1 區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化

 

水資源是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐和保證條件。水土資源平衡分析在區(qū)域水資源配置的分析中具有十分重要的作用,而區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化問題的研究是水土資源平衡分析的科學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)。區(qū)域的四水指的是大氣水——降水與蒸發(fā)、地表水、土壤水和地下水。一個(gè)區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化關(guān)系可概化如圖1所示。

 

 

1 區(qū)域四水轉(zhuǎn)化概念圖

 

進(jìn)行區(qū)域四水轉(zhuǎn)化與水土資源平衡分析時(shí),可將區(qū)域劃分為農(nóng)業(yè)灌溉(灌溉的耕地、草地、林地)、城鄉(xiāng)生活、工業(yè)用水、環(huán)境用水(主要為河湖塘庫的用水)及自然生態(tài)等用水耗水單元。

 

如圖1所示,地表水來源于從區(qū)外引用的地表徑流WSA和由區(qū)域當(dāng)?shù)亟邓甈產(chǎn)生的地表徑流。地表水在輸水過程中有水量損失,即部分水量轉(zhuǎn)化為大氣水(蒸發(fā))、土壤水和地下水。引用的地表水灌溉農(nóng)田,轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水。土壤水來源于降水與灌溉水(地表水一渠灌、地下水一井灌)的入滲、在地下水埋深較小的情況下還有潛水蒸發(fā)對土壤水的補(bǔ)給。土壤水除部分下滲補(bǔ)給地下水外,通過地表蒸發(fā)與植物(作物)蒸騰轉(zhuǎn)化為大氣水而消耗掉。地下水來源于地表水的入滲補(bǔ)給、降水的入滲補(bǔ)給和區(qū)域外的側(cè)滲WGA。地下水通過井灌與潛水蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為土壤水,通過農(nóng)田排水轉(zhuǎn)化為地表水,部分地下水WGB通過側(cè)滲排出區(qū)外。區(qū)域排出區(qū)外的水量WSB的組成較為復(fù)雜,有地表水輸水過程中的退水(含當(dāng)?shù)亟邓疅o法攔蓄的地表徑流)、農(nóng)田的排水、城鄉(xiāng)生活與工業(yè)的排水等。區(qū)域的水量最終消耗于蒸發(fā)蒸騰、即ET。

 

以年為單位、不考慮地下水的超采,忽略土壤水與地下水儲水量的變化,區(qū)域年消耗的總水量ET為:

 

ET=P+(WSA-WSB)+(WGA-WCB)(1)

 

式中(WSA-WSB)可稱為區(qū)域的地表水的引排差,(WGA-WGB)可稱為地下水的側(cè)滲差。

 

2 區(qū)域的水資源量、水資源可利用量

 

2.1 水資源量

 

2.1.1 區(qū)域的水資源量

 

區(qū)域的地表水資源REWS包括從區(qū)外取用的地表水水量WSA與當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的地表徑流PWS,即:

 

REWS=WSA+PWS (2)

 

區(qū)域的地下水資源即地下水的總補(bǔ)給量REWG的組成有:區(qū)域外的側(cè)滲WGA、當(dāng)?shù)氐慕邓霛B補(bǔ)給PWG、河道(穿行于本區(qū)域的外流河道)的入滲補(bǔ)給RWG、區(qū)內(nèi)的地表水(渠系、田間、湖庫等)的入滲補(bǔ)給IWG等。地下水的總補(bǔ)給量為:

 

REWG=WGA+PWG+RWG+I(xiàn)WG (3)

 

區(qū)域內(nèi)的地表水的入滲補(bǔ)給量IWG來源于地表水(WSA+PWS),與地表水資源的計(jì)算相重復(fù),可稱為“重復(fù)補(bǔ)給量”,相應(yīng)的補(bǔ)給量(WGA+PWG+RWG)可稱為“天然補(bǔ)給量”。因此,區(qū)域的水資源總量REW為:

 

REW=(WSA+PWS)+(WGA+PWG+RWG)(4)

 

以寧夏青銅峽灌區(qū)為例,現(xiàn)狀年平均引黃水量為66.4億m3,當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的地表徑流1.25億m3,當(dāng)?shù)亟邓娜霛B補(bǔ)給與山前(區(qū)外)的側(cè)滲補(bǔ)給地下水量0.99億m3,故該灌區(qū)現(xiàn)狀水資源總量為68.64億m3。

 

1.1.2 降水水資源與土壤水資源的討論

 

以上關(guān)于水資源的定義與計(jì)算是目前水資源規(guī)劃與利用中廣泛應(yīng)用的。地表水與地下水均來源于降水,因而也有將降水P定義為水資源的。此時(shí)區(qū)域的水資源總量為:

 

REW=WSA+P+WGA+RWG (5)

 

區(qū)域內(nèi)的降水量P,除形成地表徑流PWS與入滲補(bǔ)給地下水PWG外,其余均為直接消耗量PET。直接消耗量中,很少的一部分采用集雨技術(shù)與工程可以作為水源調(diào)蓄利用,大部分不能作為水源進(jìn)行調(diào)蓄和分配使用。增加降水的有效利用是十分重要和必要的,不過農(nóng)田與自然植被的雨水利用量的增加,其地表徑流與地下水的補(bǔ)給量相應(yīng)地將減少。從資源的可調(diào)度及配置而言,作者認(rèn)為將降水作為水資源意義不大。

 

在討論水資源問題時(shí),也有提出將土壤水作為水資源的。土壤類似水庫可以對降水及灌溉水進(jìn)行調(diào)蓄,但本身并不產(chǎn)生水量。有的提出將降水在土壤中的利用量作為土壤水資源量,其值即農(nóng)田的蒸發(fā)蒸騰量PET,若同時(shí)計(jì)入降水的地表徑流和入滲補(bǔ)給地下水量,總和即是降水量,這和定義降水為水資源沒有差別。

 

因此,是否定義降水、土壤水為水資源尚需進(jìn)一步研究討論。

 

2.2 水資源可利用量

 

區(qū)域的水資源可利用量是區(qū)域可消耗的資源量。由式(4)表示的區(qū)域水資源總量并不是區(qū)域的水資源可利用量。由于與區(qū)域外相聯(lián)系的流域的水資源配置、或由于本區(qū)域生態(tài)環(huán)境的要求,要有一定的水量WSB排出區(qū)外;地下水的側(cè)滲排出量WGB一般也不可避免。因此,區(qū)域的水資源可利用量較水資源總量為少。若不計(jì)降水的直接消耗,區(qū)域的水資源可利用量REWU為:

 

REWU=REW-(WSB+WGB) (6)

 

以青銅峽灌區(qū)為例,現(xiàn)狀排入黃河的水量(WSB+WGB)為41億m3(引排差25.4億m3),現(xiàn)狀的水資源可利用量為27.64億m3。

 

3 區(qū)域的可供水量

 

區(qū)域的可供水量是水源工程可為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供的水量。可供水量應(yīng)根據(jù)水源工程的來水工程、取水能力與用水工程綜合確定。區(qū)域的地表水可供水量SWS有區(qū)域外水源工程的可供水量SWS0和區(qū)域內(nèi)的水源工程的可供水量SWSI。

 

SWS=SWS0+SWSI (7)

 

在前述的水資源量與水資源可利用量中,區(qū)域外的水量WSA已考慮了供水因素,因而區(qū)域外的可供水量SWS0即WSA。區(qū)域內(nèi)的可供水量SWSI取決于對區(qū)域內(nèi)地表徑流的調(diào)蓄與引水能力,在干旱半干旱地區(qū)、當(dāng)?shù)氐牡乇韽搅髁可偾叶酁檠雌诘募挟a(chǎn)流,多數(shù)情況下難以利用。

 

區(qū)域的地下水可供水量SWG是地下水水源工程能提供的水量(按井口計(jì)量),或稱為地下水的可開采量。一般情況下由于受開采條件、水質(zhì)等因素的限制,可開采量較地下水的總補(bǔ)給量REWG為小,常用可開采系數(shù)Kg表示:

 

SWG=KgREWG(8)

 

與水資源可利用量不同,水資源的重復(fù)量是可供水量的組成部分,區(qū)域的可供水量一般較水資源可利用量為大。在干旱半干旱地區(qū),地表水的入滲補(bǔ)給量在地下水的總補(bǔ)給量中占有極大的比例,地下水的總補(bǔ)給量和可開采量與地表水的可供水量(或地表水的資源量)有關(guān)。

 

以青銅峽灌區(qū)為例,地下水的補(bǔ)給量與地下水的可開采量與灌區(qū)的引黃量的關(guān)系初步分析的結(jié)果如圖2。

 

由以上所述,區(qū)域的可供水量SW可表示為:

 

SW=SWS+KgREWG (9)

 

 

2 青銅峽灌區(qū)地下水總補(bǔ)給量可開采量與引黃量的關(guān)系

 

4 區(qū)域的水土資源平衡分析

 

根據(jù)上述區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)與水資源配置規(guī)劃的要求,本文提出區(qū)域的水土資源平衡要進(jìn)行三個(gè)水資源的平衡分析:即區(qū)域的水資源供需平衡;區(qū)域的引水—耗水—排水平衡;區(qū)域的耗水平衡。

 

4.1 區(qū)域水資源供需平衡

 

區(qū)域的水資源供需平衡是水資源利用規(guī)劃中常規(guī)進(jìn)行的平衡分析,其目標(biāo)是調(diào)整國民經(jīng)濟(jì)各部門用水的水資源供求關(guān)系。

 

4.2 區(qū)域的引水—耗水—排水平衡分析

 

此處的用水是指從區(qū)域外的引水量WSA,排水是指排出區(qū)外的水量WSB,耗水并不是區(qū)域的全部耗水、而是指引排差(WSA-WSB)。排水量小或引排差大,表明本區(qū)域耗用區(qū)域外(全流域)的水資源多。因此,區(qū)域的引水—耗水—排水的平衡分析的目標(biāo)是調(diào)整局部(區(qū)域)與整體(流域)的水資源配置關(guān)系。

 

4.3 區(qū)域的耗水平衡分析

 

在水資源供需平衡分析中,可供水量并不是區(qū)域的可消耗的水資源量,各部門的需水量也不是各部門實(shí)際消耗的水資源量。自然生態(tài)的用水不是由人工引水來供給的,在水資源的供需平衡中未能計(jì)入。因此,水資源的供需平衡分析并不是真正意義的水資源配置分析,補(bǔ)充進(jìn)行水資源的耗水平衡分析是必要的。

 

區(qū)域的水資源耗水平衡分析的目標(biāo)是調(diào)整區(qū)域內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)各部門之間、國民經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)之間的耗水或資源配置的關(guān)系。

 

關(guān)于區(qū)域水土資源平衡的水資源三個(gè)平衡分析、將另文進(jìn)行討論。