汉江流域水资源供需平衡及其承载力研究*

李柏山 粟 颖 周培疆 肖梅玲 徐 沈 王天维 赵丹丹

(1.中共贵阳市委党校， 贵阳 550005； 2.武汉大学资源与环境科学学院，生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室， 武汉 430079； 3.贵航贵阳医院， 贵阳 550009； 4.龙泉市环境保护局， 浙江 龙泉 323700)

汉江流域水资源供需平衡及其承载力研究*

李柏山1，2粟 颖3周培疆2肖梅玲4徐 沈1王天维1赵丹丹1

(1.中共贵阳市委党校， 贵阳 550005； 2.武汉大学资源与环境科学学院，生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室， 武汉 430079； 3.贵航贵阳医院， 贵阳 550009； 4.龙泉市环境保护局， 浙江 龙泉 323700)

2020年南水北调中线一期工程及引汉济渭工程的实施将对汉江流域水资源形势产生影响，本文对汉江流域水资源的可供给量、需求量进行了分析，研究流域实际可供水量和余缺水量。水资源供需平衡计算表明：调水工程实施后，汉江流域上游供水可以满足需水要求，汉江中下游流域将缺水54.81×108m3；全流域将缺水10.41×108m3，南水北调中线工程及引汉济渭工程对汉江中下游甚至整个流域产生缺水性影响。从水资源条件、生态环境、社会经济3个方面选择评价指标，以层次分析法确定评价指标权重，采用距离指数法对汉江流域进行水资源承载能力分析，并对汉江流域水资源承载能力进行评价。评价结果表明，受调水及水利工程建设的影响，汉江流域水资源已处于不可承载状态。

汉江流域；水资源；供需平衡；承载力

汉江是长江中游最大的支流，发源于陕西省秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，于武汉市汇入长江，全长1 577 km，落差1 964 m，流域面积为159 000 km2，汉江流域水系呈叶脉状，支流众多[1]。汉江流域是我国中部地区重要的政治、经济、文化和生态中心，是全国的重要的商品粮生产基地，也是湖北省“两圈一带”的重要支撑，流域内水资源丰富、周边矿产资源丰富、中下游地域开阔，具有发展农业和工业的优势。然而，目前流域面临的问题是：随着流域内经济的快速发展，上游工业和农业用水不断挤占中下游湖北境内的生态需水，流域中下游的水资源有逐年下降的趋势。加上未来流域各地工业园区的建成，需要更多的水资源支撑。从汉江本身来看，工业污染和引汉济渭调水工程、南水北调中线取水后汉江流量减小，对汉江水资源安全造成很大的威胁。陕西境内的引汉济渭工程、汉江干流14级梯坝建设及众多支流小水电建设，对中下游来说可谓雪上加霜。水库的建设及跨流域调水将会造成中下游水资源量减少、农田灌溉机井报废、地下水位下降等一系列问题。汉江水资源供需平衡与承载能力研究已成为国内外广泛关注的热点，不仅成为科学家们高度重视的科学前沿问题，也日益成为公众关心的社会问题。因此，通过分析汉江水资源供需平衡，研究流域水资源承载能力，对产生的不利环境影响提出预防和减缓措施，实现在保障流域用水的基础上的水资源有序开发，将是未来较长一段时间内流域水资源环境管理等相关领域的重要研究课题。

1 国内外研究进展

国外最早关于水资源承载力(Water Resources Carrying Capacity, WRCC)的研究是北美湖泊协会定义了湖泊承载力的概念[2]，其后美国URS公司对佛罗里达州Keys流域的承载力进行了研究[3-4]；1999年Harris等对农业生产区域水资源农业承载力进行研究[5-6]；Rijiberman.J等以承载力作为城市水资源安全保障的衡量标准[7]。在我国，1985年新疆水资源软科学课题研究组认为水资源承载力是水资源可开发利用量，即在满足维护生态环境用水要求后，所能支撑的工农业最大产值和人口数量[8]。杨大庆等[9-14]运用常规趋势法、模糊综合评价法、主成分分析法、系统动力学方法对水资源承载力进行了评价。从汉江流域本身来看[15]，刘年丰等[16]根据气候资料计算得出汉江中游襄樊市水资源短缺的人为风险度为22.8%，说明南水北调中线工程可能影响襄樊水资源安全。沈大军等[17]分析了丹江口水库不同调水方案对汉江中下游水位、流量及灌溉和航运的影响，并提出补偿工程措施。张明波等[18-21]运用多种手段对汉江流域局部区域水资源承载力情况进行了评价。上述研究对汉江流域水资源可利用量、水量分配及中下游水资源承载力进行了分析，而对于考虑生态环境需水的全流域水资源承载力研究较少。本文在分析2020年南水北调中线一期工程及引汉济渭工程的实施后汉江流域水资源的可供给量、需求量分析的基础上，从水资源条件、生态环境、社会经济等方面选取多个指标，采用距离指数法对汉江流域水资源承载能力进行分析，以期为汉江流域水资源的开发利用综合治理提供数据支撑。

2 研究方法

层次分析法是一种定性与定量相结合的方法，通过将问题分解成递阶层次结构，然后将上下层次的因素进行两两判断，构造判断矩阵。通过对判断矩阵的计算，进行层次排序和一致性检验，最后进行层次总排序，得到各因素的组合权重[22]。层次分析法所确定的量化指标是相对差距即距离指数，可通过相对差距来评估水资源承载力，这种方法被称为距离指数—层次分析法，如式(1)、(2)所示。

(1)

(2)

3 水资源供需平衡分析

汉江流域2000年水资源量513×108m3，上游干流已建石泉、安康大型水利枢纽，支流上建成了石门枢纽和黄龙滩电站，上述总库容52.3×108m3。此外，上游建有1 026座中小型水库，总库容15.2×108m3。汉江中下游现有大型水库7座、中型水库32座、小型水库563座，总引提水能力约为1 630m3/s，一般年份可供水量约为56×108m3[23]。近年来，国家加大对大江大河水资源的统一调度，2014年将建成汉江上游引汉济渭工程(年调水量15亿m3)和南水北调中线工程(一期工程年调水量95亿m3)。汉江流域多年平均水资源量呈逐渐下降的趋势，而调水工程将对汉江流域水资源产生更大的影响。

水资源量及水资源供给量：汉江流域水资源量主要包括地表水资源量、地下水资源量。地表水资源是该区域最重要的水资源之一，汉江流域2020年平均地表水资源量约为508×108m3；汉江流域浅层地下水天然资源量71.84×108m3，其中可开采量6.54×108m3。汉江流域水资源供给量包括地表水可供给量和地下水可供给量。2020年南水北调中线一期工程及引汉济渭工程调水后，汉江流域水资源的理论水资源量为404.54×108m3。

水资源需求量：汉江流域的水资源主要用于工业用水、农业灌溉用水、城镇生活用水、农村人畜饮水、生态环境需水等，其中绝大部分用水由地表水供给，少部分由地下水资源支出。1)农业灌溉需水量：按照农业灌溉发展规划，汉江流域2000年及更远水平年的灌溉面积约66.5×108m2，农业灌溉需水量2020年为75.73×108m3。2)工业用水量：依据工业预测产值及用水定额预测2020年工业用水量约为47.49×108m3。3)城镇生活用水量：根据城镇生活用水定额估算所需用水量。4)农村人畜饮水量：根据人畜数量及其用水定额预测2020年水平年人畜生活需水量。5)生态环境需水量：汉江流域生态环境需水量由维护河流生态所需最小水量、河流渗漏需水量及河流蒸发需水量组成[24]，根据胡安焱等[25]的计算结果，汉江中下游河流生态环境需水量为184.51×108m3。

为了满足社会经济发展的用水要求，提高汉江流域水资源的利用效率，对汉江流域水资源供需平衡进行分析显得尤为必要。在现有的水资源条件下，按照以需定供的原则，合理确定工农业发展规模并进行结构调整。在上游流域可供水量(150.84×108m3/a)保持不变的条件下，通过计算得出各个方案下汉江流域水资源供需平衡结果，如表1所示。

表1 汉江流域规划水平年2020年水资源供需平衡结果 ×108m3/a

由表1可知，2020年调水后，南水北调中线工程及引汉济渭工程调水实施后，汉江流域上游供水可以满足需水要求；但汉江流域中下游缺水54.81×108m3；全流域缺水10.41×108m3。说明南水北调中线工程及引汉济渭工程对汉江流域汉江中下游甚至整个流域会产生缺水性影响。

4 汉江流域水资源承载力分析

4.1 汉江流域水资源承载力指标体系

以流域内社会经济、生态环境以及水资源之间的协调发展状况来构建汉江流域水资源承载力指标体系。根据马瑶瑶[20]所确立的评价指标体系，汉江流域水资源承载力评价指标及采用层次分析法计算的相应指标权重值如表2所示。

距离指数的值(处于[0,1]的范围)决定了系统距离参照年的目标差距。距离指数数值越接近0则差距越小，越接近于1差距越大。其相对的水资源承载力状态如表3所示。

4.2 汉江流域水资源承载力分析

4.2.1 指标值的确定

汉江流域上游主要包括陕西省汉中、安康、商洛和湖北省十堰市，中游主要包括湖北省襄阳、河南省南阳等市，下游主要包括湖北省的荆门、潜江、天门、随县、汉川、仙桃和武汉市蔡甸区、硚口区、东西湖区等地。以南水北调中线工程、引汉济渭工程调水后的2020年作为评估年，2010年作为参照年。参照年数据为当年实际数据，评估年数据为区域发展目标数据或者国际通用数据。汉江流域水资源承载力指标值见表4。

4.2.2 指标值的标准化处理

将上述指标分为9个级别，将绝对值转换为对应的等级值。具体评价时，根据给定数据确定评价等级(1，2，3，4，5，6，7，8，9)，其评价意义介于相应等级之间的某个位置(见表5)。

表2 汉江流域水资源承载力评价指标体系及相应指标权重

表3 水资源承载力状态等级参考

表4 汉江流域水资源承载力评价指标

续表4

表5 指标预处理参考

4.2.3 计算距离指数

将表5中评估年2020年和参照年2010年的指标值转化为相应的数量等级，借助表2中层次分析法得出的指标赋值，运用公式(1)和公式(2)，对汉江流域水资源承载力进行评估，结果如表6所示。

表6 汉江流域2010年相对于2020年的距离指数

由表6可知，汉江流域水资源承载力系统的相对距离指数为0.501，水资源条件系统则为0.814，水资源总量和总供水量相对距离较大，污水处理达标率和水资源利用率相对距离较小。社会经济系统的相对距离指数为0.422，人均水资源占有量相对距离最大为0.611，万元GDP水耗、人均GDP和人口自然增长率其次，恩格尔系数和经济增长速度的相对距离指数较小。生态环境系统在流域水资源承载力系统中距离指数最小为0.296，水土流失率相对距离指数最大，其次为生态环境用水率，森林覆盖率和单位GDP废水排放量的相对距离指数较小。

根据水资源承载力状态等级参考表，可知2020年实施了南水北调中线一期工程、引汉济渭工程、引江济汉工程、引江补汉工程后，汉江流域水资源承载力状态等级如表7所示。

表7 汉江流域2010年相对于2020年水资源承载力状态等级

由表7可知，从水资源条件方面看，汉江流域2020年水资源总量在下降。但在水资源利用率和污水处理达标率2个指标，汉江流域2010年相对于2020年的距离指数较大，因此汉江流域水资源开发潜力有限。从流域经济状况分析，该区域人均水资源量相对于中部地区平均水平较低，万元GDP水耗、人均GDP和人口自然增长率这3个指标2010年相对于2020年的距离指数偏大。该区域恩格尔系数和经济增长速度则差距较小，其综合距离指数显示汉江流域经济状况处于基本可承载状态，并较接近初步可承载状态。汉江流域水土流失率及生态环境用水率两指标值的相对距离指数偏大，森林覆盖率和单位GDP废水排放量距离指数较小，接近可承载状态。

综上所述：汉江流域2010年相对于2020年水资源承载力等级状态为初步可承载。在汉江流域各子系统中，水资源子系统承载力状态相对其他系统为最差，生态环境子系统距离可承载的范围最近。

5 结论

(1) 2020年南水北调中线工程及引汉济渭工程调水实施后，汉江流域上游供水可以满足需水要求，但全流域将缺水10.41×108m3，对流域中下游的影响尤其剧烈。建议尽快实施汉江中下游引江补汉、引江济汉等其他补偿工程，并暂停南水北调中线二期工程调水。

(2) 目前汉江流域水资源处于临界状态。根据对水资源安全等级状态的界定，计算得出汉江流域各系统2010年相对于2020年总综合距离为0.501，其中水资源条件的距离指数为0.814，已处于不可承载状态，说明该地区水资源开发利用明显过度。

(3) 影响汉江流域水资源承载力的关键因素是经济发展与水资源、生态环境三者之间的关系。生态环境、社会经济和水资源三者是一个有机整体，必须协调好水资源、生态环境与经济发展之间的关系，加强水资源的统一管理，建立节水型社会。

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Water supply and demand balance and the carrying capacity study of Hanjiang river basin

Li Baishan1，2，Su Ying3, Zhou Peijiang2，Xiao Meiling4, Xu Shen1, Wang Tianwei1, Zhao Dandan1

(1. Guiyang Municipal School of Chinese Committee Party，Guiyang 550005；2. School of Resources and Environmental Sciences, Hubei Biomass-Resource Chemistry and Environmental Biotechnology Key Laboratory, Wuhan University, Wuhan 430079； 3. Guihang Guiyang Hospital，Guiyang 550009；4.Longquan Municipal Environmental Protection Bureau of Zhejiang province, Longquan 323700，China)

According to the impact on the Hanjiang river basin water resources of the middle route of the south-to-north water diversion project (MR-SNWDP) and the water diversion project from the Hanjiang River to the Wei River, the water supply and demand of the upstream, mid-downstream and basin-wide were calculated. The results show that: after completion of the transfer project, the water supply of upstream is adequate while the water shortage of middle and lower reaches is 54.81×108m3, that of the basin-wide is 10.41×108m3, and the transfer project will affects the entire basin. With indicators selected from water resources, environment, and socio-economy, and AHP used to determine the evaluation index weight, the resources carrying capacity of Hanjiang river basin water is evaluated. Affected by water diversion and water conservancy construction, water resources in Hanjiang river basin has been in a non-capacity state.

Hanjiang river basin; water resource; supply and demand balance; carrying capacity

* 湖北省环境保护厅环保专项基金项目(20110307)。

2014-09-24；2014-11-10修回

李柏山，男， 1982年生，博士，研究方向：环境安全及管理、环境经济、生态评价。E-mail：lbs1113@126.com

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