本溪市水资源压力变化趋势分析

温笑寒

(辽宁省本溪水文局,辽宁 本溪 117000)

水资源是支撑区域生态、经济、社会协调发展以及国家经济持续发展的战略性自然资源,也是维持人类生存发展的根本保障[1]。目前,我国生态环境、耕地、生产力、人口用水需求与水资源的分布不相协调,经济社会发展与水资源短缺矛盾逐渐引起广大学者的重点关注[2]。许多学者利用多种不同方法研究分析了水资源可持续开发利用状况,其中水资源短缺程度最直接地体现在水资源压力上。水资源压力是指为维持生态环境、经济社会和居民生活用水需求,对一定时空尺度下水生态环境和水资源所造成的影响,开发利用模式、经济社会状况、技术管理水平等因素都间接或直接地影响着其指数大小,水资源承载能力、开发利用程度和人均水资源量是反映水资源压力的重要指标[3-5]。例如,朱法军等从环境、经济、人口与水资源协调发展上,选择技术管理、经济发展、人口规模、生态环境和数量等综合压力构建评价体系;夏富强等以绿洲城市为例,通过分析水资源压力与生态环境、经济社会间的关系定量计算了其水资源压力;唐霞等结合黑河流域开发现状,选用水环境压力、经济发展用水程度和水资源开发利用程度构建水资源压力评价体系[6-8]。

因此,以往研究主要侧重于水资源压力的定量评估,但已有指标体系或水资源压力指数还存在许多不足:①水资源压力评价过程中对生态环境需水考虑较少,大多是与水资源供应或支撑经济社会发展的有关指标;②研究区域水资源压力状况时缺少长时间序列的数据支持,通常选用个别年份数据资料,而较少分析压力变化趋势。鉴于此,文章全面考虑生态、社会和资源等因素,从可持续发展的角度构建水资源压力评价体系,通过定量计算2005—2020年本溪市水资源承载力和负载指数分析其水资源压力变化趋势,为实现城市生态、经济、社会的协调发展及其水资源可持续利用提供参考依据。

1 研究区概况

本溪市地处E123°34'～125°46',N40°49'～41°35'之间,下辖平山区、南芬区、溪湖区、明山区、本溪县和桓仁县,总面积8414km2。境内河网水系密布,大小河流近200余条,归属于浑江、太子河和爱河水系,按流域分区划分葠窝水库以上、葠窝水库以下、浑江桓仁水库以下、爱河4个水资源四级区,地表水资源可利用量约34.8亿m3,占总量的35.1%,生态需水量约17.6亿m3,占总量的17.3%。本溪市属大陆性季风气候,冬夏季风交替分明,丰枯水期明显,年均降水量为800～1000mm,受地貌特征和气候环境影响,全年60.0%降水集中于七、八月份,年际降水量和径流量年际变化较大。受地形抬升影响,在全省范围内属于降水量较丰沛的地区,但是随着经济社会的发展,本溪市可调配水量少、水资源开发利用程度偏低、水质逐渐恶化、经济发展与水资源水量时空分配不协调等问题日趋突出。因此,为实现本溪市水文循环、水生态保护和水资源可持续利用等目标,有必要评价其水资源压力变化趋势。

2 研究方法

2.1 数据来源

研究所用水资源量、降水量、社会经济等相关数据来源于本溪市2005—2020年统计年鉴和水资源公报等资料。

2.2 水资源承载力

水资源承载力是指在维持水环境生态功能和特定生产生活水平的情况下,通过合理利用一定区域范围内的水资源所能支撑人口、生态环境和经济社会发展的最大能力,计算方法如下:

E=0.4×γ×φ×W/δ

(1)

式中:E为水资源承载力,km2;γ、φ、δ为水资源的均衡因子、产量因子及其全国平均生产能力,m3/km2。其中,0.4代表城市水资源最大开发利用率,超过0.4则认为地区或国家水资源开发利用会严重破坏生态环境。因此,在水资源承载力计算过程中开发利用率≥0.4,其它水资源用于保障生态环境用水[9-10]。

2.3 水资源负载指数

水资源负载指数反映了水资源利用程度,主要是利用区域水资源量与农田灌溉面积、降水量、经济、人口之间的关系评定水资源开发难易程度,其数学表达式为:

(2)

式中:I、W为水资源负载指数和水资源总量,亿m3;K、R、G、S为降水系数、人口,万人;GDP,亿元和有效灌溉面积,km2。其中,降水系数K与区域降雨量有关,不同降雨量级别下K的计算方法如下:

(3)

式中:P为区域降水量。

通过计算分析,可以将水资源负载指数划分成Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级5个等级,所以对应的取值区间为I>10、5

2.4 趋势检验

趋势检验是有效区分研究对象处于确定或自然波动变化趋势的有效方法,现已广泛应用于数据趋势检测等领域,故利用Mann-Kendall检验法判定水资源承载力和水资源负载指数变化趋势[10]。

2.5 结果分析

采用公式(1)～(3)计算本溪市2005—2020年水资源承载力和负载指数,结果如表1所示。

表1 2005—2020年水资源压力变化趋势

由表2可知,2005—2020年本溪市水资源负载指数I总体处于Ⅱ级及以上等级,水资源进一步开发潜力较小,开发利用程度高,用水紧张且开发利用条件比较困难。其中,2008年的负载指数最低达到3.76,说明水资源进一步开发潜力不大,开发利用程度中等,水资源压力一般且开发利用条件中等;2005—2020年间负载指数I达到Ⅰ级的有5a,并以2018年最高达到14.42,说明该年水资源进一步开发潜力很小,开发利用程度很高,为了缓解水资源供给压力需要外部调水,之后有所下降。虽然本溪市具有相对丰富的降雨量,但其时空分布具有明显差异,加之水资源经济发展和用水不均衡,致使本溪市水资源开发依然面临着严峻的形势。经趋势检验分析,本溪市水资源负载指数呈不显著波动上升趋势,为缓解水资源压力应加强科学管理和优化配置[11-12]。

从表2可以看出,本溪市2005～2020年水资源量W与承载力E之间存在密切联系,2008年水资源量最高102.35亿m3,水资源承载力E也达到最大202.62km2,其次是2020年的90.42亿m3和143.10km2。经趋势检验分析,研究期间本溪市水资源承载力总体呈显著波动上升趋势,这主要与区域降水量相对较大、工农业生产用水量逐渐减少等因素有关。随着水资源利用效率和全民节水意识的不断提高及拦蓄调水工程的建设,未来本溪市水资源承载力将进一步提升,更好地支撑经济社会发展[13-14]。

3 结 论

文章以本溪市为例,通过计算2005—2020年水资源承载力和负载指数,并进一步检验其压力变化趋势,主要结论如下:

1)2005—2020年本溪市水资源负载指数I总体处于Ⅱ级及以上等级,水资源开发利用程度较高,进一步开发潜力较小且利用条件比较困难。经趋势检验分析,本溪市水资源负载指数呈不显著波动上升趋势,为缓解水资源压力应加强科学管理和优化配置。

2)虽然负载指数较高,但2005—2020年本溪市水资源承载力总体呈显著波动上升趋势,这主要与区域降水量相对较大、工农业生产用水量逐渐减少等因素有关。随着水资源利用效率和全民节水意识的不断提高,节水器具的推广应用及拦蓄调水工程的建设,未来水资源承载力将进一步提升,更好地支撑经济社会发展。