1956-2016年中國水資源總量時(shí)空分布規(guī)律及變化特征

關(guān)鍵詞：水資源總量；時(shí)空分布；演變趨勢

全球氣候變化、人口數(shù)量持續(xù)增長且社會活動不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致流域降水、蒸發(fā)、土地利用/覆被、河道外用水等發(fā)生改變[1-3]。受變化環(huán)境影響，水資源時(shí)空分布規(guī)律及變化特征發(fā)生不同程度的變異，加大了水資源開發(fā)利用的不確定性，為國家經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[4]。

地表水資源量是水資源總量的主要組成部分，河川徑流是地表水資源的最直觀表達(dá)，目前世界范圍內(nèi)諸多學(xué)者對河川徑流演變特征及驅(qū)動機(jī)制做了大量研究。全球前200大的河流中，觀測到徑流量顯著增加的有19條，顯著減少的有45條，其中人類活動導(dǎo)致的下墊面變化是徑流變化的主要原因[5-6]。冰川融化和降水增加是亞洲高海拔地區(qū)，包括印度河、恒河、雅魯藏布江、薩爾溫江和湄公河上游徑流量持續(xù)增加的主要原因[7]。在中國，對大江大河河川徑流量變化趨勢的研究成果較為豐富[8-10]，且已有研究表明人類活動是北方江河徑流減少的主要原因，而對南方地區(qū)河川徑流變化的影響較小[11-12]。地下水資源量在水資源總量中占比較小，同樣受氣候變化和人類活動的雙重作用，全球地下水資源量正持續(xù)減少，且干旱地區(qū)地下水通量對氣候變化的響應(yīng)比濕潤地區(qū)弱[13-15]。中國已有的地下水資源量時(shí)空分布及其變化特征研究成果表明，全國地下水資源量總體穩(wěn)定，但區(qū)域演變趨勢差異明顯[16-18]。在水資源總量時(shí)空分布規(guī)律及演變特征研究方面，劉晶等[19]從時(shí)間和空間尺度上揭示了中國10個水資源一級區(qū)1997—2016年水資源量及用水量變化規(guī)律；李原園等[20]利用1956—2010年數(shù)據(jù)研究了中國水資源總量的時(shí)空變化，發(fā)現(xiàn)水資源總量總體上呈現(xiàn)微弱的增加趨勢，水資源變化特征表現(xiàn)出空間異質(zhì)性?？梢姡壳爸饕獜暮哟◤搅?、地下水資源量等要素揭示水資源時(shí)空分布規(guī)律及其變化特征方面開展研究，對近60多年中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和氣候變化共同影響下的中國水資源總量的時(shí)空變化態(tài)勢及其特征的研究相對較少。近年來人類活動影響加劇，特別是城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)、水土資源開發(fā)利用，導(dǎo)致下墊面條件發(fā)生較大改變，對區(qū)域產(chǎn)匯流機(jī)制和水循環(huán)過程產(chǎn)生明顯影響。

本文基于第三次全國水資源調(diào)查評價(jià)1956—2016年數(shù)據(jù)，分析水資源量在不同空間尺度的分布特征及其演變趨勢，揭示全國水資源動態(tài)變化特征，為構(gòu)建適應(yīng)變化環(huán)境的水資源安全保障體系、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。

1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與研究方法

1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文采用第三次全國水資源調(diào)查評價(jià)1956—2016年數(shù)據(jù)，按照一級水資源分區(qū)和省級行政區(qū)進(jìn)行水資源總量時(shí)空分布規(guī)律及變化特征分析。第三次全國水資源調(diào)查評價(jià)于2017年啟動，數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格篩選、驗(yàn)證和整理，水資源量已經(jīng)過還原及現(xiàn)狀下墊面的一致性修正，在全國層面具有權(quán)威性。地表水資源量用天然河川徑流量表示，主要以站點(diǎn)長系列監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在單站天然河川徑流量統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，通過分析計(jì)算，匯總各級水資源分區(qū)、行政分區(qū)1956—2016年地表水資源量系列評價(jià)成果。地下水資源量是指與當(dāng)?shù)亟邓偷乇硭w有直接水力聯(lián)系、參與水循環(huán)且可以逐年更新的動態(tài)水量，即淺層地下水資源量。本文開展近期下墊面條件下2001—2016年（評價(jià)期）多年平均地下水資源量評價(jià)，為進(jìn)行水資源總量評價(jià)，計(jì)算1956—2016年逐年降水入滲補(bǔ)給量及其形成的河道排泄量。其中臺灣省缺少監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)，本文中臺灣省數(shù)據(jù)是基于現(xiàn)有修編后的成果，故涉及監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)的圖為空白。為便于表述全國不同地區(qū)水資源及其開發(fā)利用的特點(diǎn)，除特別說明外，本文所指的北方地區(qū)包括松花江區(qū)、遼河區(qū)、海河區(qū)、黃河區(qū)、淮河區(qū)和西北諸河區(qū)6個水資源一級區(qū)；南方地區(qū)包括長江區(qū)、東南諸河區(qū)、珠江區(qū)和西南諸河區(qū)4個水資源一級區(qū)。

1.2水資源總量計(jì)算

水資源總量是指當(dāng)?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量，即地表徑流量與降水入滲補(bǔ)給量之和。地表水和地下水之間既相互聯(lián)系又相互轉(zhuǎn)化，且在山丘區(qū)、平原區(qū)以及土石山區(qū)、黃土高原、喀斯特地區(qū)等呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)。本文的水資源總量成果是在地表水資源量和地下水資源量評價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地表水和地下水之間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系分析，由地表水資源量加上地下水與地表水資源的不重復(fù)量（以下簡稱不重復(fù)水量）計(jì)算，如式（1）、式（2）所示。

式中：W為水資源總量；WR為河川徑流量（即地表水資源量）；為地下水資源量（WRG）與地表水資源量的不重復(fù)量；為旱地和水田旱作期的潛水蒸發(fā)量；為淺層地下水開采凈消耗量；為旱地和水田旱作期的降水入滲補(bǔ)給量；為旱地和水田旱作期的總補(bǔ)給量，即降水與灌溉入滲補(bǔ)給量之和。

按各級水資源分區(qū)、省級行政區(qū)分別分析計(jì)算多年平均年水資源總量及不同頻率（P=20%、50%、75%、95%）典型年的年水資源總量，分析水資源總量空間分布特征及演變趨勢。其中，空間分布特征中采用產(chǎn)水系數(shù)與產(chǎn)水模數(shù)2個指標(biāo)，產(chǎn)水系數(shù)指評價(jià)區(qū)內(nèi)水資源總量與降水量的比值，產(chǎn)水模數(shù)為單位面積（1km2）產(chǎn)生的水資源總量。

2結(jié)果與討論

2.1水資源總量

2.1.1分區(qū)水資源總量

全國水資源一級區(qū)水資源總量評價(jià)成果見表1。全國1956—2016年系列多年平均水資源總量為28299.5億m3，折合年產(chǎn)水深為298.0mm；北方地區(qū)多年平均水資源總量為5221.4億m3（折合年產(chǎn)水深為86.4mm），占全國水資源總量的18.5%；南方地區(qū)多年平均水資源總量為23078.1億m3（折合年產(chǎn)水深為668.0mm），占全國的81.5%；北方5區(qū)（北方地區(qū)除西北諸河區(qū)外的區(qū)域）多年平均水資源總量為3911.3億m3（折合年產(chǎn)水深為145.9mm），僅占全國的13.8%。

各水資源一級區(qū)1956—2016年多年平均年產(chǎn)水深差異較大。東南諸河區(qū)、珠江區(qū)、西南諸河區(qū)和長江區(qū)（含太湖流域）多年平均年產(chǎn)水深在550mm以上，淮河區(qū)、松花江區(qū)、遼河區(qū)多年平均年產(chǎn)水深在154.0～280.6mm之間，黃河區(qū)、海河區(qū)多年平均年產(chǎn)水深分別為88.3和102.5mm，西北諸河區(qū)多年平均年產(chǎn)水深僅39.0mm。長江區(qū)多年平均水資源總量占全國水資源總量的比例最高，為34.9%；海河區(qū)多年平均水資源總量僅占全國的1.2%，在10個水資源一級區(qū)中所占比例最小。

受不同區(qū)域來水豐枯差異、地下水補(bǔ)排變化及其組合影響，全國水資源總量年際變化幅度相對較小，不同頻率的水資源總量差別不大。全國20%頻率的水資源總量為29952億m3，比多年平均值偏多5.8%；75%頻率的水資源總量為26939億m3，比多年平均值偏少4.8%；95%頻率的水資源總量為25122億m3，比多年平均值偏少11.2%。各水資源一級區(qū)不同頻率水資源總量較多年平均值的變幅差異較大。整體上看，北方5區(qū)不同頻率水資源總量較多年平均值的變幅較南方地區(qū)大。

全國水資源一級區(qū)水資源總量構(gòu)成見表1。在全國水資源總量中，地表水資源量為27246億m3，占水資源總量的96.3%；地下水資源量為8170億m3，其中，不重復(fù)水量為1053.5億m3，占水資源總量的3.7%。北方地區(qū)中，西北諸河區(qū)地下水量最大，為796億m3，其余5區(qū)地下水資源量均小于南方地區(qū)，最小的遼河區(qū)僅有175億m3。北方地區(qū)由于地下水開發(fā)利用程度普遍較高，地下水開發(fā)奪取的潛水蒸發(fā)和河川基流量大，因此不重復(fù)水量在水資源總量中占比較大，占17.8%，其中海河區(qū)占47.7%，淮河區(qū)、遼河區(qū)、黃河區(qū)和松花江區(qū)占比在15%～26%之間，西北諸河區(qū)占比7.9%。南方地區(qū)中東南諸河區(qū)地下水資源量最小，為657億m3；長江區(qū)地下水資源量最多，為2450億m3。南方地區(qū)不重復(fù)水量在水資源總量中占比較小，僅占0.5%。北方地區(qū)不重復(fù)水量為927.8億m3，占全國不重復(fù)水量的88.0%；南方地區(qū)為125.7億m3，占全國的12.0%。

2.1.2地區(qū)水資源總量

全國各省級行政區(qū)水資源總量評價(jià)成果見圖1。中國東部地區(qū)1面積占全國的11.6%，水資源總量占全國的22.0%；中部地區(qū)面積占全國的17.6%，水資源總量占全國的23.8%；西部地區(qū)面積占全國的70.8%，水資源總量占全國的54.2%。在各省級行政區(qū)中，水資源總量超過1000億m3的有西藏、四川、云南、廣西、廣東、湖南、江西、福建、貴州和湖北等10個省（自治區(qū)）；水資源總量小于50億m3的有寧夏、天津、北京、上海以及香港、澳門特別行政區(qū)。各省級行政區(qū)不同頻率水資源總量較多年平均值的變幅差異較大。

省級行政水資源總量構(gòu)成見圖2。從地表水資源量來看，各省級行政區(qū)中西藏最多，達(dá)到4427億m3，四川、云南兩省在2000～3000億m3之間，福建、江西、湖南、廣東、廣西、貴州在1000～2000億m3之間，北京、天津、寧夏、澳門在0.4～10億m3之間。從地下水資源量來看，各省級行政區(qū)中同樣西藏最多，達(dá)到1023億m3，天津、香港、澳門不足10億m3。北京、河北、山東、山西、天津、內(nèi)蒙古和河南等7個省級行政區(qū)不重復(fù)水量占水資源總量的比例超過了25%，其中北京為65%；寧夏、黑龍江、江蘇、吉林、遼寧、安徽、上海等7個省級行政區(qū)不重復(fù)水量占水資源總量的比例在10%～25%之間；重慶、貴州、云南等9個省級行政區(qū)以及臺灣省、香港特別行政區(qū)不重復(fù)水量占水資源總量的比例不足1%。

2.2空間分布特征

水資源總量的地帶分布格局與地表水資源量相似，整體由東南向西北遞減，地區(qū)分布為南方多、北方少，山區(qū)多、平原少。全國多年平均產(chǎn)水系數(shù)分布見圖3。不同產(chǎn)水系數(shù)地帶面積、水資源總量比例及其分布見表2。

全國多年平均產(chǎn)水系數(shù)為0.46，總體呈從東南向西北遞減的趨勢。北方地區(qū)多年平均產(chǎn)水系數(shù)為0.26，其中西北諸河區(qū)為0.24；南方地區(qū)為0.55。產(chǎn)水系數(shù)大于等于0.7的地帶面積占全國的3%，主要位于西南地區(qū)的藏南諸河、雅魯藏布江下游以及長江上游岷江支流等流域，涉及33個縣級行政區(qū)；產(chǎn)水系數(shù)介于0.5～0.7的地帶面積占全國的20%，主要位于雅魯藏布江下游，長江上游及中游的烏江、鄱陽湖水系，珠江的東江、北江及西江下游，東南諸河等流域，涉及762個縣級行政區(qū)；產(chǎn)水系數(shù)介于0.3～0.5的地帶面積占全國的26%，主要位于西北及東北跨界河流，黃河上游，長江中游的嘉陵江、漢江，長江下游及西江上游等流域，涉及818個縣級行政區(qū)；產(chǎn)水系數(shù)介于0.1～0.3的地帶面積占全國的38%，主要位于東北的額爾古納河、松花江上游，遼河、海河、淮河大部，黃河中下游，以及西南的元江等流域，涉及821個縣級行政區(qū)；產(chǎn)水系數(shù)小于0.1的地帶面積占全國的13%，主要位于西北塔里木河干流、河西荒漠區(qū)，東北的呼倫湖水系、黃河中游的涇河及北洛河、清水河及苦水河等流域，涉及181個縣級行政區(qū)。

水資源一級區(qū)與省級行政區(qū)多年平均產(chǎn)水系數(shù)與產(chǎn)水模數(shù)見圖4。全國多年平均產(chǎn)水模數(shù)為29.80萬m3/km2，北方地區(qū)多年平均產(chǎn)水模數(shù)為8.64萬m3/km2，南方地區(qū)多年平均產(chǎn)水模數(shù)為66.80萬m3/km2，南方為北方的7倍多。水資源一級區(qū)中，東南諸河區(qū)產(chǎn)水模數(shù)最大，為109.85萬m3/km2；珠江區(qū)其次，為82.18萬m3/km2；黃河區(qū)和西北諸河區(qū)產(chǎn)水模數(shù)均小于10萬m3/km2。省級行政區(qū)中，臺灣、澳門、香港、廣東、福建、江西、海南、浙江等8個省級行政區(qū)多年平均產(chǎn)水模數(shù)最大，在90萬m3/km2以上，為全國平均的3倍多；寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、山西、青海、河北等7個省級行政區(qū)多年平均產(chǎn)水模數(shù)最小，在10萬m3/km2以下，不足全國平均的1/3。

2.3演變趨勢

2.3.1時(shí)間演變規(guī)律

全國及南、北方地區(qū)1956—2016年水資源總量變化見圖5。中國水資源總量在西北和東南地區(qū)大部呈增加趨勢，其他地區(qū)呈減少趨勢。從不同時(shí)期來看，20世紀(jì)90年代、2010年以來全國水資源總量明顯高于多年平均值，20世紀(jì)60年代略高于多年平均值，其他年代則低于多年平均值，年代平均值較多年平均值的變幅介于?3.1%～4.0%之間；北方地區(qū)20世紀(jì)50年代、60年代以及2010年以來的平均水資源總量高于多年平均值，20世紀(jì)80年代、90年代平均水資源總量與多年平均值基本持平，20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)00年代則低于多年平均值，變幅介于?8.6%～8.1%之間；南方地區(qū)20世紀(jì)90年代以及2010年以來平均水資源總量高于多年平均值，20世紀(jì)70年代平均水資源總量與多年平均值基本持平，20世紀(jì)50年代、60年代、80年代以及21世紀(jì)00年代的平均水資源總量低于多年平均值，變幅介于?2.5%～4.8%之間。

2.3.2空間演變規(guī)律

分析2001—2016年較1956—2000年多年平均水資源總量變化幅度，如圖6所示。2001—2016年系列與1956—2000年系列相比，嫩江支流、西遼河，東北沿黃渤海諸河，海河區(qū)的灤河、大清河、薊運(yùn)河、滏陽河、潮白河、漳河，黃河中游的北洛河等流域水資源總量偏少幅度在20%以上，其中灤河、大凌河流域偏少幅度超過35%；西北的塔里木河源頭、青海湖水系、黑河，淮河下游，長江的太湖水系，東南的富屯溪等流域水資源總量偏多超過10%。

2.3.3三次水資源調(diào)查評價(jià)對比

對比分析第一次、第二次和第三次全國水資源調(diào)查評價(jià)3個不同時(shí)段水資源總量變化情況，如表3所示。

本次調(diào)查評價(jià)1956—2016年系列與第一次水資源調(diào)查評價(jià)1956—1979年系列相比，全國水資源總量偏多0.6%；北方地區(qū)偏少2.5%，除松花江區(qū)偏多4.6%、西北諸河區(qū)偏多0.5%外，其他4個水資源一級區(qū)均不同程度偏少，其中海河區(qū)、遼河區(qū)、黃河區(qū)分別偏少22.2%、7.9%、5.5%；南方地區(qū)偏多1.4%，東南諸河區(qū)、長江區(qū)、珠江區(qū)分別偏多4.0%、2.7%、1.1%，西南諸河區(qū)偏少1.7%。與第二次水資源調(diào)查評價(jià)1956—2000年系列相比，全國水資源總量偏少0.4%；北方地區(qū)偏少0.9%，除西北諸河區(qū)偏多2.7%、淮河區(qū)偏多1.9%外，其他4個水資源一級區(qū)均不同程度偏少，其中海河區(qū)偏少11.5%；南方地區(qū)水資源總量基本持平，其中長江區(qū)、西南諸河區(qū)分別偏少0.9%、0.4%，珠江區(qū)偏多0.5%，東南諸河區(qū)偏多0.7%。

3結(jié)論

本文基于第三次全國水資源調(diào)查評價(jià)成果，以水資源一級區(qū)及省級行政區(qū)為評價(jià)單元，系統(tǒng)分析了1956—2016年中國水資源總量時(shí)空分布特征及演變趨勢，基于各水文要素開展了水量平衡分析。主要結(jié)論如下：

（1）全國1956—2016年系列多年平均水資源總量為28299.5億m3，南方地區(qū)水資源總量占全國的81.5%，而北方地區(qū)僅占全國的18.5%。地表水資源量為27246億m3，占水資源總量的96.3%。

（2）水資源總量呈現(xiàn)由東南向西北遞減的分布格局，南方地區(qū)水資源豐富，北方地區(qū)相對匱乏。不同水資源一級區(qū)的產(chǎn)水系數(shù)差異顯著，南方地區(qū)的產(chǎn)水系數(shù)普遍高于北方地區(qū)。

（3）水資源總量變化趨勢為西北和東南地區(qū)大部分呈增加趨勢，而其他地區(qū)則呈減少趨勢。20世紀(jì)90年代和2010年以來全國水資源總量高于多年平均值。