水資源評價的發(fā)展歷程和趨勢
王浩 仇亞琴 賈仰文
（中國水利水電科學(xué)研究院，100038，北京）
【摘要】水資源評價作為水資源規(guī)劃、開發(fā)、利用、保護和管理的基礎(chǔ)工作，在水資源開發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展中起著重要的作用。重點評述了國內(nèi)外的水資源評價發(fā)展歷程，剖析了不同時代水資源評價的特點，以及水資源評價未來發(fā)展趨勢，旨在推進(jìn)水資源評價工作。
【關(guān)鍵詞】水資源評價；發(fā)展歷程；趨勢
聯(lián)合國教科文組織/世界氣象組織1988年《水資源評價活動——國家評估手冊》中規(guī)定“水資源評價是指對資源的來源、范圍、可依賴程度和質(zhì)量進(jìn)行確定，據(jù)此評估水資源利用和控制可能性”。聯(lián)合國教科文組織/世界氣象組織出版社的“際水文學(xué)詞匯”(UNESCO/WMO，1992)將水資源評價修改為“為了利用和控制而進(jìn)行的水資源的來源、范圍、可靠性以及質(zhì)量的確定，據(jù)此評估水資源利用、控制和長期發(fā)展的可能性”。
《中國資源科學(xué)百科全書·水資源學(xué)》中定義水資源評價為“按流域或地區(qū)對水資源的數(shù)量、質(zhì)量、時空分布特征和開發(fā)利用條件作出全面的分析估價，是水資源規(guī)劃、開發(fā)、利用、保護和管理的基礎(chǔ)工作，為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供水決策依據(jù)”。
從水資源評價的定義來看，其實質(zhì)是服務(wù)于水資源開發(fā)利用實踐，解決水資源開發(fā)利用中存在的問題，為實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用提供重要保障。隨著人類活動影響的日益增大，水資源評價面臨著許多新問題，需要依靠科技進(jìn)步而不斷發(fā)展。
1水資源評價發(fā)展歷程
1.1國外的水資源評價國外的水資源的評價始于19世紀(jì)的末期，主要是水文觀測資料整編和水量統(tǒng)計方面的工作。自上世紀(jì)中期以來，隨著世界范圍人口的攀升和經(jīng)濟社會的發(fā)展，生產(chǎn)生活取用水和排水量不斷增長，許多國家出現(xiàn)不同程度的缺水、水生態(tài)退化和水污染加劇等水資源問題，許多國家紛紛開始探求水資源可持續(xù)利用的實踐途徑，作為水資源規(guī)劃和管理的基礎(chǔ)性工作，水資源評價開始逐漸受到世界各國的重視。1968年和1978年，美國完成了2次國家水資源評價，第1次側(cè)重于天然水資源本底狀態(tài)的評價，并開展了水資源分區(qū)工作，第2次側(cè)重于水資源開發(fā)利用評價與供需預(yù)測，2次評價實踐初步形成了以統(tǒng)計為主的水資源評價方法與技術(shù)。1975年，西歐、日本、印度等國家相繼提出了自己的水資源評價成果。針對日趨緊張的水資源情勢，國際上逐步對于水資源評價工作的重要性達(dá)成了共識，1977年在阿根廷召開的世界水會議，要求國家一級大力增加財政投入進(jìn)行水資源評價的活動。1988年，聯(lián)合國教科文組織和世界氣象組織在澳大利亞、德國、加納、馬來西亞、巴拿馬、羅馬尼亞和瑞典等國家開展實驗項目的基礎(chǔ)上，以及在非洲、亞洲和拉丁美洲進(jìn)行專家審定的基礎(chǔ)上，共同制定了《水資源評價活動——國家評價手冊》，促進(jìn)了不同國家水資源評價方法趨向一致，同時有力地推動了水資源評價工作的進(jìn)程。1990年的《新德里宣言》、1992年的《都柏林宣言》和1997年第1屆水論壇加強了對水的重要性的認(rèn)識。隨著水資源評價與管理需求形勢的發(fā)展，1997年，UNESCO和WMO再次對《水資源評價活動——國家評價手冊》進(jìn)行了修訂，出版了《水資源評價——國家能力評估手冊》。在2000年第2屆世界水論壇中，聯(lián)合國約定各國要進(jìn)行周期性的淡水資源評價，并以《世界水發(fā)展報告》的形式出現(xiàn)。
1.2 國內(nèi)的水資源評價我國水資源評價方法的研究起步略晚于國外，但受水資源短缺實踐需求的驅(qū)使，水資源評價理論與方法發(fā)展非?？臁Ｖ饕梢苑譃?/span>3個階段：早期、中期和現(xiàn)代評價階段。
1）早期評價階段 20世紀(jì)50年代，我國就已經(jīng)針對有關(guān)大河開展了較為系統(tǒng)的河川徑流量的統(tǒng)計，但統(tǒng)計項單一，僅限于河川徑流量。20世紀(jì)50年代，開展了東部入海大江大河的年徑流量統(tǒng)計。20世紀(jì)60年代，我國進(jìn)行了較為系統(tǒng)的全國水文資料整編工作，并對全國的降水、河川徑流、蒸散發(fā)、水質(zhì)、侵蝕泥沙等水文要素的天然情況統(tǒng)計特征進(jìn)行了分析，編制了各種等值線圖和分區(qū)圖表等，推動了水資源評價工作的前進(jìn)，具有了水資源評價的雛形。
2）中期評價階段 隨后的20世紀(jì)80年代，根據(jù)全國農(nóng)業(yè)自然資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)區(qū)劃工作的需要，我國開展了第一次全國水資源評價工作，當(dāng)時主要借鑒了美國提出和采用的水資源評價方法，同時根據(jù)我國實際情況做了進(jìn)一步發(fā)展，包括提出了不重復(fù)的地下水資源概念及其評價方法等，最后形成了《中國水資源初步評價》和《中國水資源評價》等成果，初步摸清了我國水資源的家底。期間，賀偉程提出了較為系統(tǒng)完善的水資源評價理論方法。與當(dāng)時國內(nèi)外已有的水資源研究成果比較，此次提出的水資源評價理論方法有以下創(chuàng)新：第一，從水循環(huán)和水平衡原理出發(fā)，研究了降水、地表水、土壤水、地下水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立區(qū)域水循環(huán)概念模型，提出區(qū)域水資源總量定義和計算通式，為地表水、地下水綜合評價奠定了理論基礎(chǔ)，避免了地表水資源量與地下水資源量的重復(fù)計算。第二，針對我國降水量和徑流量時空分布極不均勻的特點，在水資源評價中統(tǒng)一采用有較好代表性的同步（期）水文系列，計算出各級分區(qū)的水資源量系列及其特征值，從而解決了不同頻率水資源量的地區(qū)組合問題，避免了分區(qū)同頻率水量相加的不正確做法。第三，因自然、技術(shù)、經(jīng)濟條件的限制以及生態(tài)環(huán)境需水的要求，可用于經(jīng)濟社會發(fā)展的水資源有一定的限度，據(jù)此提出了水資源可利用量的基本概念和估算方法，對于分析區(qū)域水資源承載能力和進(jìn)行水資源合理配置開創(chuàng)了新思路。此外地礦部門也對地下水進(jìn)行了評價。隨后，由于華北水資源問題突出，國家“六五”和“七五”重大攻關(guān)研究還專門對華北地區(qū)進(jìn)行了水資源評價及相關(guān)問題研究。
1999年，水利部在總結(jié)全國第一次水資源調(diào)查評價以來實踐的基礎(chǔ)上，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式發(fā)布了《水資源評價導(dǎo)則》(SL/T238-1999)，對水資源評價的內(nèi)容及其技術(shù)方法做了明確的規(guī)定，形成了較為穩(wěn)定的水資源評價理論方法體系。
3）現(xiàn)代評價階段 改革開放以后，我國社會經(jīng)濟發(fā)展突飛猛進(jìn)，人類活動對下墊面條件(包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素)的影響加劇，人類活動對于流域下墊面變化的影響，水體的開發(fā)和重塑、局部微地貌的改變、土地覆被的改變以及人為建筑物的修建全方位地改造了下墊面，從而影響了流域天然下墊面的下滲、產(chǎn)流、蒸發(fā)、匯流水文特性，對水資源評價也提出了新的挑戰(zhàn)。因此，2001年，在國家發(fā)展改革委和水利部聯(lián)合開展的《全國水資源綜合規(guī)劃》工作中，對水資源評價的技術(shù)和方法做了進(jìn)一步的修改和完善：采用“一致性”修正的方法來處理下墊面條件變化對徑流的影響。另外，在評價內(nèi)容上也較第一次評價有所增加。水資源評價方法有了進(jìn)一步的發(fā)展，目前在全國范圍內(nèi)廣泛采用。
另外，水資源評價模型技術(shù)逐步發(fā)展起來，包括基于新安江模型和地下水動力學(xué)的地表-地下水資源聯(lián)合評價模型等。隨著3S技術(shù)和計算機的不斷發(fā)展和進(jìn)步，分布式水文模型逐漸引入到水資源評價中來，并具備原有集總式模型難于實現(xiàn)的優(yōu)勢。
當(dāng)然，我們也應(yīng)該看到，賦存形式各異的水無所不在，而且相互轉(zhuǎn)化不斷運動，水資源的系統(tǒng)精確評價本身就是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。近幾十年來，大規(guī)模的人工取用水形成了與天然“坡面-河道”主循環(huán)相耦合的“取水-供水-用水-耗水-排水”為基本結(jié)構(gòu)的人工側(cè)支循環(huán)，我國北方的許多流域側(cè)支循環(huán)通量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了主循環(huán)的實測通量；大規(guī)模排放溫室氣體，改變了天然水循環(huán)的降水輸入和能量條件，導(dǎo)致當(dāng)前序列的水資源基礎(chǔ)條件與歷史過程存在著不同，給水資源科學(xué)評價帶來了困難。隨著資源稀缺性的日益突出，水資源的合理配置和高效利用越來越受到重視；隨著以人為本、和諧社會理念的普及，水資源開發(fā)利用的要求不再停留在有水可用的階段，而且發(fā)展為有符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水可用，這些實際需求都給水資源評價理論提出了新的要求，也成為水資源評價理論發(fā)展的方向。
在新形勢的需求下，21世紀(jì)初，王浩等提出了基于二元水循環(huán)模式的水資源評價理論方法。所謂二元水循環(huán)模式，是指人類對水循環(huán)的干擾，打破了原有天然水循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)律和平衡，使原有的水循環(huán)系統(tǒng)由單一的受自然主導(dǎo)的循環(huán)過程轉(zhuǎn)變成受自然和人工共同影響、共同作用的新的水循環(huán)系統(tǒng)。其明顯的二元特性是：驅(qū)動力的二元化，即現(xiàn)代環(huán)境下流域水循環(huán)的內(nèi)在動力已經(jīng)由過去一元自然驅(qū)動演變?yōu)椤白匀?/span>-人工”二元驅(qū)動；循環(huán)結(jié)構(gòu)的二元化，即現(xiàn)代完整的水循環(huán)由“大氣-坡面-地下-河道”自然循環(huán)和“取水-輸水-用水-排水”的社會循環(huán)耦合而成；循環(huán)參數(shù)的二元化，即現(xiàn)代環(huán)境下流域水循環(huán)對于降水輸入的總體響應(yīng)不僅決定于自然的陸面、土壤和地下等水文與地質(zhì)參數(shù)，還取決于水資源開發(fā)利用與相關(guān)社會經(jīng)濟參數(shù)。
表1就二元水循環(huán)模式的水資源評價方法與國內(nèi)外以徑水資源評價方法進(jìn)行了對比。從表中可以看出，該方法與以往評價方法存在的主要差異有，一是評價的視角上，將人工驅(qū)動項作為水資源演變的內(nèi)生動力，而并非采取“剔除”的方式實現(xiàn)“還原”；二是在評價過程中，要保持天然水循環(huán)過程和人工水循環(huán)過程的動態(tài)耦合關(guān)系，同時能夠充分反映人類活動的影響；三是評價的內(nèi)容和成果要同時服務(wù)于不同層次的生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護和經(jīng)濟社會發(fā)展?；诙h(huán)模式的水資源量評價所遵循的原則有：①水資源量評價應(yīng)當(dāng)從流域水循環(huán)的總通量出發(fā)，以對不同特性不同效用的水循環(huán)通量的界定作為資源評價的基礎(chǔ)；②“有用”是自然資源首要屬性，因此在水循環(huán)全口徑通量中進(jìn)一步對效用進(jìn)行區(qū)分與度量是水資源評價的第二項內(nèi)容；③“可用”是繼“有用”后自然資源另外一個重要的屬性，因此根據(jù)可控性準(zhǔn)則對于“有用”資源做進(jìn)一步區(qū)分是水資源評價中第3層內(nèi)容；④二元模式下的資源的概念是相對生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會兩大系統(tǒng)而言的，因此評價中還需在可控水資源中進(jìn)一步區(qū)分國民經(jīng)濟允許的開發(fā)利用量；⑤基于現(xiàn)代環(huán)境下的水資源評價還應(yīng)當(dāng)能夠清晰描述人類活動對于水資源演變的影響。
以上5個層次和方面的內(nèi)容，整體構(gòu)成了二元水循環(huán)模式下水資源評價的基本思路。
2水資源評價發(fā)展趨勢
從水資源評價工作的進(jìn)展過程中，可以看出水資源評價理論方法在評價基礎(chǔ)、評價模式、評價對象和評價技術(shù)等方面都隨著時代的前進(jìn)而不斷豐富和完善。其主要發(fā)展動向主要體現(xiàn)在以下4個方面。
評價基礎(chǔ)方面，以往水資源評價采取的是“實測-還原-修正”思路，評價的出發(fā)點是通過“剔除”人類活動影響的處理方式，將實測到的水循環(huán)通量還原到天然狀態(tài)，以此為基礎(chǔ)評價水資源量。這種評價方法在人類活動影響程度較小的情況下，還能夠滿足實際需求，而隨著人類活動逐漸加強，需要還原和修正的水循環(huán)通量比例越來越高，這種一元靜態(tài)的評價思路顯然不適合現(xiàn)實實際。當(dāng)前水資源評價已經(jīng)開始由“實測-還原-修正”的一元模式開始向“實測-分離-耦合-建模-評價”的二元動態(tài)評價模式發(fā)展。
在評價模式方面，國內(nèi)外長期一直采取地表水-地下水分離評價、水量-水質(zhì)分離評價的模式，如在水資源量評價中，在評價地表水的時候?qū)⒌叵滤鳛樵磪R項，評價地下水時候?qū)⒌乇硭w作為源匯項，分別進(jìn)行評價。這種評價模式割裂了地表水與地下水復(fù)雜轉(zhuǎn)化相關(guān)關(guān)系，無法反映水質(zhì)對于資源有效性的影響，不利于水資源的系統(tǒng)配置、聯(lián)合調(diào)度和綜合管理。當(dāng)前地表水-地下水、水量-水質(zhì)聯(lián)合評價也逐漸受到重視，成為水資源評價方法的重要研究方向。
在評價對象方面，以往水資源評價的對象主要是包括地表水和地下水在內(nèi)的徑流性水資源，國際上一些國家甚至只評價地表水資源。而事實上，處于地表和地下之間的非飽和帶中的土壤水資源，始終在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)與環(huán)境建設(shè)方面發(fā)揮重要的作用。隨著水資源稀缺性的凸現(xiàn)，人們開始關(guān)心不同賦存形式水資源的綜合利用，因此土壤水資源已逐漸引起學(xué)術(shù)界和相關(guān)部門的廣泛關(guān)注[8]，世界糧農(nóng)組織已將作為植物生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一的蒸汽流又回到大氣的“綠水”作為重要的研究內(nèi)容。因此，水資源評價的對象逐漸從徑流性水資源為評價通量，向以降水為評價通量拓展。
評價手段方面，早期水資源評價主要依靠統(tǒng)計方法，自20世紀(jì)80年代以來，水資源評價方法逐漸發(fā)展為流域水量均衡方法，聯(lián)合國糧農(nóng)組織為了促進(jìn)各國水資源評價的一致性，進(jìn)一步提出了基于GIS的水均衡模型。近年來，一些學(xué)者嘗試將分布式水文模型技術(shù)引入水資源評價中來，成為水資源評價方法發(fā)展的重要內(nèi)容。隨著3S技術(shù)和計算機的進(jìn)一步發(fā)展，具有物理機制的分布式水資源動態(tài)評價模型將會成為發(fā)展的趨勢。
3結(jié)語
從水資源評價工作的發(fā)展歷程看，水資源評價活動帶有明顯的目的性，在于解決不同時期出現(xiàn)的水資源問題，保證水資源的可持續(xù)開發(fā)和管理。實踐需求是應(yīng)用科學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的源動力，而現(xiàn)代環(huán)境下水資源系統(tǒng)主體演變和客體需求的變化成為推動水資源評價理論和技術(shù)發(fā)展的動力。水資源開發(fā)治理過程中不斷涌現(xiàn)出的水資源問題以及人們對客觀世界的進(jìn)一步深入認(rèn)識，還會促使水資源評價理論方法的長足進(jìn)步和發(fā)展。在人類活動日益顯著的影響作用下，二元動態(tài)評價、水量水質(zhì)聯(lián)合評價、徑流性水資源和非飽和土壤水綜合評價以及分布式模型評價等將會成為今后發(fā)展的趨勢。
4參考文獻(xiàn)（略）
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