从水质水量相结合的角度评价黄河的水资源，本文主要内容关键词为：黄河论文,水量论文,水资源论文,水质论文,角度论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：X522;TV211 文献标识码：A 文章编号：1000-3037(2004)03-0293-07
1977年联合国教科文组织将水资源定义为“可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用”。简言之，水资源表现为在一定时间、一定空间具有足够数量的可用水，它是一个“质”与“量”的函数[1]。据该定义，水资源的功能即在某一地点能满足某种用途，水资源的丰富与否主要取决于水质与水量这两个方面[2]。目前国际上很多国家已开展了水质水量相结合的研究[3、4]。如Luiten and Groot[5]在利用模型模拟地表水水质水量的基础上，对荷兰的地表水管理政策进行了分析研究；Vijayan等[6]研究了印度的水质水量综合管理；Azevedo等[7]将水量水质综合目标纳入水资源管理的决策系统，并将其应用于巴西Piracicaba河流域的水资源管理。但这些研究工作多针对一种或两种水质指标，没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，没有开展过象黄河流域这样生态环境恶劣和水资源严重短缺地区的水资源评价。
由于各种原因，我国在水资源评价工作中，水资源数量与质量评价基本上是松散的联合，没有紧密地、有机地结合起来，且长期以来分为两大块：一块是水量，监测评价的重点在于水量是否够用；另一块是水质，重点在于评价水体水质状况，较少涉及水质状况是否符合特定时间及地点的水体用途要求这一问题。但近年来，我国也在水质水量联合评价方面进行了一些有益的探讨，如周劲松、夏星辉、杨志峰等[8]研究了从水质角度评价黄河干流的水资源。但迄今为止，有关水资源数量与质量的联合评价尚没有形成流域性的系统的方法。
黄河是我国第二大河，是我国西北和华北地区的重要水资源，流域大部分区域属干旱半干旱气候，仅东南属湿润气候，水量不够丰富。目前在水量不足的基础上，水质的进一步恶化更加剧了水资源的短缺。因此，如何从水质水量相结合的角度正确评价黄河的水资源，对改善黄河水质，合理利用有限的黄河水资源有着重要的意义。本文在建立流域水资源水质水量综合评价方法的基础上，依据水利部黄河水利委员会提供的黄河流域1997、1998和1999年的逐月水质监测数据及相应月份的水文资料、取水口资料和水库蓄变量数据（黄河的主要取水口、水质监测站点示于图1），对黄河的水资源进行全面评价，并分析其时空变化和探讨其水资源功能容量和水资源功能亏缺。
图1 黄河流域图
Fig.1 The Yellow River basin
1 水质水量综合评价方法的建立
河流的河水主要有以下3个去向：从河道中取走作为工业、农业和生活用水；流向海洋或其他外流域；储存于河道。河流的天然径流量也就是这三部分之和。但这三部分水并不都具有水资源功能，只有当水体的水质达到了水资源功能所要求的水质标准，这部分水才能称得上是水资源，从而具备水资源功能。具体地说，取走的作为工业、农业和生活用水的那部分水量，如果水质达到水体用途要求的水质标准，就具备水资源功能；流向海洋和储存于河道的那部分水，如果其水质达到水体功能要求的水质标准（据全国水功能区划确定各河段的水体功能），就具备水资源功能。
因此，一条河流具备水资源功能的水量可以用式(1)来计算：
式中，
：河流的水资源总量；
：人工取走的水质达到水体用途要求的水量；
：流向海洋的水质达到水体功能要求的水量；
：储存于河道的水质达到水体功能要求的水量。
这是一种基于现有的水质、水量和用水状况的评价。上述所说的3个去向的水都不是洪水，如果洪水能被合理利用，则它亦属于水资源，反之，洪水就不能算作水资源。
由于水体实际的水质往往会优于或劣于水资源功能要求的水质标准，为了综合分析水量、水质和水资源功能，在此提出了水资源功能容量和水资源功能亏缺的概念。如果实际的水质优于水资源功能所要求的水质标准，则水体还可满足更高的水资源功能要求，具有水资源功能容量，且容量大小与二者之间的水质级别差异、水量成正相关，可以用式(2)计算。如果实际的水质劣于水资源功能所要求的水质标准，则水体存在水资源功能亏缺，亏缺程度大小亦与二者之间的水质级别差异、水量成正相关，可以用式(3)计算。
式中，
：水资源功能容量；
：水资源功能亏缺；Q：水体的水量；
：水资源功能要求的水质标准级别；
：水体实际的水质级别。
2 黄河的水量、水质分析
2.1 水量分析
如表1所示，1997、1998和1999年，黄河的天然径流量分别为
，其中，从河道取走的用于工业、农业和生活用水的总水量分别占总径流量的94%、65%和71%，从干流取走的水量分别占总取水量的72%、74%和76%。从3年平均来看，农业、工业和生活用水的耗水量分别为
，由此表明，大约70%的天然径流量被农业用水所消耗。正是由于河流沿途取走的水量很大，导致流入渤海的水量（3年平均值）只有
，占天然径流量的16%。而且，从上游至下游，干流河道实测径流量显著受沿程取水量的影响。如图2所示，在兰州至下河沿区间，1997、1998和1999年的实测径流量分别约为
，由于在下河沿至头道拐之间大量的河水取走用于农田灌溉，致使头道拐处的实测径流量分别降至
。由于渭河、汾河、伊洛河等支流的汇入，至花园口站实测径流量分别增至
，花园口站以下由于没有支流的汇入和大量的河水被取走用于农业灌溉，导致利津站的实测径流量分别只有
。
图2 1997～1999年黄河干流实测径流量的沿程变化
Fig.2 Measured runoff of the mainstream of the Yellow River
2.2 水质分析
据对1999年水质监测数据的分析，大约7%的河长（包括支流和干流）的水质达到二类水标准；32%的河长达到三类水标准；26%的河长达到四类水标准；11%的河长达到五类水标准；还有24%的河长属于劣五类水，不具有任何使用功能。总体来说，上游的水质优于下游的水质，干流的水质优于支流的水质。对干流来说，主要的污染物为氨氮，对支流来说，主要的污染物为氨氮、亚硝态氮、五日生化需氧量和挥发酚等。
从上面的分析结果可知，60%以上河长的水质劣于三类水水质标准。按以往传统的水质评价观点，这些劣于三类水水质标准的水体己受到较严重的污染。但由于不同去向的水体具备水资源功能所要求的水质标准不一样，具有时空变化特性，因此，只有通过对一定时间和空间上水体的实际水质和水资源功能要求的水质进行比较，才能确定黄河具备水资源功能的水量。
3 黄河水资源评价
3.1 水质水量综合评价
根据各站点逐月的实测水质，按文献[8]的方法确定各取水口处逐月的水质级别，通过与相应的水资源功能要求的水质级别进行比较，确定黄河具备水资源功能的水量。对于农业、工业和生活用水，其水体用途要求的水质必须分别优于或等于Ⅴ、Ⅳ和Ⅲ类水水质，对于入海水量和河道蓄变量，其水体功能要求的水质必须优于或等于Ⅲ类水水质。根据前述的定义进行计算，在1997、1998和1999年，黄河具备水资源功能的总水量分别为
，分别占总天然径流量的66.3%、65.6%和67.4%（表2），由此可见，大约35%的天然径流量不具备水资源功能。其中，取走的用于农业灌溉的水量中约有75%具备水资源功能，取走的工业用水中约有62%具备水资源功能，而取走的生活用水中只有31%具备水资源功能。这主要是由于生活用水对水质的要求相对较高，而工业和农业灌溉用水对水质的要求相对较低所致。大约50%的入海水量具备水资源功能。
1997、1998和1999年，从黄河中上游（即从源头到花园口之间）取走的水量分别为
，其中，具有水资源功能的水量分别为
。因此，从这3年平均来看，取走的水量中大约75%符合用水的水质要求，具备水资源功能。从黄河下游（即从花园口到河口之间）取走的水量1997、1998和1999年分别为
，其中具备水资源功能的水量分别为
。因此，从3年平均来看，取走的水量中大约76%符合用水的水质要求，具备水资源功能。前面有关水质分析的结果表明，下游的水质要劣于上游的水质，但为什么具备水资源功能水量的比例在这两个区间基本相同，这主要是由于从下游取走的水量主要用于农业灌溉，对水质的要求相对较低，而从中上游取走的部分水量作为工业和生活用水，对水质的要求相对较高。
据统计[9]，1997年黄河沿岸农业、工业和生活用水实际所需水资源量（即具备水资源功能的水量）分别为
；规定的年最小入海水量为
，因此，黄河实际的水资源需求总量为
，其中地下水可开采量约为
；要求地表水可利用的水资源量为
，由于1997～1999年黄河天然径流量平均仅为
，与实际需要相比，黄河缺少水量
。另外，从3年平均来看，天然径流量中只有
具备水资源功能，另外的
不具备水资源功能。所以，黄河地表实际提供的水资源量只占水资源需求量的53%，由于水量短缺导致的水资源亏缺占水资源需求量的20%，由于水质问题导致的水资源亏缺占水资源需求量的27%。由此可见，黄河的水资源短缺有47%是由水体污染所导致。
3.2 水资源功能容量与水资源功能亏缺
如表3所示，在1997、1998和1999年，黄河水资源功能容量分别为
；水资源功能亏缺分别为
。由此可见，黄河水资源功能容量明显大于水资源功能亏缺，说明在大部分情况下，黄河实际的水质要优于达到水资源功能所要求的水质。从空间分布来看，1997～1999年，黄河中上游的水资源功能容量和水资源功能亏缺分别平均为
，下游水资源功能容量和水资源功能亏缺分别平均为
，因此，从3年平均来看，中上游和下游之间的差别不大。但对单一年份进行分析发现，除1998年外，中上游的水资源功能容量与水资源功能亏缺之比小于1而下游远远大于1。可见，在大部分情况下，中上游实际的水质要劣于水资源功能所要求的水质，而下游的水质要优于水资源功能所要求的水质。
表3 1997～1999年黄河水资源功能容量与水资源功能亏缺的比例
Table 3 Comparison of water resources functional capacity and water resources functional deticit
对水资源功能容量与水资源功能亏缺的分析可见，大部分情况下河水实际水质要优于具备水资源功能所要求的水质。因此，如果能对黄河沿岸的排污进行合理的时空优化，如将污染物由具备水资源功能亏缺的情况转向具备水资源功能容量的情况下进行排放，则能减少水资源功能亏缺，提高具备水资源功能的水量，从而缓解黄河水资源短缺的局面。
4 结论
论文在建立流域水资源数量与质量联合评价方法的基础上，对黄河的水资源进行了水质水量综合评价，并分析了水资源功能容量与水资源功能亏缺，得到以下主要结论：
(1)黄河水体受到严重污染，大约60%以上的河长其水质劣于三类水标准。1997、1998和1999年，黄河天然径流量分别为
，其中，从河道取走的水量分别占总径流量的94%、65%和71%。
(2)1997、1998和1999年，黄河具备水资源功能的总水量分别为
，分别占总天然径流量的66.3%、65.6%和67.4%。从3年平均来看，黄河具备水资源功能的总水量只占实际需求水资源量的53%，其中，大约47%的水资源短缺是由水体污染所导致，剩余的53%是由水量短缺所导致。
(3)黄河的水资源功能容量和水资源功能亏缺均较大，且前者大于后者，由此表明在大部分情况下，黄河实际的水质要优于达到水资源功能所要求的水质。因此，对污染排放进行合理的时空优化能增加黄河具备水资源功能的水量，从而部分缓解黄河水资源供需之间的矛盾。
收稿日期：2003-11-28；修订日期：2004-02-06