李龍兵

（海南省水文水資源勘測局，海南 海口 570203）

0 引言

水資源可利用量是綜合規(guī)劃區(qū)域水資源的節(jié)約、保護、配置、開發(fā)、利用和治理措施的條件，又是進行水資源承載能力分析的基礎(chǔ)[1]。以往在評價一個地區(qū)的水資源量時，通常把這個地區(qū)的所有水量都當(dāng)作實際可利用的水資源量，這樣往往會造成水資源的過度開發(fā)，從而破壞該地區(qū)原有的水生態(tài)平衡[2]。因此，正確評估水資源可利用量比水資源量更具有實際應(yīng)用價值，確定水資源的承載能力和進行水資源合理配置應(yīng)以可利用量為基礎(chǔ)。

目前水資源可利用量的理論體系還未成熟完善，對水資源可利用量研究的途徑與方法差異較大，難以有效地指導(dǎo)實踐[3]。國內(nèi)在水資源可利用量的計算通常采用的方法是倒算法與正算法，倒算法一般用于北方水資源緊缺地區(qū)，正算法多用于南方水資源較豐沛的地區(qū)及沿海獨流入海河流。王永勇[4]結(jié)合珠江片的特點，對珠江片的水資源可利用量進行初步的估算，采用正算法對珠江三角洲計算了地表水資源可利用量。高建芳[5]采用倒算法，從地表水資源量中扣除維護生態(tài)環(huán)境最小需水量的方法，分析計算了艾比湖流域水資源可利用量。研究發(fā)現(xiàn)不同算法對水資源可利用量估算結(jié)果由于其地域空間差異特性而差異較大，需要開展大量典型區(qū)域的實例研究和不斷深入總結(jié)經(jīng)驗和理論探索，而專門針對熱帶海島地區(qū)的研究尚不多見。

建設(shè)海南全島自由貿(mào)易試驗區(qū)（港），水資源是一個不可或缺的重要基礎(chǔ)資源。為確保水資源可持續(xù)利用，全面踐行綠水青山就是金山銀山的理念，保護好海南島的綠水青山，構(gòu)建人與自然、人與水和諧，對海南島水資源可利用量分析十分必要。本研究在堅持可持續(xù)發(fā)展觀點的基礎(chǔ)上，總結(jié)前人的工作經(jīng)驗，用最新的數(shù)據(jù)，用多種方法對海南島的水資源可利用量研究進行初步探討。

1 基本概念、計算方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 基本概念

水資源可利用量估算涉及以下概念：

1）地表水資源量。河流、湖泊、冰川等地表水體逐年更新的動態(tài)水量，即天然河川徑流量。

2）地下水資源量。地下飽和含水層逐年更新的動態(tài)水量，即降水和地表水入滲地下水的補給量。

3）水資源總量。流域或區(qū)域內(nèi)地表水資源量、地下水資源量和兩者不重復(fù)計算量的代數(shù)和。

4）地表水資源可利用量。以流域為單位，在保護生態(tài)環(huán)境和水資源可持續(xù)利用的前提下，在可預(yù)見的未來，通過經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的措施，在當(dāng)?shù)氐乇硭Y源中可供河道外開發(fā)利用的最大水量（按不重復(fù)水量計）。

5）地下水可開采量。在可預(yù)見的時期內(nèi)，通過經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的措施，在不引起生態(tài)退化和環(huán)境惡化的條件下，可持續(xù)從含水層中獲取的水量。

6）水資源可利用量。以流域為單位，在保護生態(tài)環(huán)境和水資源可持續(xù)利用的前提下，在可預(yù)見的未來，通過經(jīng)濟合理，技術(shù)可行的措施，在當(dāng)?shù)厮Y源中可供河道外開發(fā)利用的最大水量（按不重復(fù)水量計）。[6]

1.2 計算方法

1.2.1 地表水資源可利用量

海南島地表水資源可利用量分別采用正算法和倒算法進行計算。

正算法是根據(jù)工程最大供水能力或用水需求的分析成果，以用水消耗系數(shù)（耗水率）折算出相應(yīng)的可供河道外一次性利用的水量。

倒算法是用多年平均地表水資源量減去不可以和不可能被利用水量中的汛期下泄洪水量的多年平均值，得出多年平均地表水資源可利用量。

1.2.2 地下水可開采量

地下水可開采量采用可開采系數(shù)法計算?？砷_采系數(shù)（ρ，無因次）是指某地區(qū)的地下水可開采量（Q可開）與同一地區(qū)的地下水總補給量（Q總補）的比值，即 ρ ＝ Q可開/Q總補。

1.2.3 水資源可利用總量

水資源可利用總量的計算，采取地表水資源可利用量與淺層地下水資源可開采量相加，再扣除地表水資源可利用量與地下水資源可開采量兩者之間重復(fù)計算量的方法估算。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究采用 1956—2000 年的地表水和地下水資源量的數(shù)據(jù)主要來源于 2004 年海南省開展的《海南省水資源調(diào)查調(diào)查評價》[7]，2001—2015 年的地表和地下水資源量、用水量的數(shù)據(jù)主要來源于 2001—2015 年《海南省水資源公報》[8]，有關(guān)地下水分析相關(guān)參數(shù)主要來源于 2000 年海南省開展的《海南島地下水勘測分析》[9]，有關(guān)工程最大供水能力、實際（規(guī)劃）流域引出水量、用水消耗系數(shù)、水稻田和旱田等數(shù)據(jù)主要來源于 2004 年海南省開展的《海南省水資源開發(fā)利用情況調(diào)查評價》[10]。

2 水資源分區(qū)

2.1 海南島水資源概況

海南島位于中國最南端，四面環(huán)海，地處熱帶，是我國最具熱帶海洋氣候特色的熱帶島嶼，全年暖熱，干濕季節(jié)明顯，常風(fēng)較大，臺風(fēng)頻繁，氣候資源多樣，水汽充足，雨量豐沛。海南島為獨立熱帶海島水系，面積為 34 124 km2，水資源較為豐富，多年平均降水量為 1 780 mm，多年平均水資源總量為 320.0×108m3（用 1956—2015 年資料分析），人均占有水資源量為 3 520 m3，比全國平均值多 75%。但由于水資源時空分布不均，與人口、經(jīng)濟布局不相匹配，從而造成了區(qū)域性和工程型缺水并存，水資源短缺和緊張狀況不斷加劇的局面，已經(jīng)成為海南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要制約因素。

2.2 海南島水資源分區(qū)

水資源分區(qū)是水資源可利用量分析的基礎(chǔ)性工作，根據(jù)《全國水資源綜合規(guī)劃技術(shù)大綱》[11]，《全國水資源分區(qū)》[12]和《海南省水資源綜合規(guī)劃工作大綱》[13]，結(jié)合海南島河流水系特點、水資源的自然、社會和經(jīng)濟屬性，按照開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護要求，將流域水系與行政區(qū)劃有機結(jié)合起來進行分區(qū)。將海南島分成 6 個四級區(qū)，即南渡江、海南島東北部、萬泉河、海南島南部、昌化江、海南島西北部，各分區(qū)成果如表1 所示，分區(qū)分布如圖1 所示。

表1 海南島水資源四級分區(qū) km2

3 水資源總量

3.1 地表水資源量

圖1 海南島水資源四級分區(qū)和行政區(qū)示意圖

根據(jù) 2004 年海南省水資源調(diào)查評價和 2001—2015 年海南省水資源公報資料，整理出海南島天然年徑流量系列資料作為海南島地表水資源量分析資料，多年平均地表水資源量為 316.3 億 m3，天然年徑流量系列過程線如圖2 所示。根據(jù)海南島年徑流量系列分析，豐枯懸殊，年際變化較大，但整體呈現(xiàn)增長的態(tài)勢。

圖2 海南島地表水資源量年過程線圖

3.2 地下水資源量

依據(jù) 2002 和 2017 年由水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院編制《全國水資源調(diào)查評價技術(shù)細則》[14]，地下水資源量計算采用補給量法和排泄量法，其中平原區(qū)采用補給量法計算，同時計算排泄量；山丘區(qū)采用排泄量法計算，主要計算河川基流量[15]。

1）山丘區(qū)地下水資源量。海南島山丘區(qū)地下水資源主要為中部基巖裂隙水及零星分布的火山巖裂隙孔洞潛水、巖溶水。海南島山丘區(qū)礦化度（M≤1 g/L）總面積，亦即計算面積為 24 929 km2。在計算海南島山丘區(qū)河川基流量時，主要選用了福才、三灘、乘坡、加報、毛枝、雅亮等 6 個水文站，采用直線斜割法分割計算單站的實測河川徑流量中的河川基流量，建立單站河川徑流量與基流量的關(guān)系曲線，計算各選用水文站控制區(qū)域逐年的河川基流模數(shù)。選用流域與未選用流域水文地質(zhì)特征相似或一致，根據(jù)被移用地區(qū)的多年平均年降水量與選用水文站所控制流域的多年平均年降水量的比值，確定適當(dāng)?shù)念惐刃拚禂?shù)，確定未被選用水文站所控制的區(qū)域逐年的河川基流模數(shù)。按照面積加權(quán)平均法的原則，計算各計算分區(qū)逐年河川基流量系列。1980—2015 年海南島山丘區(qū)的多年平均地下水資源量為 55.65 億 m3。

2）平原區(qū)地下水資源量。根據(jù)地下水動力特征、賦存條件和水文地質(zhì)單元，結(jié)合地貌特征，把海南島平原區(qū)劃分為瓊北臺地、一般沿海、山間等平原區(qū)分別計算評價。瓊北臺地平原區(qū)面積為6 399 km2；一般沿海平原區(qū)面積為 2 634 km2，山間平原區(qū)面積為 162 km2。因海南島地下水資料缺乏，降水入滲補給量只計算分區(qū)內(nèi)水稻田生長期多年平均降水入滲補給量與水稻田旱作期及旱地的多年平均降水和灌溉入滲補給量之和，近似作為平原區(qū)內(nèi)計算分區(qū)的多年平均地下水資源量，沒有計算平原區(qū)內(nèi)其他覆蓋條件下（林地、灌木和草地等）的入滲補給。1980—2015 年海南島平原區(qū)的多年平均地下水資源量為 26.79 億 m3。

3）海南島地下水資源量。采用匯總單元內(nèi)平原區(qū)多年平均地下水資源量與山丘區(qū)多年平均天然河川基流量相加，再扣除由山丘區(qū)河川基流形成的平原區(qū)多年平均灌溉入滲補給量的方法計算，1980—2015 年海南島多年平均地下水資源量為 82.44 億 m3。

3.3 不重復(fù)量計算

計算單元內(nèi)地下水評價類型區(qū)為山丘區(qū)時，地表水資源量為該計算單元的河川徑流量，地下水資源量全部屬于重復(fù)量；地下水與河川徑流不重復(fù)量主要由旱地和水田旱作期的潛水蒸發(fā)量和淺層地下水開采凈消耗量組成。經(jīng)分析計算海南島地下水資源量與地表水資源量不重復(fù)量為 3.69 億 m3。

3.4 水資源總量

海南島多年平均地表水資源量為 316.30 億 m3，地下水資源量與地表水資源量不重復(fù)量為 3.69 億 m3，水資源總量為 320.00 億 m3。各分區(qū)多年平均地表、地下的水資源量和水資源總量如表2 所示。

表2 海南島水資源分區(qū)多年平均水資源總量成果表億 m3

4 地表水資源可利用量計算

4.1 正算法計算

地表水資源可利用量 = 工程最大供水能力×用水消耗系數(shù) + 實際（規(guī)劃）流域引出水量。

用正算法計算得出海南島可利用地表水資源量為 73.94 億 m3，地表水資源量可利用率為 23.4%，地表水資源量可利用量較低，地表水資源量可利用率最高為南渡江 36.0%，海南島東北部最低，僅為10.1%。正算法計算出的地表水資源可利用量偏低，不能充分利用地表水資源。各分區(qū)計算結(jié)果如表3所示。

表3 海南島地表水資源可利用量正算法計算成果表

4.2 倒算法計算

1）河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需要水量。地表水資源量中不可以被利用水量主要為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需要水量，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量是根據(jù)每年最小的月徑流量，組成年最小月徑流量系列，對此系列進行統(tǒng)計分析，取其 p = 90% 保證率情況下的月徑流量為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。由于汛期 5—10 月河道內(nèi)水量較大，并有洪水下泄入海，汛期河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量能得到滿足，僅需在非汛期（1—4 與 11—12 月）考慮河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水，按非汛期 181 d計算河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量，海南島非汛期河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量 31.43×108m3。

2）汛期難于控制利用洪水量。海南島汛期歷時較長，從 5—10 月，主汛期為 8—10 月，并可分為 2 個相對集中的高峰期?？蓪⒀雌诜譃?2 段，即5—7 與 8—10 月，分別計算各段的汛期難于控制利用的洪水量。海南島主要利用南渡江下游龍?zhí)量刂普?、昌化江下游寶橋控制站和萬泉河下游加積控制站進行分析計算，以流域汛期洪水下泄的洪水量作為汛期難于控制利用的洪水量。經(jīng)分析計算海南島汛期難于控制利用洪水量為 145.10 億 m3。

3）地表水資源可利用量。多年平均地表水資源可利用量 = 多年平均地表水資源量-非汛期河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量-汛期難于控制利用的洪水量 =139.80 億 m3。

4）地表水資源量可利用率。地表水資源量可利用率 = 地表水資源可利用量/地表水資源量×100% =44.2%，地表水資源量可利用量較高，地表水資源量可利用率最高為昌江化流域高達 56.5%，最低為萬泉河和海南島東北部，也高達 37.1%。倒算法計算出的地表水資源可利用量偏高，有可能造成破壞水環(huán)境不利影響。地表水資源量可利用率計算成果如表4 所示。

表4 海南島地表水資源可利用量倒算法計算成果表

4.3 地表水資源可利用量的確定

正算法和倒算法計算的地表水可利用總量分別為 73.94 億和 139.80 億 m3，倒算法比正算法計算成果多了 65.87 億 m3，多了 47.1%，正算法和倒算法 2 種方法計算結(jié)果相差較大。由于國際上多認為河流水資源的合理開發(fā)利用率是 30%，極限開發(fā)利用率是 40%[4]。本研究結(jié)合海南島水資源開發(fā)利用程度和海南島河流豐枯懸殊的特點，取 2 種方法計算結(jié)果的均值較為合理（簡稱綜合法），即海南島地表水可利用量為 106.90 億 m3，占地表水資源量的33.8%。各分區(qū)采用的地表水資源可利用量成果如表5 所示。

表5 海南島地表水資源可利用量評價成果表

5 地下水資源可開采量計算

平原區(qū)淺層地下水可開采量采用可開采系數(shù)法計算，根據(jù)《海南島地下水勘測分析》及《地下水資源量及可開采量補充細則》[16]確定海南島各水資源分區(qū)的可開采系數(shù)，計算海南島平原區(qū)淺層地下水可開采量，不同區(qū)域采用不同數(shù)值。山丘區(qū)地下水可開采量與地表水可利用量間重復(fù)計算量即為山丘區(qū)地下水可開采量。海南島的地下水資源可開采量為 20.38 億 m3，其中平原區(qū)淺層地下水可采量為12.35 億 m3，占平原區(qū)地下水資源量的 45.6%；山丘區(qū)地下水可開采量為 8.022 億 m3，占山丘區(qū)地下水資源量的 14.5%。各水資源分區(qū)的地下水可開采量如表6 所示。

6 水資源可利用總量

6.1 水資源可利用總量分析

水資源可利用總量 = 多年平均地表水可利用量 + 多年平均地下水可開采量。

通過分析計算，得到了正算法、倒算法和綜合法 3 種模式下海南島的水資源可利用總量，分別為 94.31 億、160.00 億和 127.20 億 m3，水資源可利用總量大的量比少的量多了 65.69 億 m3，由此可以看出不同的計算方法，水資源的可利用量相差比較大，建議采用綜合法計算成果 127.20 億 m3作為海南島水資源可利用總量，該總量總體沒有超過 40%可利用極限，又可充分利用海南島水資源，該成果是合理的。計算成果如表7 所示。

6.2 水資源開發(fā)利用程度分析

根據(jù)海南島 2011—2015 年近 5 a 用水量分析，海南島近 5 a 平均年用水量為 45.05 億 m3，水資源開發(fā)利用率為 14.1%，開發(fā)利用程度最高的海南島西北部為 26.7%，最低的為萬泉河流域僅為 5.9%，最高的是最低的 4.5 倍。同全國近 5 a 平均水資源開發(fā)利用率 21.6% 相比，海南島的水資源開發(fā)程度還是比較低的。近 5 a 各水資源分區(qū)水資源開發(fā)利用情況比較如表8 所示。

6.3 水資源開發(fā)利用潛力分析

根據(jù)海南島近 5 a 水資源開發(fā)利用程度分析，采用綜合法計算成果相對比較合理，因此，建議綜合法計算成果可作為海南島多年平均水資源可利用總量成果，多年平均水資源可利用總量為 127.20 億 m3，占水資源總量的 39.3%。通過對水資源可利用量和開發(fā)利用分析，可以看出，海南島不僅水資源量地區(qū)分布不均，水資源可利用量地區(qū)之間的差異也大，開發(fā)利用程度也是明顯有高有低。海南島東北部和西北部開發(fā)利用程度高，但水資源可利用總量小，未來可開發(fā)利用的水資源總量有限，為了保證重點區(qū)域用水，需要考慮從其他流域調(diào)水。但昌化江和萬泉河開發(fā)利用程度低，水資源可利用量相對較大，可以考慮向其流域調(diào)水，但應(yīng)首先滿足本流域的用水需求。

表6 海南島地下水可開采量統(tǒng)計表

表7 海南島水資源可利用總量

表8 海南島省水資源分區(qū)近 5 a 水資源開發(fā)利情況統(tǒng)計表

7 結(jié)語

水資源可利用量計算受多因素影響，尤其是地表水資源可利用量的估算，目前尚無概念明確、易于操作的計算辦法。不同算法對水資源可利用量估算結(jié)果由于其地域空間差異特性而差異較大，本研究專門針對熱帶海島地區(qū)進行水資源可利用量估算。

1）通過對地表水資源可利用量和地下水可開采分析計算，合理確定海南島多年平均水資源可利用總量 127.20 億 m3，占水資源總量的 39.3%。

2）海南島不僅水資源量地區(qū)分布不均的問題較突出，水資源可利用量地區(qū)之間的差異也十分明顯，地區(qū)開發(fā)利用也高低差異較大。

3）海南島東北部和西北部開發(fā)利用程度高，但可開發(fā)利用的水資源總量有限，為了保證重點區(qū)域用水，需要考慮從其他流域調(diào)水。萬泉河和昌化江開發(fā)利用程度低，水資源可利用量相對較大，可以考慮向其流域調(diào)水，但應(yīng)開展充分的分析論證。

結(jié)合海南島總體水資源豐富，但時空分布不均的特點，估算了水資源可利用量，為海南島水資源可持續(xù)合理利用及水資源配置提供了一定依據(jù)。但如何準(zhǔn)確確定水資源的可利用量還有很多工作要做，如在計算水資源的可利用量時，還應(yīng)充分考慮生態(tài)需水量和地下水儲量的動態(tài)性、航運用水、景觀用水等，這些都還需要作進一步的研究。