现代水文学8第八章水资源可再生性理论与评价

左其亭，王中根著，现代水文学

．100 ．第八章水资源可再生性理论与评价

近年来，日益严重的水资源问题对人类生存、经济发展和世界和平构成了极大的危害。据世界银行最新报告，全球近40%的人口得不到足够的洁净用水，约1/3人口生活在中度和严重缺水地区。联合国早在1997年《世界水资源综合评估报告》中就指出：“缺水问题将严重地制约21世纪经济和社会发展，并可能导致国家间的冲突。”

水资源危机的出现迫使人们积极探讨水资源可持续利用的具体方法与途径，开发利用水资源也进入了“资源水利”的新时代（汪恕诚，1999）。实现水资源可持续利用，一是加强管理，改变观念，面向生态，面向可持续发展；二是加强水资源水文学基础研究，探讨水资源可持续利用的物理机制。其中，水资源可再生性及其维持机理的研究是一个十分关键的问题，也是现代水文学和水资源学研究的前沿问题。本章仅对水资源可再生性的基本理论与评价作简要的介绍与探讨。

§8.1 水资源可再生性概念

人们早已知道水是可以重复利用的可再生性资源。水的可再生性直接来源于地球上不同尺度的水文循环过程。如何认识水的可再生性？如何从水文循环基础出发，探讨水资源的生成与演化规律以及可再生性维持机理？是摆在现代水文学和水资源学面前的一大难题。也是现实生活中解决诸如“黄河断流”等重大水资源问题所必须解决的理论基础问题。

目前，关于水资源可再生性的理论体系尚在形成之中。许多基本概念还需要进一步的讨论和完善。作者曾参加过刘昌明院士主持下的国家“973”重点项目(G1999043605)“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”，对水资源可再生性的概念、描述方法和评价理论进行了全面的研究。本节首先基于水资源的概念，探讨了水资源可再生性的内涵与实质。

8.1.1 水资源的概念

水资源的含义十分丰富，具有广义和狭义之分。广义的水资源，是指地球上水的总体。如，在《英国大百科全书》中，水资源被定义为“全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水”。在《中国大百科全书》（水利卷）中也有类似的提法，定义水资源为“自然界各种形态（气态、液态和固态）的天然水”。

狭义的水资源，是指与生态环境保护和人类生存与发展密切相关的、可以利用的、而又逐年能够得到恢复和更新的淡水，其补给来源为大气降水。该定义反映了水资源具有下列性质：（1）水资源是生态环境基本要素，是人类生存与发展不可替代的自然资源；

（2）水资源是在现有技术经济条件下通过工程措施可以利用的水，且水质应符合人类利用

第八章水资源可再生性理论与评价

的要求；

（3）水资源是大气降水补给的地表、地下产水量。

（4）水资源是可以通过水文循环得到恢复和更新的资源。

8.1.2 水资源可再生性的内涵

水资源是一种逐年能够得到恢复和更新的可再生资源。水资源的可再生性是指流域（或单元水体）水资源在水量上损失后（如蒸发、流失、取用等）和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其它途径）可以得到恢复（即更新）的一种综合能力。水资源的可再生性与水量、水质有直接联系。如果细分水资源可再生性，主要表现在两个方面：①水资源量可再生性；②水资源质可再生性。

8.1.2.1 水资源量可再生性

水资源量可再生性是指流域（或单元水体）水资源在水量上被损失后（如蒸发、流失或取用等），通过大气降水和其它途径可以得到恢复（即更新）的一种能力。它与流域蓄水特性、水循环过程的周期性、水体的补给以及更新速率有联系。

维持水资源量可再生性是有条件的。由于一定时段内（如年）流域降水量和蓄水容量是有限的，水资源的更新能力也是有限的。当水资源被超量开采（例如动用了地下水的静态储量），会影响流域水资源的恢复能力；当超量状态持续下去，水循环的补给与输出平衡关系遭到破坏，超过了水资源可更新的最低限度，将导致水资源的不可更新。

为了维持流域水量的可再生性，一般要求流域（或区域）水资源的平均时段（如年）耗用量不超过流域（或区域）的多年平均水资源量，那么被耗用的水资源量可以通过大气降水得到恢复和补充。因此，流域水资源量可再生性与时段内（如年）流域的耗水量和流域内产水量有着密切的联系。而影响流域产水与耗水的因素（如地形、地貌、土壤、植被、气候、降水、以及人类活动的用水和排污等等），是影响水资源量可再生性的主要因素。以上的分析同样适用于单元水体水资源量可再生性。

8.1.2.2 水资源质可再生性

就水资源可再生性问题而言，只谈水资源的量是不完整的。因为即使有一定量但是受到严重污染的水体，也不能称为“水资源”。因此，研究水资源可再生性必须考虑水资源量和质这两个方面。水资源质可再生性是指水资源所赋存的水体在水文循环过程中，遭受自然或人为污染后，通过水体的自净功能使水质得以恢复的一种能力。水资源质的可再生性与水体的纳污和自净有着密切的联系。当污染物进入水体的强度低于水体的自净能力时，或者污水排放量处于水体环境容量以内时，水质将可以恢复，此时水质具有可再生性。反之，水质将恶化，水质可再生性遭到破坏。

水资源量的可再生性与水资源质的可再生性有着天然紧密的联系，水资源量可再生性直接与水文循环特性有关，它是水资源质可再生性的基础，水资源质可再生性与人类活动排污直接联系。例如，河流在枯水期水体更新慢，水资源量可再生性小。在同等排污情况下，枯水期水

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．102 ． 质比丰水期的差，水资源质可再生性也就小。

水资源量可再生性和水资源质可再生性综合决定了水资源整体的可再生性。只有当水资源量和质的可再生能力都大时，水资源的可再生性才高。这是因为水资源内涵包含水量和水质两方面含义，水量的亏损和水质的污染都是对水资源的一种损耗。从以上的分析中可以看出，水资源可再生性离不开水文循环过程。

§8.2 水资源可再生性描述方法

水资源可再生性包括水量可再生性和水质可再生性两个方面，其中水资源量可再生性是水质可再生性的基础。由于研究的阶段性，本文仅探讨水资源量可再生性的问题，重点研究水资源量可再生性的定量描述、评价指标和评价方法等几个关键性问题。图8.2.1是水资源量可再生性理论研究框架。

图8.2.1 水资源量可再生性理论研究框图

从图8.2.1可知，目前水资源可再生性的研究对象总要定位于水文循环陆面过程中的流域系统。研究思路是：首先，基于DEM 将流域分成若干个相互联系的水文响应单元。其次，通过流域分布式水文模型的模拟计算，得到每个单元用于度量和评价水资源量可再生性的基础数据。最后，再综合计算和评价流域水资源量的可再生性。其中单元水体水文循环特征的描述和水资源量可再生性的度量是研究的核心与基础。

8.2.1 单元水体水资源量可再生性的度量