水资源安全度量在区域经济决策中的支撑作用

李 翊

(四川省都江堰管理局，四川 都江堰，611830)



水资源安全度量在区域经济决策中的支撑作用

李 翊

(四川省都江堰管理局，四川 都江堰，611830)

本文通过对中国水资源安全问题研究趋势和主要方向、水资源安全度量的意义和作用的初步研究，提出了水资源安全度量对于支持区域经济社会发展的作用。在对基本水资源承载力评价方法介绍的基础上，通过对国内某煤化工园区规划方案的水资源承载力评价，说明水资源安全度量对区域经济社会发展决策的支撑作用及效果。

水资源 安全度量 承载力评价 区域经济 决策 某煤化工业园区 规划建设

1 水资源承载力的基本概念及计算方法

1.1 水资源承载力的基本概念

水资源承载力即为资源承载力中针对水资源的度量概念。其定义可以概括为：在一定的水资源开发利用阶段，满足生态需水量的可利用水资源量能够维系有限发展目标的最大经济社会规模。也就是说，水资源承载力是一个度量区域经济社会发展受水资源制约的阈值，它通常用满足生态需水量的可利用水资源量与经济社会可持续发展有限目标需求水量的供需平衡退化到临界状态所对应的单位水资源量的人口规模和经济发展规模(如GDP)等指标体系表达。

1.2 水资源承载力的计算方法

度量与计算水资源承载力，首先要掌握区(流)域的水资源总量(W)、生态需水量(We)、可利用水资源量(Ws)及水资源需求总量(WD)，然后通过计算流域水资源承载力的平衡指数(IWSD)或流域水资源综合承载力(F)或单位承载力(F1、2、3……n)，来分析区域水资源承载力。水资源承载力的计算公式如下：

(1)

由式(1)可以看出，当流域可利用水资源量小于流域经济社会系统水资源需求总量，即IWSD<0时，说明流域可利用水资源量不具备对这样规模的社会经济系统的支撑能力，也就是区(流)域水资源对应的人口及经济规模是不可承载。而通过调水增加可利用水资源量和通过节水减少水资源需求总量时可提高IWSD。反之，当流域可供水资源量大于等于流域社会经济系统水资源需求总量，即IWSD≥0时，说明流域可利用水资源量具备对这样规模的经济社会系统的支撑能力，流域水资源对应的人口及经济规模是可承载，供需为良好状态。

2 水资源安全度量对政府区域经济发展决策的支撑作用

尽管受到国际金融危机的冲机，国内经济发展仍然处于缓步上升态势。随着规范化管理的政策及要求，当前，我国经济快速发展，企业入园和各级、各类园区(开发区)的建设与发展，对于区域经济发展起到了有效的推动和促进作用。随着规范化管理的政策及要求，对于区域性开发的水资源承载力评价也在逐步纳入政府决策的科学技术支撑条件。保证有效开发和利用水资源，保证区域经济发展，成为区域水资源承载力分析的重点问题。现以国内某煤化工园区规划方案水资源承载力评价案例，来研究水资源安全度量对政府区域经济发展决策的支撑作用及效果。

2.1 案例概况

国内南方某市拟在一煤炭矿区附近的山间谷地，规划建设一处煤化工园区(以Y园区代称)，规划提出的产品链主要为甲醇后加工系列。规划近期以建设200万t/a甲醇装置及配套煤气化装置为重点，在近期产品装置成熟稳定运行的基础上，规划远期再扩建200万t/a甲醇装置及配套煤气化装置。规划两期共形成甲醇生产能力400万t/a。园区周边临近一处地表水体(以Z河代称)，为规划的主要取水水源地。为保证供水需求，规划同时提出在Z河上游建设一处供水水库。

2.2 区域水资源承载力评价

2.2.1 区域水资源可利用量分析

根据规划方案，结合实地调查，确定Y园区周边可利用主要地表水资源为Z河，可利用地下水资源为周边近距离矿井疏干水，可利用中水资源为规划实施后集中区自产中水。区域不同水平年水资源可利用量测算情况见表1。

表1 区域不同水平年水资源可利用量测算

注：Z河Z镇断面多年平均流量及P=97%设计条件下平均流量均取最小值。

2.2.2 规划实施后水资源供需平衡分析的情景设计

2.2.2.1 情景设计方案

根据煤化工产业发展规划，结合区域水资源可利用条件，针对规划实施后，Y园区可能出现的水资源供需情况，本研究从水资源利用方式和煤化产业发展规划调整两种角度，提出该区域水资源承载力评价的两种情景设计方案(如表2所示)。

表2 规划实施后水资源供需平衡情景分析

2.2.2.2 情景设计方案的确定

从产品产量规模角度分析，若将甲醇装置产能规模控制过于严格，即将规划的200万t/a甲醇装置×2期调整为170万t/a甲醇装置×2期，对规划的甲醇后加工产品装置运营的稳定性是存在一定风险的，并且也不利于甲醇后加工产品链的继续延伸与发展。同时，规划设计副产一定数量的甲醇，也是综合考虑远期服务于四川石化基地1200万t/a炼油及100万t/a乙烯项目对甲醇产品的需求。

从产品装置设计的可靠性分析，规划编制单位认为，首先若是采取170万t/a甲醇装置×1套×2期设计方案，虽然在理论上具有能耗低、布置紧凑、占地少、操作维护简单等诸多优点，但是实际上设备制造难度大，设备运输和设备安装均存在较大困难。此外，由于目前国内尚无相类似如此大规模甲醇装置运行实例，工艺可靠程度亦较低；其次，若是采取85万t/a甲醇装置×2套×2期设计方案，为了不与国家现行的煤化工产业政策，即《关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知》(发改工业〔2006〕1350号)规定的“一般不应批准规模在100万t/a以下的甲醇项目”的技术政策发生冲突，则每期2套85万t/a甲醇装置必须同步建设、同步投产，在招商引资和实际运营中又存在极大的不确定性与难度。

据此分析认为，“情景一”与“情景二”的设计条件的出现可能性是存在的，故选择“情景一”与“情景二”设计方案作为本次水资源承载力评价的设计情景，开展相应的水资源承载力评价。

2.2.2.3 评价方法

本次规划实施后水资源供需平衡分析，本文采取“情景一”与“情景二”设计方案对比分析的方式，综合分析在“情景一”与“情景二”设计方案下，区域水资源供需平衡及Z河Z镇下游流域水资源供需平衡，并根据评价结论提出相应规划优化与调整建议。

2.2.3 规划实施后不同情景下的区域水资源供需平衡分析

预测Y园区近期新鲜水用量(含脱盐水量)约为5518m3/h×24h=13.24万m3/d；预测至远期新鲜水用量约为10917m3/h×24h=26.2万m3/d。规划实施后Y园区新增用水量情况见表3。

表3 规划实施后Y园区新增用水量

2.2.3.1情景一设计方案分析

经对比平衡分析可知，规划实施近期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，同时不考虑利用周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，规划新鲜水耗用量占区域水资源可利用总量的比例分别为14.32%、21.80%、90.14%及13.81%。除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下的区域水资源承载力严重超载以外，其它条件下，Z河水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施。

经对比平衡分析可知，规划实施远期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，同样不考虑利用周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，规划新鲜水耗用量占区域水资源可利用总量的比例分别为28.34%、43.14%、178.38%、27.32%。除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下区域水资源承载力严重超载以外，其它条件下，Z河水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施。

规划实施后情景一设计方案区域水资源供需平衡分析情况见4。

表4 规划实施后情景一设计方案区域水资源供需平衡分析

年份Z河平均流量Z河可利用水资源总量集中区新鲜水需求量集中区新鲜水需求量占可利用水资源量的比例给水条件(万m3/d)(万m3/d)(%)2015多年平均流量9245P=97%设计条件下平均流量6074最枯水期最枯流量1469水库建成后平均流量9590132414322180901413812020多年平均流量9245P=97%设计条件下平均流量6074最枯水期最枯流量1469水库建成后平均流量9590262028344314178382732

2.2.3.2 情景二设计方案分析

经对比平衡分析可知，规划实施近期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，结合周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，规划新鲜水耗用量占区域水资源可利用总量的比例分别为13.48%、19.90%、64.65%、13.02%。由此说明，前述各种条件下，区域水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施，但是Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下的供水安全，仍显严峻。

经对比平衡分析可知，规划实施远期末(2020年)，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，结合周边近距离矿井疏干水及规划实施后集中区自产中水资源，规划新鲜水耗用量占区域水资源可利用总量的比例分别为25.78%、37.48%、109.85%、24.94%。除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下水资源承载力严重超载以外，其它条件下，区域水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施。

规划实施后情景二设计方案区域水资源供需平衡分析情况见表5。

表5 规划实施后情景二设计方案区域水资源供需平衡分析

年份Z河平均流量区域可利用水资源总量集中区新鲜水需求量集中区新鲜水需求量占可利用水资源量的比例给水条件(万m3/d)(万m3/d)(%)2015多年平均流量9824P=97%设计条件下平均流量6653最枯水期最枯流量2048水库建成后平均流量10169132413481990646513022020多年平均流量10161P=97%设计条件下平均流量6990最枯水期最枯流量2385水库建成后平均流量10506262025783748109852494

注：区域可利用水资源总量包含周边近距离矿井疏干水及规划实施后集中区自产中水。

对比“情景一”与“情景二”设计方案下的区域水资源供需平衡分析可知，Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下的供水安全均十分严峻。同时，在Z河Z镇段各条件下情景二的供水可靠性相对情景一偏小。

2.2.4 规划实施后不同情景下的Z河Z镇下游流域水资源供需平衡分析

根据统计资料可知，Z河Z镇下游流域的水资源开发利用现状总量为13.92万m3/d。其中，农业生产用水量为6.41万m3/d，农村居民生活用水量为1.33万m3/d，农村牲畜用水量为0.44万m3/d，村镇工业用水量为3.17万m3/d，城镇居民生活用水量为1.05万m3/d，城镇工业用水量为1.52万m3/d。当地Z河流域的水资源开发利用现状情况见表6。

表6 当地Z河流域的水资源开发利用现状

2.2.4.1 情景一设计方案

经对比平衡分析可知，规划实施近期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，同时不考虑利用周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，Y园区新鲜水需求量及Z河Z镇下游流域水资源开发利用量整体占Z河水资源可利用量的比例分别为29.38%、44.72%、184.89%、28.32%。除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下水资源承载力严重超载以外，其它条件下，Z河水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施，以及Z河Z镇断面下游流域水资源需求量。

经对比平衡分析可知，规划实施远期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，同样不考虑利用周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，集中区新鲜水需求量及Z河Z镇下游流域水资源开发利用量整体占Z河水资源可利用量的比例分别为43.40%、66.05%、273.11%、41.48%。同规划实施近期一样，除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下水资源承载力严重超载以外，其它条件下，Z河水资源可利用总量可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施，以及Z河Z镇断面下游流域水资源需求量。但是应当同时注意，规划远期P=97%设计条件下的供水安全，亦趋严峻。

规划实施后，情景一设计方案对Z河Z镇下游流域水资源开发利用的影响情况见表7。

表7 规划实施后情景一设计方案对Z河Z镇下游流域水资源开发利用的影响

2.2.4.2 情景二设计方案

经对比平衡分析可知，规划实施近期末，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，结合周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，Y园区新鲜水需求量及Z河Z镇下游流域水资源开发利用量整体占区域水资源可利用总量的比例分别为23.12%、35.18%、145.47%、22.28%。除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下水资源承载力严重超载以外，其它条件下，水资源可利用总量总体可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施，以及Z河Z镇断面下游流域水资源需求量。

经对比平衡分析可知，规划实施远期末(2020年)，Z河Z镇断面多年平均流量条件下、P=97%设计条件下平均流量、最枯水期最枯流量条件下，以及上游水库建成后平均流量条件下，结合周边近距离矿井疏干水资源及规划实施后集中区自产中水资源，集中区新鲜水需求量及Z河Z镇下游流域水资源开发利用量整体占区域水资源可利用总量的比例分别为27.00%、41.09%、169.91%、26.03%。同规划实施近期一样，除Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下水资源承载力严重超载以外，其它条件下，水资源可利用总量总体可以满足规划近期产品装置及配套公用工程设施的实施，以及Z河Z镇断面下游流域水资源需求量。

规划实施后，情景二设计方案对Z河Z镇下游流域水资源开发利用的影响情况见表8。

表8 规划实施后情景二设计方案对Z河Z镇下游流域水资源开发利用的影响

注：*-扣除利周边近距离矿井疏干水及规划实施后集中区自产中水。

对比情景一与情景二条件下的Z河Z镇下游流域水资源供需平衡分析可知，Z河Z镇断面最枯水期最枯流量条件下的供水安全均十分严峻。同时，在Z河Z镇段各条下情景二的供水可靠性相对情景一明显偏小，特别是在规划远期，P=97%设计条件下供水安全，情景一明显严峻于情景二。

2.2.5 基于水资源承载力评价的原则建议〔3-6〕

2.2.5.1 水源规划调整。在现场踏勘、调研和资料收集的基础上，建议利用规划区周边近距离矿井产出的疏干水作为补充水源，同时规划给水方针修订为：以保证Z河流域城市生活和工、农业用水安全为前提，以保证Y园区建成后能够实现连续稳定生产为目标，以Z河为主体给水水源，兼顾使用中水及周边矿井疏干水，禁止开采和使用地下水作为工业项目给水水源，实现生产用水的梯级利用，循环使用和中水回用。

2.2.5.2 积极落实水库建设工程。为保证规划实施后区域及Z河Z镇下游流域水资源供给安全，评价建议规划的实施应当先期落实规划提出的“在Z河流域上游，工程条件合适的位置，修建一座有效容积200万m3的水库蓄水，以有效调节Z河丰、平、枯各水期下游流量”，同时水库建设时序应当优先安排。

2.2.5.3 矿井疏干水利用方式。为保证矿井疏干水利用的可靠性，本次规划环境影响评价建议在集中区内部修建总有效容积为2万m3的储水池，以满足一天储水量需求，并且可根据不同产品装置对矿井疏干水的水资源需求，分块在装置区内部建设。

2.2.5.4 开展水资源利用方案专项研究。根据本次规划环境影响评价结论，科学论证，制定并且优化综合用水方案。

2.2.5.5 调整规划方案。根据水资源供应情况，调整建设规模，远期工程可根据水资源供应情况延缓或取消。

3 结语

当前，水资源安全问题已经成为国内实施可持续发展战略最为严重的制约因素，其紧急程度已经危及到人类基本生存环境和国家发展。因此，关注和研究水安全问题，制定和落实水安全减缓与保障措施，是中国实现可持续发展所面对的最为重要、也是最为急迫的问题之一。水资源承载力是水资源安全的基本度量，研究水资源承载力对于认识和建设水资源安全保障体系，协调水资源供需矛盾，支持区域经济社会发展尤为重要。

由本文的研究可以看出，水资源安全度量、水资源承载力评价，不仅要考虑自然环境条件实施，同时也要考虑规划实施的可操作性。应当综合分析，统筹考虑流域水资源条件和工程设计的可行性、保证区域经济发展和水资源开发和利用的协调性，为决策提供可靠的科学技术支撑条件和优化建议。

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