水资源承载能力预警在松嫩平原的应用研究

谢艾楠，黄 鹤，陈乃嘉

（松辽水利委员会流域规划与政策研究中心，吉林 长春 130021）

0 引言

水资源承载能力是指可预见的时期内，在满足合理的河道内生态环境用水和保护生态环境的前提下，综合考虑来水情况、工况条件、用水需求等因素，水资源承载经济社会的最大负荷[1]。一个区域是否有开发利用潜力，首先要评定该地区的水资源承载能力[2-6]。

水资源承载能力的计算方法有层次分析法、生态足迹法、情景分析法、模糊综合评价法等，这些方法更多地运用数理统计、逻辑推断思维，判断比较水资源承载能力。

层次分析法是在对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行分析之后，构建一个层次结构矩阵，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而为求解多准则或无结构特性的复杂决策问题提供一种简便的综合决策分析方法[7]。用该方法计算水资源承载能力时，各影响因素的权重确定是难点，且指标数量的增加就会带来构造层次的增加，特征值和特征向量的求解过程比较复杂。

生态足迹法是将每个人消耗的资源折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积，通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值——生态赤字或生态盈余，反映区域各项资源开发程度。用该方法计算水资源承载能力的不足之处在于指标表征单一，过分简单，只衡量了水资源的可持续程度，无水资源各项指标的具体评价结果[8]。

情景分析法是对水资源系统未来发展的可能性和导致从现状向未来发展的一系列事件、结果的描述和分析，从而寻求适用未来不确定环境下更好的解决方案。它是对未来水资源状况的模拟假设，无法对现状水资源承载能力进行科学评价[9]。

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，通过精确的数字手段处理模糊的评价对象，能对蕴藏信息呈现模糊性的资料作出比较科学、合理、贴近实际的量化评价。在评价水资源承载能力时，与层次分析法缺点类似，对指标权重矢量的确定主观性较强，计算复杂不好确定[10，11]。

而水资源承载能力预警计算过程相对简单是通过对一个地区水资源承载能力与现状水资源承载负荷进行比较，从而预判该地区水资源承载状况是否超预警的评价方法，它可摸清该流域或区域水资源承载能力，核算经济社会发展对水资源的压力与承载负荷，对水资源承载状况进行动态评价；可作为地区水资源承载能力预警判别方法，对水资源承载负荷超过或接近承载能力的地区，实行预警提醒和限制性措施，构建政策引导机制和空间开发风险防控机制，促进水资源与人口经济均衡协调发展。

1 水资源承载能力预警评价方法

该方法与水资源承载能力评价的其他方法一样，同样注重基础资料的收集整理，包括统计年鉴、水资源公报、水利普查、水利规划及江河流域水量分配方案等有关资料，完善该区域水资源及开发利用基础数据。

“水资源承载能力基线指标”是水资源开发利用的最大上限，根据水资源禀赋条件、允许开发利用上限、水资源调配能力等，对水资源承载能力核算需要的基础资料和指标进行分解或补充，作为水资源承载能力基线。“水资源承载能力负荷核算”是现状水资源开发利用程度的体现，根据流域及区域实际经济社会发展状况、水资源开发利用情况等进行核算，这些负荷指标有时不在一个尺度平台上，需将其进行转化。

2015 年，水利部启动了“建立水资源承载能力监测预警机制”的相关工作。水利部水利水电规划设计总院经论证研究后，提出水资源承载能力监测预警技术评价方法，将“水资源承载能力基线指标”按百分比的形式分区划线，通过“水资源承载能力负荷核算”与“水资源承载能力基线指标”的对比，确定该地区水资源承载状况[12，13]，即水资源不超载区、临界状态、超载区、严重超载区。水资源承载能力评价逻辑框图见图1。

水资源承载能力预警评价方法经过对水资源状态不同的地区进行研究计算后，按照评价的可操作、可度量、可监测等原则，并考虑与水行政管理部门相关指标的衔接，选取用水总量指标、地下水开采量指标作为水资源承载能力核算基线，即水资源开发利用的上限；选取现状口径下的用水总量和地下水开采量（包括平原区地下水开采量、地下水超采区指标）作为水资源承载负荷核算指标。

2 松嫩平原水资源承载状况计算

2.1 松嫩平原概况

松嫩平原位于东北地区中部，属半湿润向半干旱过渡气候区，地势低平，是东北地区商品粮生产最有发展潜力的地区之一。松嫩平原后备土地资源丰富，在众多古河道上分布大量的盐碱荒地，是整个东北地区的最后一块可垦后备荒原，也是全国少有的土地和水匹配良好、规模较大、集中连片的后备耕地资源。松嫩平原地势平坦，土地肥沃，具有珍贵稀有的黑土资源，素有“天下粮仓”之称。

松嫩平原虽然降水不足，但东北地区松花江、嫩江两大水系在此交汇，每年有多达百亿的过境水量，具有可合理利用的江河水资源。多年平均降水量370～450 mm，蒸发量1 434～1 789 mm，径流量328.52 亿m3，地表水资源量11.96 亿m3，地下水资源量56.25 亿m3，不重复量46.33 亿m3，水资源总量58.29 亿m3。

松嫩平原涉及黑龙江省和吉林省，用水指标的划定方法及管理方式不同，水资源禀赋条件及经济社会发展格局不同，水资源开发利用程度及工程配套情况不同，另外，松嫩平原还包括多处地下水超采区。因此，选取松嫩平原进行分析计算更具代表性[14，15]。

2.2 水资源承载能力指标

2.2.1 用水总量指标

用水总量指标的确定需考虑以下几种情况：1）部分市（县）的用水总量控制指标中包含规划但未生效工程供水量且没有替代水源，计算时给予扣减该工程的配置供水量；2）区域涉及的调水工程处于通水初期或为分期逐步生效的供水工程，计算时根据规划的分期供水指标进行扣减；3）对于用水总量控制指标确定时考虑区域经济社会发展现实需求，允许挤占部分地表水或地下水超采的，计算中扣减相应地表水挤占量和地下水超采量；4）对于各市（县）用水总量控制指标超出流域水量分配指标的部分予以扣减。

松嫩平原涉及的19 个市（县）均未涉及以上4种情况，因此，可直接采用各市（县）分配的用水总量指标作为水资源承载能力基线指标。

2.2.2 地下水开采量指标

地下水可开采量指标只针对平原区地下水，对山丘区地下水开采量不进行评价。该指标的确定主要根据第二次水资源调查评价成果的平原区地下水可开采量。

2.3 水资源承载负荷核算

2.3.1 用水总量核算

用水总量指标对应的水平年与现状年来水频率可能不同，因此，首先需将现状年水资源公报口径用水量转换为用水总量控制指标口径的用水量。松嫩平原的19 个市（县）需转换的用水项主要指农业灌溉用水量[16]。

一般情况下，农业灌溉用水量转换仅对当年来水较枯或较丰（降水频率在37.5%～62.5%范围外）的地区进行。首先根据水资源公报、雨量站等降水量资料，判断该地区的降水丰枯程度，然后将现状年农业灌溉用水量转换到多年平均用水量。经分析，黑龙江、吉林两省农业灌溉用水量与年降水频率关系不密切，无法采用一般方法进行计算，两省采用多年平均灌溉定额或灌溉用水量作为基准进行折减（增）的转化方法。

1）黑龙江省统计1956—2020 年降水资料计算多年平均农田灌溉定额，其与2020 年灌溉定额比值作为2020 年农业灌溉用水量折算系数；2020 年农业灌溉实际用水量与折算系数相乘作为2020 年用水总量控制指标口径农业灌溉用水量；2020 年农业灌溉用水量与用水总量控制指标口径农业灌溉用水量的差值为农业灌溉用水折算量。若折算量为正数，则采用其作为农业用水折减量；若折算量为负数，则采用其作为农业用水折增量。

2）吉林省仅对部分县域单元农业灌溉用水量进行折算，近5 年农业灌溉用水量连续增加、连续减少或变化不大的区域不折算。取2016—2020 年农业灌溉用水量平均值作为折算基准值，2020 年农业灌溉用水量与该基准值的差值作为农业灌溉用水折算量。若折算量为正数，则采用其作为农业用水折减量；若折算量为负数，则采用其作为农业用水折增量。

用水总量核算成果见表1。

表1 用水总量核算成果表 万m3

2.3.2 地下水开采量核算

1）平原区与山丘区地下水开采量核算

日粮中的蛋白质含量过多或过少均会影响到骨骼发育，然而有学者指出，日粮蛋白水平对体尺的影响不显著[3，12]。邱忠玉等[13]的研究也表明，12%～13%低蛋白日粮对蛋鸡育成期胫长发育无显著影响（P＞0.05）；郝文博等[14]研究蛋白水平同样对雏鸡胫长无显著影响（P＞0.05）。这与本研究结果一致，本研究设定的四种日粮蛋白质水平对京红1号蛋种鸡育成期胫长影响均无显著差异(P＞0.05)，另外，随日粮蛋白质水平的增加对死淘率无显著差异(P＞0.05)，表明设定的四种日粮蛋白质水平梯度并未达到能够显著影响胫长和成活率的水平。

在用水总量控制指标口径用水量基础上，按照现状年地表水与地下水供水比例，核算地下水开采量。现状年用水总量控制指标口径平原区、山丘区地下水开采量可按照全国水资源调查评价划定的平原区与山丘区分界线分析获取[17]。用水总量控制指标口径地下水开采量见表2。

表2 用水总量控制指标口径地下水开采量表 万m3

2）平原区地下水超采区复核

地下水超采是体现一个地区水资源超载的重要指标，预示着该区域目前已无开发利用潜力，需进行治理措施予以恢复[13]。因此，将平原区地下水超采区作为水资源承载负荷指标之一[18]。根据《全国平原区地下水超采区分布范围》中的超采区名录，松嫩平原深层承压水超采区有黑龙江省大庆市主城区、吉林省松原市宁江区，超采区现状超采量分别为264.87 万m3和2 302.51 万m3，主要为油田用水及生活牲畜用水；浅层超采区为白城市洮北区，超采区现状超采量为1.53 亿m3，超采系数为1.99。

除名录中上述深层承压水超采区外，按照深层承压水开采即视为超采的原则，在黑龙江省的肇源县、肇州县、林甸县和杜蒙县，以及绥化市的安达市、明水县、青冈县、肇东市还存在着深层承压水的开采，现状深层承压水开采量为1.84 亿m3，主要为生活和牲畜用水。

2.4 水资源承载状况评价

2.4.1 评价标准

该评价标准采用《全国水资源承载能力监测预警技术细则》，先进行单指标评价（见表3），再进行综合评价。如单指标评价结果中，任一评价结果为严重超载，则综合评价按两者最不利的评价结果，判定为严重超载；超载、临界、不超载评价标准与此相同。

表3 单指标水资源承载状况分析评价标准

2.4.2 评价结果

比照水资源承载状况分析评价标准，得到单指标评价结果，各项单指标评价结果按最不利考虑，即得到综合评价结果，见表4。

表4 水资源承载状况评价结果 万m3

3 评价结果分析

3.1 评价结论

综上所述，按照水资源承载能力预警的计算方法，松嫩平原只有3 个市（县）水资源不超载，大部分地区处于临界状态或严重超载状态。可见，松嫩平原现状水资源形势不容乐观。

经分析，松嫩平原水资源超载主要是由于地下水单指标评价结果超载引起的。地下水单指标评价结果超载主要有3 种类型：1）现状浅层地下水超采，代表县域为洮北区；2）区域内存在深层承压水超采区，深层承压水用于农业、工业、第三产业等非特殊用水需求，代表县域为大庆市区；3）黑龙江省依据深度大于80 m 的机电井且分布较集中的地区来圈定深层承压水开采区，深层承压水用于农业、工业、第三产业等非特殊用水需求，代表县域为肇源县、肇州县、杜蒙县。

3.2 超载原因分析

1）从水资源禀赋条件看，超载的5 个地区人均水资源量和亩均水资源量均低于全国和内蒙古自治区平均水平。具体对比成果见表5。

表5 水资源禀赋条件对比表

2）从用水结构看，除大庆市区外，其他4 个县域单元均以农业生产为主，各用水户中农业用水比重最大，占总用水量的57.72%～93.44%；大部分区域工业用水量占比很小，都在10%以下；生活用水量占总用水量10%以上的县域单元仅有肇州县；生态环境补水量最小，仅占总用水量的0.00%～5.02%。大庆市区以工业生产为主，各用水户中工业用水比重最大，占总用水量的73.44%，生活用水占总用水量的20.27%，农业用水占总用水量的4.94%，生态环境补水量最小，仅占总用水量的1.35%。表明松嫩平原的农业用水量已大量挤占了生态等其他用水，农业用水在地表水配套设施不足的情况下，只能靠大量开采地下水满足灌溉，造成地下水超采，水资源承载能力处于临界或超采状态。

3）从水资源开发利用程度看，松嫩平原属于嫩江和松花江（三岔河口以下）两个水资源二级区，目前嫩江地表水水资源开发利用程度为24.5%，平原区地下水水资源开发利用程度为52.7%，水资源开发利用程度为31.7%；松花江（三岔河口以下）地表水水资源开发利用程度为31.9%，平原区地下水水资源开发利用程度为90.1%，水资源开发利用程度为44.6%。由此可见，地下水开发利用程度偏高，部分市（县）已超过开采上限，地表水仍有一定的开发利用潜力，但需结合地区用水总量指标分配情况综合考虑。

4）从水资源管理角度看，目前松花江流域水资源管理仍处于粗放式管理阶段，以流域为基础的权威、统一、高效的水资源管理体系尚未形成，缺乏有效调控手段，造成了水资源的过度消耗与浪费。

4 结语

采用水资源承载能力预警评价松嫩平原水资源承载状况方法相对简单，又不失全面，但需掌握评价范围各项用水管控指标及水资源调查评价等成果，它是水行政管理部门编制流域规划、进行取水许可审批、建立水资源承载能力动态监测预警的重要参考，是评价流域或地区具有水资源开发利用潜力的新方法、新尺度、新尝试。解决松嫩平原地区水资源超载除了大力发展节水和地下水超采区治理措施外，更应从松嫩平原国家粮食主产区的战略地位来思考，谋划长期有效的解决办法。松嫩平原虽然降水不足，但松花江、嫩江两大水系在此交汇，每年有多达百亿的过境水量，具有合理利用江河水资源的优势，可利用这一优势建设引水、蓄水、调水和河湖水系连通工程，加快形成“东水中引，北水南调，边水济腹”的松花江流域水资源配置格局，保障流域粮食主产区的水资源需求。