农村河道水资源承载力评价模型

韩磊　赵盼

摘 要：针对恶化的农村河道生态环境做出评价并采取治理对策，是维持良好农村河道生态环境的关键。介绍了水资源承载力的研究方法，包括水资源承载力评价模型的构建，结合溧水县白马岔河的具体特点，在调查分析和试验分析的基础上，开展水资源承载力评价的实例研究。

关键词：水资源；承载力；评价

中图分类号：TV213.4 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.009

1 水资源承载力研究方法

水资源承载力与地区环境、人口、经济发展规模和可持续发展等有关，涉及面广，内容复杂，国内外目前还没有完善的研究方法[1-2]。常见的定量研究方法很多，诸如模糊综合评价法、主成分分析法、系统动力仿真模型、多目标决策分析法等，大致可分为经验估算法、指标体系评价法、复杂系统分析法3大类[3-6]。

2 农村河道水资源承载力评价模型构建

2.1 农村河道水资源供水计算

2.1.1 农村河道的流量 Q计算 农村河流流量的计算表达式为：

Q=N·B（1）

式中，N为农村天然河流的流量模数，m3·s·km-2；B为农村天然河流出口断面所控制的集水面积，km2。

2.1.2 农村河道水资源可利用量WS计算 首先引入水资源可利用量的概念。关于水资源可利用量的概念，国内学者曾有过不同的阐述，多数是仅从经济技术角度进行定义，而对生态保护和水权重视不够，在这里引用贾绍风等提出的水资源可利用量的定义：在满足一定的生态保护标准下的生态需水前提下，在一定的经济技术水平条件下，有水权保证的、在总水资源量中可以被当地净消耗于生产生活的那部分水资源量。

接下来确定河道水资源可利用量表达式。区域水资源可利用量由地表水、地下水、跨流域调入水量以及污水回用量等组成。地表水主要指的是由降雨形成的河川径流量。地下水指的是经济上合理、技术上可行且不造成地下水位下降、水质恶化以及水文地质环境条件下，可以开采的地下水资源量。污水回用量是指城市和工业排放的污废水经污水处理后能够回用的水量。同时，还应扣除水质不符合供水要求的水量和调出区域外的流量。

因此，农村河道的水资源可利用量的表达式为：

WS=W1+W2+W3-W4+W5-W6（2）

式中，Ws为农村河道水资源可利用量，m3；W1为降雨形成的河道地表径流量，m3；W2为河道的地下水量，m3；W3为河道可利用的污水回收量，m3；W4为河道污染河段不可利用水量，m3；W5为河道外来水量，m3；W6为河道的区域外流失量，m3。

考虑到农村河道的实际状况，区域外来水量可以忽略，同时对于河道水资源的利用更多是局限于河道的径流量。对于地下水还有污水的回用等，由于在技术上的缺失，还不能得到充分的利用，因此，计算农村河道水资源可利用量的表达式为：

WS（t）dt=Q（t）dt （3）

2.2 农村河道水资源需水计算

（1）灌溉用水量Wa

农业灌溉用水量具有面广、量大，一次性消费的特点，受地区气候和地理条件的影响，同时，其大小还与种植作物品种、组成、灌溉方式、土壤状况以及基础设施有直接的关系。本研究采用直接估算的方法，灌溉用水量可以用灌溉用水定额M与该区域现有需要灌溉的土地数量S的乘积除以灌溉水利用系数来表达，其表达式为：

Wa=（4）

式中，Wa为灌溉用水量，m3；M为灌溉用水定额，m3·hm-2；S为需要灌溉的土地数量，hm2；η水为灌溉水利用系数。

（2）农村生活综合用水量Wb

生活用水一般包括居民生活、商业、医疗卫生、文化娱乐、旅游、环境保护及消防等用水。随着人口的增加，公共设施的增多，生活水平的提高，用水标准的不断提高，生活用水不断增加。

估算生活用水总量应考虑用水人口和用水定额。结合农村的实际情况，农村生活用水量分为两个部分，一部分是人日常生活的用水耗水量，把这部分设为V1，另一部分是村民圈养的牲畜家禽的用水量，设此部分为V2。通过统计资料，可以知道人以及牲畜的平均每天用水定额，分别为x1、x2，再得到该区域人口和牲畜的规模分别计为P1和P2，然后就可以将生活用水量的表达式写成：

Wb=V1+V2=P1x1+P2x2（5）

式中，Wb为农村生活用水量，m3；V1、V2为人与家养牲畜的耗水量，m3；P1、P2为该区域人口与牲畜数量的规模；X1、X2为人与家养牲畜的用水定额，L·天-1·人-1。

（3）工业用水量Wc

工业用水是地区用水的一个重要组成部分，不仅用水比重较大，而且增长速度快，用水集中，现代工业生产尤其需要大量的水。工业用水一般是指工、矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、净化、洗涤等方面的用水。

万元产值用水量和重复利用率是衡量工业用水水平的两个综合指标。利用水量平衡方程确定重复利用系数和万元产值之间的关系，如果已知该地区的产值，则可以计算出该区域的工业用水量，其表达式为：

η=×100%=

1-×100% （6）

WC=A·I（1-η）（7）

式中，WC为工业需水量；Q重、Q补、Q总为重复利用水量、新补充水量、总用量，m3；A为该地区的GDP，万元产值；I为该地区万元GDP的用水定额，m3·万元产值-1；为工业用水的重复利用率。

（4）河道生态需水量Wd

维持河道生态系统，离不开河道来水，河道径流是维持河流生态系统的生命线。河道生态环境需水的计算常用的方法有Tennant法、月（年）保证率设定法和最枯月平均流量法。

Tennant法是以年平均流量百分数为标准提出河推荐流量，并以此作为河道的生态环境需水量。这种方法以径流百分比为标准设8个等级来评价河流汛期、非汛期生态环境需水状况，以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，年平均流量的30%作为水生生物的满意流量。

月（年）保证率设定法是根据系列水文统计资料，在不同的（月）年保证率前提下，以不同的天然年径流量百分比作为河道环境水量的等级，分别计算不同保证率、不同等级的月（年）河道基本环境需水量，并以此作为约束条件，计算相应的不同水质污染排放量及污水排放量，以满足河流的纳污功能。

最枯月平均流量法采用90%保证率最枯连续7 d的平均水量作为河流最小流量设计值[4]。

（5）农村河道水资源需求量计算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD为农村河道水资源需求量，m3；Wa为灌溉用水量，m3；Wb为农村生活综合用水量，m3；Wc为农村工业用水量，m3；Wd为河道生态需水量，m3。

2.3 农村河道水资源供需分析

农村河道水资源的供需状况通过水资源供需平衡指数来反映，水资源供需平衡指数的表达式为：

CRW= （9）

式中，CRW为农村河道水资源供需平衡指数；WS为区域水资源可利用量，m3； WD为区域水资源需求量，m3。CRW<1，此时区域水资源可利用量大于区域水资源需求量，说明此时农村河道的水资源是满足该农村地区用水需求；CRW>1，此时区域水资源可利用量少于区域水资源需求量，说明农村河道水资源出现短缺，不能满足用水要求；CRW=1，此时区域水资源可利用量恰好等于区域水资源需求量，说明农村河道水资源量恰好满足周边区域水资源的需求。

3 白马岔河水资源承载力评价

3.1 白马岔河水资源供水计算

水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白马河的水资源可利用总量的计算，可采取地表水水资源可利用量估算，即取白马河的天然河川径流量来表示。经统计，河道来水年平均流量模数N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面积为4.087 km2，均为区间平水，于是由公式（1）可以计算得到白马河的水资源可利用总量为3.5×108 m3·a-1。

3.2 水资源需水量计算

（1）农业用水量

岔河农业用水量包含两个部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽养殖用水量。通过有关统计资料显示，该地区的农业用水量为0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白马镇人口规模 3.87万人，人均用水定额为200 L·d-1，经计算该地区生活用水量为2.8×104 m3·a-1。

（3）工业用水量

白马镇年工业产值为3 200万元·a-1，经查该地区万元产值用水定额为25 m3·万元，该地区工业用水重复率为75%，经公式（6）～（7）计算该地区的年工业用水量为0.07×108 m3·a-1。

（4）生态需水量

为维持河道生态系统，离不开河道来水，河道径流是维持河流生态系统的生命线，通常以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，因此可以由已知河流的流量计算出河流的生态需水量为0.7×108 m3·a-1。

综上述分析，白马岔河流域的大致需水量WD为1.02×108 m3·a-1。

3.3 计算白马河的水资源供需平衡指数CRW

经计算，该地区水资源平衡指数CRW为0.29<1，说明该地区水资源利用量可以满足目前该地区水资源需水量，该地区水资源的承载力尚能满足该地区经济的发展。该实例表明，农村河道水资源承载力评价模型在白马岔河整治规划中得到了较好运用。

参考文献：

[1] 袁鹰.浅谈水资源承载能力研究进展与发展方向[J].中国水利水电科学研究院学报，2006，4（1）：62-67.

[2] 张丽，董增川，张伟.水资源承载能力研究进展与展望[J].水利水电技术，2003，34（4）：1-4.

[3] 余卫东，闵庆文，李湘阁.水资源承载能力研究的进展与展望[J].干旱区研究，2003，20（1）：60-65.

[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水资源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

[7] 苏晓丽.论合理利用水资源及节水对策[J].天津农业科学，2012（2）：111-113.

[8] 谢胜波，阎永康.山西水资源可持续利用分析[J].山西农业科学，2008（5）：3-6.

[9] 王晓燕，郭小军.包头市水资源现状及思考[J].内蒙古农业科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，张虎，张龙，等.宁城县水资源总体现状及存在的问题[J].内蒙古农业科技，2013（4）：132-133.

Tennant法是以年平均流量百分数为标准提出河推荐流量，并以此作为河道的生态环境需水量。这种方法以径流百分比为标准设8个等级来评价河流汛期、非汛期生态环境需水状况，以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，年平均流量的30%作为水生生物的满意流量。

月（年）保证率设定法是根据系列水文统计资料，在不同的（月）年保证率前提下，以不同的天然年径流量百分比作为河道环境水量的等级，分别计算不同保证率、不同等级的月（年）河道基本环境需水量，并以此作为约束条件，计算相应的不同水质污染排放量及污水排放量，以满足河流的纳污功能。

最枯月平均流量法采用90%保证率最枯连续7 d的平均水量作为河流最小流量设计值[4]。

（5）农村河道水资源需求量计算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD为农村河道水资源需求量，m3；Wa为灌溉用水量，m3；Wb为农村生活综合用水量，m3；Wc为农村工业用水量，m3；Wd为河道生态需水量，m3。

2.3 农村河道水资源供需分析

农村河道水资源的供需状况通过水资源供需平衡指数来反映，水资源供需平衡指数的表达式为：

CRW= （9）

式中，CRW为农村河道水资源供需平衡指数；WS为区域水资源可利用量，m3； WD为区域水资源需求量，m3。CRW<1，此时区域水资源可利用量大于区域水资源需求量，说明此时农村河道的水资源是满足该农村地区用水需求；CRW>1，此时区域水资源可利用量少于区域水资源需求量，说明农村河道水资源出现短缺，不能满足用水要求；CRW=1，此时区域水资源可利用量恰好等于区域水资源需求量，说明农村河道水资源量恰好满足周边区域水资源的需求。

3 白马岔河水资源承载力评价

3.1 白马岔河水资源供水计算

水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白马河的水资源可利用总量的计算，可采取地表水水资源可利用量估算，即取白马河的天然河川径流量来表示。经统计，河道来水年平均流量模数N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面积为4.087 km2，均为区间平水，于是由公式（1）可以计算得到白马河的水资源可利用总量为3.5×108 m3·a-1。

3.2 水资源需水量计算

（1）农业用水量

岔河农业用水量包含两个部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽养殖用水量。通过有关统计资料显示，该地区的农业用水量为0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白马镇人口规模 3.87万人，人均用水定额为200 L·d-1，经计算该地区生活用水量为2.8×104 m3·a-1。

（3）工业用水量

白马镇年工业产值为3 200万元·a-1，经查该地区万元产值用水定额为25 m3·万元，该地区工业用水重复率为75%，经公式（6）～（7）计算该地区的年工业用水量为0.07×108 m3·a-1。

（4）生态需水量

为维持河道生态系统，离不开河道来水，河道径流是维持河流生态系统的生命线，通常以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，因此可以由已知河流的流量计算出河流的生态需水量为0.7×108 m3·a-1。

综上述分析，白马岔河流域的大致需水量WD为1.02×108 m3·a-1。

3.3 计算白马河的水资源供需平衡指数CRW

经计算，该地区水资源平衡指数CRW为0.29<1，说明该地区水资源利用量可以满足目前该地区水资源需水量，该地区水资源的承载力尚能满足该地区经济的发展。该实例表明，农村河道水资源承载力评价模型在白马岔河整治规划中得到了较好运用。

参考文献：

[1] 袁鹰.浅谈水资源承载能力研究进展与发展方向[J].中国水利水电科学研究院学报，2006，4（1）：62-67.

[2] 张丽，董增川，张伟.水资源承载能力研究进展与展望[J].水利水电技术，2003，34（4）：1-4.

[3] 余卫东，闵庆文，李湘阁.水资源承载能力研究的进展与展望[J].干旱区研究，2003，20（1）：60-65.

[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水资源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

[7] 苏晓丽.论合理利用水资源及节水对策[J].天津农业科学，2012（2）：111-113.

[8] 谢胜波，阎永康.山西水资源可持续利用分析[J].山西农业科学，2008（5）：3-6.

[9] 王晓燕，郭小军.包头市水资源现状及思考[J].内蒙古农业科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，张虎，张龙，等.宁城县水资源总体现状及存在的问题[J].内蒙古农业科技，2013（4）：132-133.

Tennant法是以年平均流量百分数为标准提出河推荐流量，并以此作为河道的生态环境需水量。这种方法以径流百分比为标准设8个等级来评价河流汛期、非汛期生态环境需水状况，以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，年平均流量的30%作为水生生物的满意流量。

月（年）保证率设定法是根据系列水文统计资料，在不同的（月）年保证率前提下，以不同的天然年径流量百分比作为河道环境水量的等级，分别计算不同保证率、不同等级的月（年）河道基本环境需水量，并以此作为约束条件，计算相应的不同水质污染排放量及污水排放量，以满足河流的纳污功能。

最枯月平均流量法采用90%保证率最枯连续7 d的平均水量作为河流最小流量设计值[4]。

（5）农村河道水资源需求量计算

WD=Wa+Wb+Wc+Wd（8）

式中，WD为农村河道水资源需求量，m3；Wa为灌溉用水量，m3；Wb为农村生活综合用水量，m3；Wc为农村工业用水量，m3；Wd为河道生态需水量，m3。

2.3 农村河道水资源供需分析

农村河道水资源的供需状况通过水资源供需平衡指数来反映，水资源供需平衡指数的表达式为：

CRW= （9）

式中，CRW为农村河道水资源供需平衡指数；WS为区域水资源可利用量，m3； WD为区域水资源需求量，m3。CRW<1，此时区域水资源可利用量大于区域水资源需求量，说明此时农村河道的水资源是满足该农村地区用水需求；CRW>1，此时区域水资源可利用量少于区域水资源需求量，说明农村河道水资源出现短缺，不能满足用水要求；CRW=1，此时区域水资源可利用量恰好等于区域水资源需求量，说明农村河道水资源量恰好满足周边区域水资源的需求。

3 白马岔河水资源承载力评价

3.1 白马岔河水资源供水计算

水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可一次性利用的最大水量[7-10]。白马河的水资源可利用总量的计算，可采取地表水水资源可利用量估算，即取白马河的天然河川径流量来表示。经统计，河道来水年平均流量模数N=5.6 m3·s-1·km-2，河道流域集水面积为4.087 km2，均为区间平水，于是由公式（1）可以计算得到白马河的水资源可利用总量为3.5×108 m3·a-1。

3.2 水资源需水量计算

（1）农业用水量

岔河农业用水量包含两个部分，一部分是灌溉用水量，另一部分是畜禽养殖用水量。通过有关统计资料显示，该地区的农业用水量为0.24×108 m3·a-1。

（2）生活用水量

白马镇人口规模 3.87万人，人均用水定额为200 L·d-1，经计算该地区生活用水量为2.8×104 m3·a-1。

（3）工业用水量

白马镇年工业产值为3 200万元·a-1，经查该地区万元产值用水定额为25 m3·万元，该地区工业用水重复率为75%，经公式（6）～（7）计算该地区的年工业用水量为0.07×108 m3·a-1。

（4）生态需水量

为维持河道生态系统，离不开河道来水，河道径流是维持河流生态系统的生命线，通常以年平均流量的10%作为水生生物生长的低线，因此可以由已知河流的流量计算出河流的生态需水量为0.7×108 m3·a-1。

综上述分析，白马岔河流域的大致需水量WD为1.02×108 m3·a-1。

3.3 计算白马河的水资源供需平衡指数CRW

经计算，该地区水资源平衡指数CRW为0.29<1，说明该地区水资源利用量可以满足目前该地区水资源需水量，该地区水资源的承载力尚能满足该地区经济的发展。该实例表明，农村河道水资源承载力评价模型在白马岔河整治规划中得到了较好运用。

参考文献：

[1] 袁鹰.浅谈水资源承载能力研究进展与发展方向[J].中国水利水电科学研究院学报，2006，4（1）：62-67.

[2] 张丽，董增川，张伟.水资源承载能力研究进展与展望[J].水利水电技术，2003，34（4）：1-4.

[3] 余卫东，闵庆文，李湘阁.水资源承载能力研究的进展与展望[J].干旱区研究，2003，20（1）：60-65.

[4] Liu H T， Guo Z R， Dong H， et al. Analysis of the permissible utilization volume of ground water in northwestern area and exploitation potential[J].Hydrology，2000（6）：17-20.

[5] Guo Z T. Initial analysis of estimation for usable quantity of water resources [J].Hydrology，2001，21（5）：23-26.

[6] 郭周亭.水资源可利用量估算初步分析[J].水文，2001，21（5）：23-26.

[7] 苏晓丽.论合理利用水资源及节水对策[J].天津农业科学，2012（2）：111-113.

[8] 谢胜波，阎永康.山西水资源可持续利用分析[J].山西农业科学，2008（5）：3-6.

[9] 王晓燕，郭小军.包头市水资源现状及思考[J].内蒙古农业科技，2012（5）：86-87.

[10] 高云凌，张虎，张龙，等.宁城县水资源总体现状及存在的问题[J].内蒙古农业科技，2013（4）：132-133.