漳衛(wèi)南運河水資源承載能力評價

喬家樂，范海燕，黃 凱

（1.海河水利委員會科技咨詢中心，天津 300170；2.海河水利委員會通訊中心，天津 300170；3.水利部海河水利委員會，天津 300170）

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源、戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源和共享性的社會資源。目前，水資源時空分布與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展不匹配的問題日漸突出。隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，人口格局變化又成為水資源承載能力研究的新挑戰(zhàn)。

水資源承載能力的研究方法眾多，可概括為經(jīng)驗估算法、指標體系評價法、復(fù)雜系統(tǒng)分析法、管理指標法等[1-3]。關(guān)于水資源承載能力的研究很多，如趙芳[4]通過對比各實物量指標的評價標準，結(jié)合區(qū)域水資源承載能力綜合指標，對太原市水資源承載能力進行評價，結(jié)論為太原市水資源承載能力為臨界狀態(tài)；陳華濤等[5]采用用水總量指標、地下水開采量、地表水利用率等單項指標和綜合計算評價等方法計算了南陽市及各縣區(qū)水資源承載能力；魏芳芳等[6]選用經(jīng)驗公式法和指標分析法分別對寧波市水資源承載能力進行評價，結(jié)論為寧波市現(xiàn)狀水資源承載能力總體上處于臨界狀態(tài)。前人關(guān)于水資源承載能力的研究多是就區(qū)域而言，對于流域內(nèi)的主要河流是否能承載經(jīng)濟社會的發(fā)展少有人關(guān)注。本文選取漳衛(wèi)南運河流域的漳河、衛(wèi)河、衛(wèi)運河、漳衛(wèi)新河、南運河5條主要河流作為研究對象，從水量、水質(zhì)、水生態(tài)及防洪系統(tǒng)等方面綜合評價這些河流的水資源承載能力。

1 流域概況

漳衛(wèi)南運河是海河流域最南部的防洪骨干水系，位于東經(jīng)112°～118°、北緯35°～39°，流域面積37 548 km2。流域內(nèi)主要有漳河、衛(wèi)河、衛(wèi)運河、南運河及漳衛(wèi)新河5 條河流，上游主要是漳河、衛(wèi)河，是主要的產(chǎn)流區(qū)；下游主要有衛(wèi)運河、漳衛(wèi)新河，絕大部分河段為河北省和山東省的界河。漳衛(wèi)南運河流經(jīng)山西、山東、河南、河北、天津五省市。

2 研究范圍

根據(jù)漳衛(wèi)南運河水系的河流走向和沿線水文站網(wǎng)、取水口，閘壩及泵站等情況，結(jié)合沿線行政區(qū)劃和管理職權(quán)情況，以岳城水庫、淇門、徐萬倉、四女寺、辛集、第三店等重要水文監(jiān)測斷面為控制節(jié)點，將漳衛(wèi)南運河的主要河流劃分為5 個典型河段，分別為“岳城—徐萬倉”“淇門—徐萬倉”“徐萬倉—四女寺”“四女寺—辛集”“四女寺—第三店”。漳衛(wèi)南運河主要河流分布概化，如圖1所示。

圖1 漳衛(wèi)南運河主要河流分布概化

3 河道水資源承載能力評價指標體系

建立一個完整、客觀的水資源承載能力評價指標體系，對于河流水生態(tài)修復(fù)十分重要。通過識別不合格的河流水資源承載能力指標，認清影響河流水資源承載能力的主要因素，對相應(yīng)指標進行有針對性的修復(fù)，能夠更快、更準確地達到目標。

根據(jù)漳衛(wèi)南運河流域特點，本研究分別從水量、水質(zhì)、水生態(tài)及防洪系統(tǒng)方面建立各河段水資源承載力指標。

（1）水量指標。水量情況對于研究河流水資源承載能力十分關(guān)鍵，主要包括年徑流量、水資源開發(fā)利用率指標和河道斷流情況等指標。

（2）水質(zhì)指標。水質(zhì)狀況與河流承載狀況密不可分，主要是從水質(zhì)角度考量河流水資源承載能力，主要包括水功能區(qū)水質(zhì)達標率、水質(zhì)污染指數(shù)COD和水質(zhì)污染指數(shù)氨氮。

（3）水生態(tài)指標。水生態(tài)狀況主要是從生態(tài)用水情況和水生物分布情況等方面研究河流的水資源承載能力，主要包括生態(tài)環(huán)境擠占情況、生物多樣性指數(shù)、植被覆蓋率和縱向連通性等指標。

（4）防洪指標。河流的防洪狀況關(guān)系到流域內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全，因此河流的防洪功能是非常重要的，也是衡量水資源承載能力的重要指標，主要包括岸坡穩(wěn)定性、防洪工程措施完善率和過洪能力等指標。

本文的河流水資源承載能力指標體系分為3 個層次，如圖2所示，各指標的計算方法詳見表1。

表1 河流水資源承載能力評價指標體系

圖2 河流水資源承載能力評價指標體系

4 水資源承載能力評價等級劃分

根據(jù)各類指標對水資源承載狀況的影響關(guān)系，指標可歸納為以下2類：第1類指標值與水資源承載狀況呈正相關(guān)，指標值越大承載程度越高，如水功能區(qū)水質(zhì)達標率、生物多樣性、植被覆蓋情況、防洪工程措施完善率和過洪能力；第2 類指標值與水資源承載狀況呈負相關(guān)，指標值越大承載程度越低，如水資源開發(fā)利用率、水質(zhì)污染指數(shù)COD、水質(zhì)污染指數(shù)氨氮、生態(tài)環(huán)境擠占情況、河流斷流天數(shù)、縱向連通性等。水資源承載能力評價標準是將各指標量化分級，即把承載程度的極大值1 與最小值0 之間劃分為若干個隸屬度，每個隸屬度即為1 個刻度，將0～1 劃分為6 個刻度（1，0.8，0.6，0.4，0.2，0.05），若與某一刻度相對應(yīng)，則表明分層指標落在某刻度值處（刻度值也可內(nèi)插），則此刻度值為該分層指標的健康度。

根據(jù)以往研究成果，結(jié)合漳衛(wèi)南運河流域特點，確定各指標評價等級，結(jié)果詳見表2。

表2 漳衛(wèi)南運河水資源承載能力評價標準等級

5 河段水資源承載能力評價

5.1 評價方法

按照層次分析法的原理[7]，經(jīng)過專家打分，構(gòu)造判斷矩陣，采用層次分析法確定各指標權(quán)重，依據(jù)式（1）計算出綜合評價指數(shù)。根據(jù)表3，確定水資源承載能力等級。

表3 水資源承載能力評價等級

式中：E為綜合評價值；λi為第i個指標權(quán)重；Mi為第i個指標的刻度值。

5.2 評價結(jié)果

依據(jù)5.1節(jié)的評價方法，各河段水資源承載能力評價結(jié)果詳見表4。

表4 各河段水資源承載能力（2020年）評價結(jié)果

衛(wèi)河“淇門—徐萬倉”和衛(wèi)運河“徐萬倉—四女寺”2 個河段水量系統(tǒng)中，年徑流變化情況呈現(xiàn)五級狀態(tài)，但河流干涸、斷流天數(shù)較少，水量較豐富，生態(tài)用水基本可以得到保障；水質(zhì)系統(tǒng)中各指標均為五級，河流水污染嚴重，入河污染物嚴重超標，水生生物幾乎絕跡，水生態(tài)環(huán)境較差，因此這兩段應(yīng)重點修復(fù)水質(zhì)指標。同時，這2段河道岸坡穩(wěn)定性、縱向連通性較差，防洪能力一般，應(yīng)加強防洪系統(tǒng)建設(shè)，進一步保障河段防洪安全。

漳衛(wèi)新河“四女寺—辛集”段，由于四女寺等水利工程的調(diào)蓄作用，年徑流變化十分顯著、縱向連通性較差，河道水量不能滿足生態(tài)環(huán)境需水量，且河道水質(zhì)較差，水生態(tài)環(huán)境惡劣，生物多樣性較差，防洪能力一般，因此該河段應(yīng)著重補充水量，兼顧修復(fù)水質(zhì)。

漳河“岳城—徐萬倉”及南運河“四女寺—第三店”2 個河段年徑流變化情況、河流斷流天數(shù)、水功能區(qū)水質(zhì)達標率、生態(tài)環(huán)境擠占情況、生物多樣性、縱向連通性等指標均為四級以上，主要問題是水量不足，由于缺水，河道斷流，水生態(tài)環(huán)境惡劣，水生生物絕跡。因此，這2段應(yīng)著重修復(fù)水量指標。

各河段水資源承載能力綜合評價類型，詳見表5。

表5 各河段水資源承載能力綜合評價類型

6 結(jié)論

本文以河道為單元，選取水量、水質(zhì)、水生態(tài)和防洪5 個系統(tǒng)，構(gòu)建河道水資源承載能力評價指標體系，運用層次分析法對水資源承載能力進行評價，依據(jù)評價結(jié)果，綜合確定漳衛(wèi)南運河的漳河“岳城—徐萬倉”段為水量不足型、衛(wèi)河“淇門—徐萬倉”及衛(wèi)運河“徐萬倉—四女寺”段為污染破壞型、漳衛(wèi)新河“四女寺—辛集”段為水量—水質(zhì)混合型、南運河“四女寺—第三店”段為水量—水生態(tài)混合型。由于水資源系統(tǒng)的復(fù)雜性和河流系統(tǒng)的多變性，河流水資源承載能力計算方法仍需探討，如何將河流水資源承載能力與河流生態(tài)修復(fù)相銜接也需要進一步研究。