄河水资源评价进行了同期的研究，并于最后提出水环境功能容量与水环境功能亏缺的概念与利用水资源功能容量与亏缺联系并进行计算的方法。其对水资源功能容量、水资源功能亏缺分析方法的思想为:用实际取水口的水质与水体用途所需水质要求做比较，结果若优于水体用途水质标准，则认为水体具有水资源功能容量，并且还可满足更高的水体用途要求，且水资源功能容量的大小与二者间的水质级别差异、取水口的水量成正相关。反之亦然。即:

式中:△W+—水资源功能容量;ΔW－—水资源功能亏缺;W—水体的水量;Qd—水资源功能要求的水质标准级别;Qm—水体实际的水质级别。

具体的计算方法为:把河流水看作为由人类取用水、流出河道的水、存储于河道的水三个部分组成，但各部分水体只有当水质达到用途要求的水质标准时，才具备水资源功能。所以该方法的实质即计算出既满足某一取水口所需水量的水，又满足该取水口的水质要求的水量的水就属于具有水资源功能的水资源。反之，则属于水资源功能亏缺。所以计算时首先摸清区域范围内各取水口所取水量及水质级别，然后分别计算取水口的水资源量(功能或亏缺)。由于农业用水量一般比较大，加之农业耗水所需水质要求为Ⅴ类以上，所以参照农业用水计算出来的水资源，其功能容量会较大。相应，若全部按生活用水来取用水，则其功能容量又会太小。这样的计算对水资源现状来说比较客观实际且计算方法较简便，但区域情况复杂(取水口所需水质标准与取水口用水目的不相符合的情况)时，其总水资源功能容量较大时，其各取水口的水资源功能容量也会较小。抑或，在各取水口均满足水质需求的情况下，如果农业用水所占用水总量的比例较大，那么其整个区域内的水质其实是不太理想的。如此，在后续的开发利用过程中，水体将会继续受到污染，水体水质将会越来越差。若存在一个区域在没有生活用水与工业用水的情况下，其整个区域的水质类别只需达到Ⅴ类就满足该区域的用水目标了。但实际上该区域的生态环境已经很差了。因此，只有通过对一定时间和空间上水体的实际水质和水资源功能要求的水质进行比较，才能确定河流具备水资源功能的水量，也才能最后确定满足用水需求的水量与水质。

由于以上分析并不能反映同一水质级别之内污染物的浓度变化对评价结果的影响，作者又进一步对该问题进行深入，考虑了污染物的浓度变化对水资源功能容量和水资源功能亏缺的影响。进一步提出了水环境功能容量和水环境功能亏缺的概念和计算方法［13］。方法不再赘述。

3.3 以用水为主体的水质水量结合评价方法

刘克岩［15，19，20］、于历军等提出以用水为主体的水质水量结合评价方法，认为对于天然地表径流而言，从上游到下游受到各种因素的影响，河流的物理化学性质在流动过程中会不断发生改变。一般地，上游水质较好，但取用不多，流动过程中若受到污染，水质即变坏，而在流经自净能力较高的水体时，水质又有可能变好。因此，只有当水被取用时，水的质与量才能准确确定。同样，对地下水或湖泊也是一样，在以湖泊为主体的水资源流域地区，湖体各个部分的水质也不尽相同，且丰水季节对湖体水质影响较大。所以从取水口来看水资源的水质与水量关系较为客观。

作者以滦河为例，分析评价了1998年滦河的水资源状况，说明了一个实际存在的问题:即使在被评价为Ⅴ类或超Ⅴ类河长占评价总河长的71%的区域，也不能盲目认为水资源已无使用价值。若生活用水来源为水库水，则经过一系列沉淀与净化作用后，也可以达到二类水的水质情况。所以，采用取用水时的状况更能代表河流的水质水量情况。因此，在取用水量占河川径流比例较大的地区，可以根据不同地点的取水量及其水质状况来综合反映一条河流的水质水量情况。在水资源开发利用程度较高的情况下，人们更关心在现状工程条件下，取用水时水质水量情况如何。这样计算出来的结果在有水库蓄水且水库容量占该区域比例较大的情况下，水库的水质将大大影响整个区域的评价结果。上已述及水库的沉淀及水体的自净能力较强，所以若水库水质良好，则代表整个区域水质状况良好，反之则整个区域的水资源评价就差。而作者最后的结果也说明了这一点，其水库水质为Ⅱ类，且水量占总水量的88.1%。

该评价方法简便易行，能明确知道水资源的质量分布状况，为决策部门提供直观易懂的信息。但缺点也比较明显，湖泊的存在毕竟是一个特例，若如上述，全部取水为湖泊，而河道水质较差，那其河道生态环境就存在危险了。

3.4 地表来水用水状况的水量水质联合评价方法

夏军等［21］学者提出地表来水用水状况的水量水质联合评价方法。用单元系统和复合系统的水量水质联合评价方法评价流域水资源数量中的水体质量分布情况。该方法的主要思想为:找出区域内水资源质与量的时空分布状况。

计算方法为:首先根据径流的物理及化学过程确定研究区域的时空分布;其次根据已有资料(如径流量、降雨量、取水口量等指标)计算各分区的水质水量状况;最后合并计算分区，得到流域范围的水资源水质水量分布情况。作者提出应用单元(集总)系统和复合(分布)系统的计算方法分别对应单区段系统与多区段系统的计算。

该评价方法主要从系统的水量水质过程对应关系以及空间分布对应关系入手，评价水资源的不同水量的水质分布情况。结果能定量反映出区域水资源的空间分布特点及变化规律，给使用者提供较为全面的水资源情况，为水资源的规划管理、开发利用与保护提供丰富的评价信息。

4 水质水量联合评价研究方法总结

水资源具有质、量二重性。缺乏量，质量自然不高，水质较差，又会导致缺水更甚。因此，水质决定水量的多寡，或者是各类水质的水有多少量。从以上分析中可以看出，水质受不同承载体及人类用水标准的限制可以表现为不同的功能水体。受污染的水在河流与湖泊中其污染物的沉降速率与对受体的影响程度是不同的;在用水角度，不同程度受污染的水可以满足不同的用水对象。水质类别高的可以用于生活用水，次的可以用于工业用水，再差的可以用于农业用水。所以在可知水量的基础上，要对水质进行合理、全面的评价才能更为客观地对水资源进行评价。如上述，要满足水功能区划的水质目标就需要控制取水口的取水量;要满足不同用水户的需求就需要对不同河段的水量进行空间分配;如果以现状进行评价，满足取水口所需水质标准就为水资源功能容量，那水资源量就很有可能会被夸大。

现实是水资源的正确评价不仅要考虑满足区域水功能区划目标与用水目标，还要考虑生态需水与区域水资源开发利用率等因素。国内一些学者也认识到了这些问题而相应提出河道的生态需水量也应该纳入为区域发展与评价水资源的一大因素，于是又引出了对区域水资源开发利用程度的评价。上述的各种水质水量联合评价方法基本没有在区域水资源开发利用的前提下进行考虑，对生态需水的考虑也很少，见表2。开发利用是有限度的，如果长期超出了其利用阈值，将会影响整个环境安全，进而水质得不到保障，水量就无从保证了。而生态需水更是水资源平衡与水资源可持续利用的前提条件，更是水环境得以维续的首要条件。

表2 国内水质水量联合评价方法考虑因素

王西琴［22～23］等通过考虑水的自然循环与水在人类活动影响(水资源开发利用率、耗水率、污水排放浓度)下的循环(二元水循环)，探讨了基于生态需水的二元水循环下河流的水质水量综合评价，据此建立了更为综合考虑各项因素的水资源评价方法。后又根据该方法对中国七大河流水资源的开发利用率阈值进行了研究。从而更客观地反映了区域水资源的现状与开发利用状况。不仅可以指导区域水资源的合理分配，还可以进行有效的控制水资源的过度开发而造成的生态环境的进一步恶化。

5 结论与展望

水资源是地球的特有资源，更是人类与环境共同需要并依赖的资源，我国人口众多，水资源人均量本来就小，加之污染严重，其水质得不到有效改善，水资源矛盾与冲突日益突出，因此，水资源合理配置不仅要考虑生产、生活用水，还要考虑生态与环境用水。这里既有水量要求，又有水质要求，还有生态要求，必须处理水资源数量和质量的统一评价问题，在考虑生态用水的前提下合理评估水资源。需要搞清河流在一定生产、生活用水的条件下，在既满足水功能区划水质目标，又满足河道生态需水要求后，可用水的质和能够调配的水资源量，并满足水功能区划目标所需要削减的污染负荷空间量。

因此，当提及今后的水资源开发利用时，应给予足够的重视考虑在水质水量结合的条件下进行可持续的发展。不仅是量的再分配，还有质的再分配，应根据不同用户对水质要求实行差异化的分质分量供给;加强防治，治污节污，把生态需水纳入评价体系对水环境纳污能力进行合理分配，以保证生态及环境用水需求，实现发展与环境的和谐统一。另外，对湖泊流域进行的水质水量联合评价的实例几乎为零，湖泊是一个特殊水体，其水体对水污染物质的受纳能力与污染物在湖泊内的降解速率均与河流不同，对湖泊进行此方面的研究将有助于更深入地了解以湖泊为主的流域其水资源的开发利用现状及合理评价水资源状况，最终为湖泊流域提供一种可供探索的统一方法论。水质水量联合评价仍是一个探索性的课题，还有待于进一步论证与验证，寻求更有效的解决方法。

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A Review on the Evaluation of the Water Quality and Quantity of the Water Resources

LIU Tao
(Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034 China)

According to the domestic and international research on the water resources evaluation with a time expansion of 30 years，this paper presents and discusses the four theories and methods.The author consider the consolidated evaluation of the water quality，water quantity and ecological water demand as an objective way to illustrate the current situation of the water resources.Attention also needs to be given to the relative research on the water body of the lake.

water resources evaluation;water quality and quantity integration;review

X82

A

1673－9655(2012)02－0073－05

2011－11－02