变化环境下流域水资源评价方法的挑战与问题

2023-10-26 理论教育版权反馈

【摘要】：现代环境下的水资源评价技术方法主要面临主体演变和客体需求变化所带来的两方面挑战。我国现行的水资源评价模式属于一元静态评价模式。因此，现行一元静态评价手段难以系统描述水资源二元动态演变过程，难以评价出人类活动密集流域／地区的实际水资源系列“真值”。

1.我国水资源评价方法面临的挑战

水循环是水资源形成演化的客观依存基础，在其循环过程中赋存形式各异的水无所不在，而且相互转化不断运动。因此，水资源的系统精确评价本身就是一项极具挑战性的工作。现代环境下的水资源评价技术方法主要面临主体演变和客体需求变化所带来的两方面挑战。

（1）人类活动影响导致水资源演变加剧带来的技术方法挑战。随着国民经济的快速发展和人口的增长，人类社会正深度扰动着地球表层天然的水循环过程，从而影响着流域水资源的形成与演变过程，具体表现在以下三方面：一是人工取用水的影响，大规模的人工取用水形成了与天然“坡面—河道”主循环相耦合的“取水—供水—用水—耗水—排水”为基本结构的人工侧支循环，我国北方的许多流域侧支循环通量甚至远远超过了主循环的实测通量；二是人类活动对于流域下垫面变化的影响，水体的开发和重塑、局部微地貌的改变、土地覆被的改变以及人为建筑物的修建全方位地改造了下垫面，从而影响了流域天然下垫面的下渗、产流、蒸发、汇流等水文特性，这对于水资源评价也提出了更高要求；三是大规模排放温室气体，改变了天然水循环的降水输入和能量条件，导致当前序列的水资源基础条件与历史过程存在着不同，给水资源科学评价带来困难。

（2）现代社会发展需求提高对于传统水资源评价技术方法的挑战。经济社会的发展导致水资源开发利用情势的变化，对于水资源评价技术方法也提出了相应的需求，突出表现在以下三方面：其一，随着地表水和地下水资源的紧缺形势日益加剧，在合理配置和高效利用径流性水资源的同时，一些其他赋存形式的有效水分的利用也逐步得到重视，如土壤水资源，这要求水资源评价口径也必须相应扩大，以便实现多种水资源的统一调配；其二，随着资源稀缺的日益突出，越发要强调资源的高效利用，这对水资源利用效用评价技术方法提出了需求，包括有效无效的判别、生态环境效用和社会经济效用的统一度量以及高效和低效的量化等技术与方法；其三，水资源是量与质的统一体。随着以人为本、和谐社会理念的普及，水资源开发利用的要求不再停留在有水可用的阶段，而且发展为符合质量标准的水可用量，因此水环境品质以及用水质量标准，这就对量和质的统一评价的技术方法带来了要求。

2.我国水资源评价方法存在的主要问题

相对于现代环境下的水资源评价技术需求，我国现行的水资源评价模式与方法主要存在以下五方面的问题。

（1）评价口径过于狭窄，难以全面反映资源的多元有效性。

我国目前水资源评价的对象仅仅针对狭义的径流性水资源，包括地表水资源和地下水资源，其中对于地表水资源量的界定是指河流、湖泊、冰川等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量；地下水资源是指赋存于饱水带岩土空隙中的重力水。我国现行水资源评价的口径限于赋存于地表和浅层地下的重力水资源，不包括降水中未形成径流的一部分水分，如土壤水、冠层截流等。实际上，这一部分水分不仅数量巨大，而且发挥着重要的社会经济和生态环境服务功能，人们在相关实践中也已经开始对这一部分水资源进行有针对性的调控利用，如制定灌溉制度就充分考虑有效降水对作物的效用、利用地膜覆盖等方式增加土壤水利用等。从这一点来说，目前水资源评价的口径偏于狭窄，不能全面反应多种赋存形式水分的有效性。

（2）一元静态评价方法难以获取二元驱动下的水资源系列“真值”。

我国现行的水资源评价模式属于一元静态评价模式。所谓“一元”即以天然状态下的径流量为基本评价对象，具体通过“还原”方法来实现，“静态”的涵义是指水资源评价结果是相对某一历史时间断面上的资源量，而非发生系列的“真值”。具体来说，现行水资源评价方法中，单一的“还原”不考虑下垫面变化对于区域产水量的影响，显然不能全面反映自然—人工“二元”驱动下的流域水资源演变规律，所评价出的水资源系列与评价时段水资源系列“真值”有偏差；而通过下垫面一致性修正的“还现”方法，则是将水资源评价结果统一修正到变化后的下垫面条件，但由于人类活动对于流域水资源演变的影响是连续和渐进的，因此修正后的水资源系列也不能代表历史和未来时段水资源系列“真值”。(www.chuimin.cn)

实际上，还原的方法适用于人类活动扰动（尤其是对下垫面改变）较小的地区，而系列修正方法则属于一种基于统计方法的“弥补”措施，方法本身就存在一定缺陷。因此，现行一元静态评价手段难以系统描述水资源二元动态演变过程，难以评价出人类活动密集流域／地区的实际水资源系列“真值”。

（3）分离评价模式难以适应水资源综合规划需求。

尽管我国已经开始认识到水资源综合评价的意义，但现行水资源评价仍然采用的是分离评价模式。这给水资源综合开发利用与规划带来很大障碍，如水质水量分离评价无法反映出水质对于资源有效性的影响，给分质供水调控措施的实施带来困难；地表水地下水分离评价割裂了地表水、地下水间的复杂转化相关联系，不利于地表地下水的统一调配和管理。

（4）分区集总式评价难以描述水资源的分布式演化过程，评价结果也难以满足分布式开发利用实践需求。

我国目前水资源评价采取的是分区集总式评价方法，如目前正在进行的全国水资源综合规划基础评价部分，是以四级区套县市为基本统计单元，然后将其汇总为三级区套地市，作为流域水资源评价单元。如黄河流域，本次评价共包括150 个三级区套地市单元，平均每个单元面积超过5000km2。

由于分区集总式评价是基于分区集总式参数的水资源评价，所采用参数是对区域内相关参量的概化，因此分区集总式评价难以反映单元内水资源形成和演化过程的空间分异特性，其结果也不利于指导区域内分布式的水资源开发利用实践。如在水资源评价中概化的地下水入渗系数不能体现单元内土壤和水文地质条件明显的空间分异特性，因而不利于指导单元内地下水资源开发利用，甚至可能存在区域内空中调水等问题。

（5）缺乏统一的定量评价手段。

水资源评价是水资源开发、利用、规划与管理的重要基础。我国现行评价模式以“实测—还原—修正”为基本环节，主要依赖于实测和统计信息汇总的方式进行评价，缺乏统一的定量评价手段。这主要体现在以下两个层面。一是缺乏整体的定量评价模型。我国现行水资源评价一般分两个分过程，即由下而上的汇总和由上而下的平衡，当出现水量不平衡时，则更多地依赖于评价人员的经验和各方会商。由于缺乏统一的定量评价模型，水资源评价往往成为各方评价人员的“会战”工作。二是一些具体评价工作也缺乏统一的定量评价手段。如不同行业的“还原量”的确定，往往通过耗水系数折算求得，而耗水系数确定有些是通过典型水平衡测试试验推广得到，有些则是借鉴相似地区取得经验值，缺乏统一的口径，常常造成不同主体（如流域和行政区）对同一问题的认定存在分歧。

基于上述实践需求以及现行方法存在的缺陷，迫切需要对传统水资源评价方法进行改进，形成一套物理概念明晰，能够反映现代人类活动和水资源多元属性并具有实践指导意义的水资源评价方法，同时开发出计算快捷并具有可操作性模型工具，以满足现代环境下水资源规划与管理的实践需求。

变化环境下流域水资源评价方法的挑战与问题

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