朝阳市水资源承载力研究

孟大鹏

(朝阳市朝阳县水务局，辽宁 朝阳 122000)

水是维持地球生命系统和经济社会发展的基础资源，对水生态安全和可持续发展起到重要控制作用[1-5]。近年来，随着经济的快速发展和人口规模的扩大，居民生活和各行业用水量急剧增加，江河断流、水体污染、水资源短缺和水生态功能退化等问题日趋突出，因此科学评价水资源承载力以及合理规划区域发展，逐渐成为水文水资源领域的研究热点。关于水资源承载力的研究，国内外学者比较侧重于地理环境和资源学科领域，即综合考虑各方面因素系统评价区域水资源承载力，对水资源承载力存在的问题利用可持续发展的思想和现有创新方法解决，相关研究主要集中于社会经济系统，从生态系统角度考虑完整的水资源效应价值的研究较少，尤其是对水生态修复和维持生态系统稳定的生态用水量研究鲜有报道。从促进经济社会可持续发展、保障生态安全和保护生态环境的角度，准确计算生态环境需水量对于保证生态环境用水极为重要[6-7]。

目前，针对生态环境需水问题中国有关研究还处于起始阶段，大多研究仍以定性分析为主，涉及定量计算的研究较少。鉴于此，文章以朝阳市为例，以水质达标、满足水环境容量和保障水环境安全为基准，对生态环境需水量利用水环境容量模型定量计算，通过分析区域水资源承载力提出行之有效的管控对策。

1 区域概况

朝阳市地理位置为E118°50' 19''-121°17 '38''、N40°35' 53''-42°23' 21''，地处辽西低山丘陵区，境内丘陵起伏、沟壑纵横、峡谷相间，地貌形态复杂，川地、平地、山地、丘陵等交错分布，地势结构有“七山一水二分田”之称。该地区属北温带大陆性季风气候，日照充足，降水偏少，四季分明，温差较大，年降水量450-580mm，时空分布差异较大，降水主要分布在5-8月。河流水系有大凌河、老哈河、小凌河、青龙河等，其中流域面积超过100km2的河流有69条，多年地表径流量13.22亿m3。理论上，朝阳市属于多水区，但受自然条件与地形地貌等条件限制，其水资源开发难度大、开采成本高、可利用总量少且用水效率低，加之季节性降水分配不均衡和水环境污染，长期以来该地区均处于缺水状态[8]。

2019年对朝阳地区大凌河、牤牛河、小凌河、蹦河、青龙河、老哈河、18处地下水、阎王鼻子水库、白石水库实施水质监测，结果显示：评价河长共270km，Ⅳ类及劣于Ⅳ类水质河长15km，Ⅲ类及优于Ⅲ类水质河长255km；按单指标法对18处地下水水质进行监测，结果显示符合Ⅲ类水标准的占61.1%，其中硝酸盐氮、总硬度、溶解性总固体为主要超标项目；阎王鼻子水库、白石水库年内水质类别为Ⅲ类。

2 生态环境需水量

现阶段，学术界对生态需水的概念尚未形成统一的认识，对此不同学者提出生态环境需水、环境需水、生态需水等多种名称。依据环境科学和生态学相关理论，有学者详细区分了以上概念，并定义了生态环境需水的内涵：为维持水生态功能，在特定的水质要求、环境保护和生态建设目标下所必须满足的基本水量。然而，该研究并未明确区分环境需水与生态需水的概念，只强调最低水量需求以满足生态保护目标[9]。

朝阳市正式发布的水环境功能区划分，从保障水环境安全、保护水生态系统、保证人民身体健康的角度，明确了辖区内大中型水库及所有河流的水质标准。考虑当前的经济发展现状，满足该水质标准可以基本保证区域水环境安全[10-11]。所以，制定的水环境功能区划为确定生态环境需水量提供了参考。结合水环境质量标准与保证水环境安全的要求，可对最低生态环境需水量利用水环境容量计算法定量研究。

2.1 污染物入河量调查

准确计算生态环境需水量的关键环节是合理统计污染物入河量，通过对污废水排放量的调查确定研究区污染物入河量。考虑全市范围内工业、生活等主要污水排放源，确定入河排污口及其污染物浓度限制，水体污染物浓度限制，见表1；并统计分析不同河段的纳污量，2019年辽阳市主要河流纳污情况，见表2。

表1 水体污染物浓度限制 mg/L

表2 2019年辽阳市主要河流纳污情况

2.2 确定水质目标

对于研究区主要河流水质目标朝阳市地面水环境功能区划给予了明确规定(见表2)，朝阳市青龙河、蹦河水质目标为Ⅱ类，小凌河、牤牛河水质目标为Ⅲ类，其他河段水体纳污为Ⅳ类。

2.3 生态需水量计算

1)假设条件。假设上游来水与下游控制断面上所有污水直接混合，不考虑河流运输过程中陆域污染物的衰减，即确定的需水量符合最不利要求；假设稳态条件，即各计算河段保持均匀一致的流速和流量；假设浓度和断面流速保持均匀，即忽视污染物流动过程中产生的纵向离散作用。

2)污染物稀释所需水量。结合污水稀释目标的高低和实际污染物排放量大小，利用下式综合确定总稀释需水量，即：

(1)

W=max(Wi)

(2)

式中：Wi、W为分区i和整个区域的污染物稀释所需水量，m3；qj为河流j的污水排放量，t/a；ai为单位污染物量，1mg；Cik为水质标准k下污染物i的稀释目标浓度，mg/L；Qij为污染物i在河流j中的年排放量。

2019年辽阳市污染物稀释所需水量，见表3。从表3可知，稀释河流污染物COD、氨氮所需水量为4 508.18万t/a、12 097.29万t/a，然后利用公式(2)对所有河流所需水量的最大值进行叠加，确定总需水量12 342.57万t/a。

表3 2019年辽阳市污染物稀释所需水量 万t/a

3)生态环境需水量。一般地，区域生态环境需水量不等于污染物稀释水量，其原因为河流的下渗、蒸发现象使得河水存在损失，并导致污染物稀释水量<生态环境需水量；此外，河水与污染物混合时能够发挥一定的降解功能，对于降低污染物浓度具有积极作用，河水吸纳污染物计算量应该<实际值，这使得污染物稀释水量>生态环境需水量。所以，有必要对污染物稀释水量考虑以上因素加以修正。然而，现阶段有关学者对该方面的研究还较少，很难建立降解水量与污染物、河流水量与下渗量以及蒸发量之间的定量关系。对此，结合生态环境需水量受以上因素影响的互补性特征，可以把生态环境需水量利用污染物稀释水量替代。

3 水资源承载力评价

3.1 结果分析

对朝阳市2019年水资源承载力利用供需分析法简单评估，即考虑区域水资源需水量、可利用水量和总水资源量准确分析水资源供需平衡程度，估算平衡指数或承载力值。

参考水资源公报，2019年朝阳市总供水量45 617.0万m3，其中污水回用量、地表和地下水供水量为1 524.9、4 362.1、39 730.0，所占比例为3.3%、9.6%和87.1%。2019年全市总用水量45 617.0万m3，其中农田灌溉、居民生活、林牧渔畜、工业生产、城镇公共和生态环境用水量19 475.0、8 909.1、7 211.8、5 893.5、3 245.7、881.9万m3。该地区生态环境用水量远远低于其他行业用水，实际用水量明显低于估算值，水生态系统严重超载。此外，由于阎王鼻子水库、白石水库的拦蓄作用，境内大多数的中小河流长期干枯，生态环境用水明显不足，并致使河流自净功能严重下降，水环境问题日趋突出。地下水作为生活、工农业用水的主要来源，为维持各行业用水需要局部地区地下水超采现象严重，加之河流缺少有效的补给进一步加剧了地下水位的下降，若不采取有效的措施势必会造成严重的用水危机。

3.2 对策建议

从维持水资源可持续利用和保障水环境安全的角度，为解决朝阳市存在的水资源问题提出以下有效的对策建议：

1)优化水资源配置。以控制地下水开采量、合理利用地表水量作为水资源优化配置的原则，按照供水目标优先次序尽可能以直供的方式向城市提供水资源。在满足直供目标的基础上，可以将多余来水量分配给生态系统。若城市需水量与来水量存在较大差异，可以通过水库调剂和补给来减少供水缺口，若该条件下仍无法满足用水要求，应以不超过现状可开采能力为界限适当加大地下水开采量。

2)加强水污染控制。大量排放的水污染物不仅能够显著增加生态环境用水量，而且可对地表水造成严重污染。所以，缓解水资源供需矛盾的有效措施为减少污染物排放、治理水污染。其中，农业、生活和工业污染源为水污染物的主要来源。因此，为实现工业污染源的达标稳定排放应加强工业污染防治；同时，通过完善污水厂监管与运行机制、加快污水厂的建设等措施加大城市污水治理力度；全面系统的调查农业面源污染情况，合理划定农药、化肥禁施区，为进一步减少化肥、农药的污染对其制定减施计划；此外，考虑朝阳市具体情况建立一套行之有效的禽畜养殖污染防治计划、消除禽畜污染管理制度，在环境管理工作中纳入污染物排放和禽畜养殖审批指标，扎实推进水污染防控计划。

3)节约用水。目前，朝阳市的万元GDP耗水量(271m3)高于全国和辽宁省的平均值，用水效率整体处于较低水平。特别是朝阳市第一耗水大户-农业用水，大水漫灌的方式普遍存在。所以，降低用水定额、提高用水效率为解决水资源短缺问题的核心，必须开展节约用水，可从生活、工业和农业等方面实施节约措施。其中，生活节水途径包括在大专院校和住宅小区等集中用水区建设中水处理系统、维修改造城市管网输配水工程、更新节水器具减少损失率；工业节水途径有提倡循环用水、改进生产工艺、推广节水器具、更新设备、发展低耗水工业、调整工业结构等；农业节水途径有推广作物低耗高产节水栽培技术、选用抗旱节水高产品种、调整内部结构、降低单位灌溉定额、提高渠系水利用系数等。

4 结 论

目前，国内外学者从多个不同的角度深入研究了水资源承载力，并形成了相应的方法和指标体系，在该项研究中有学者引入了可持续发展理论，并注重强调了水生态功能。然而，现阶段尚未对生态环境用水形成统一的认识，对此还处于定性分析阶段，有关定量研究鲜有报道。水生态功能退化、水质超标和水环境污染等问题，逐渐成为制约中国水生态文明建设的主要因素，而产生该问题的关键是生态用水量不足，所以科学研究生态用水量具有重要的意义。文章以朝阳市为例，结合污染物排放情况、水环境质量标准和水环境安全的要求，对区域生态环境需水量采用定量模型简单估算，通过科学评判区域水系统承载力，探讨了水环境与水资源的统一管理。然而，因未考虑水的生态价值、忽略了河水对污染物的降解作用和河水的年内、年际变化等，故本研究还存在一些不足，为准确计算生态环境需水量未来仍需进一步深入研究。