黄河流域地表水资源超载状况及治理措施.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023水资源短缺已经成为制约黄河流域生态保护与高质量发展的关键因素，随着近30 a黄河来水量显著减少 1，水资源供需矛盾进一步加剧。“八七”分水方案的出台和运用，有效控制了流域用水需求增长，协调了各省（区）的用水关系，但仍有部分省（区）存在超指标用水情况，与当前水资源刚性约束制度的贯彻落实不协调。水资源超载是流域或区域水资源过度开发利用的重要标志。十八届三中全会审议通过的 中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定 提出，“建立资源环境承载能力监测预警机制，对水土资源、环境容量和海洋资源超载区域实行限制性措施”，因此水资源超载评价和治理将成为未来一定时期的研究热点。近年来水资源问题备受国内外学者关注，随着人民对水的需求从“有没有”向“好不好”转变，高质量生活的刚性需求增长与水资源短缺的矛盾日益突出。当前相关研究主要集中在水资源承载力等方面，1995年施雅风率先提出水资源承载能力的概念，汪恕诚、夏军、左其亭、王建华等先后提出较有代表性的观点2-3，但尚未形成公认的概念。而关于水资源超载方面的研究，往往伴随着水资源承载力的分析提出相关结果，更多是水资源利用的监测和预警等，在判定不同区域水资源利用是否超载和评价超载程度等方面的研究相对较少。因此，本研究拟采用经验公式法对黄河流域水资源超载状况进行分析，探讨超载原因并提出针对性的治理措施，以期为促进流域水资源、经济社会和生态系统的均衡协调发展提供参考。1黄河流域地表水资源超载状况分析1.1数据与方法研究区为黄河流域九省（区），采用19992020年长系列水资源开发利用资料。按照可操作、可度量、可监测等原则，选取黄河耗水量指标开展黄河流域地表水资源超载状况分析。采用水利部水利水电规划设计总院2016年制定的 建立全国水资源承载能力监测预警机制技术大纲 中的水量要素评价推荐公式：I=W/W0式中：I为采用黄河耗水量计算得到的水量要素评价系数；W为黄河地表水分配的耗水指标；W0为黄河地表水实际耗水量。依据黄河地表水分配指标和实际耗水量等有关资料，建立水资源开发利用基础台账。参考 资源环境承载能力监测预警技术方法（试行）中关于水量要素超载阈值的划定标准，将区域评价结果划分为水资源严重超载、超载、临界超载和不超载4个等级：I1.2为严重超载，1.0I1.2为超载，0.9I1.0为临界超载，I0.9为不超载。1.2评价结果（1）按“丰增枯减”原则确定年度水量分配指标。按照“同比例丰增枯减、多年调节水库蓄丰补枯”原则，制定年度各省（区）可供耗水量分配方案。方案制定步骤：首先根据当年汛期来水、各省（区）用水和非汛期长期径流预报分析，确定年度花园口站天然径流量；然后依据“八七”分水方案和相关规划，考虑长期径流预报、骨干水库蓄水情况、沿黄省（区）用水计划建议等因素，确定年度黄河可供耗水总量；最后根据各省（区）分配比例，确定各省（区）黄河可供耗水量分配计划。（2）沿黄各省（区）实际耗用黄河水量。采用 黄河水资源公报（19992020年）统计数据，黄河各省（区）地表水耗水量是指地表水取水量扣除其回归到黄河干、支流河道后的水量。19992020年沿黄各省（区）多年平均总耗水量为307.3亿m3。（3）沿黄各省（区）地表水资源超载状况评价。根据19992020年长系列计算的各省（区）多年平均超载状况结果见表1、表2。总体来看，全河实际耗水量并未超出分配指标，处于临界超载状态，但甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区和山东省多年平均实际耗水量明显超出分配指标，即出现地表水资源超载，按照超载程度划分，山东省属于严重超载，甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区属于超载。其中：山东省19992020年有20 a处于超载状态，其中11 a为严重超载，多年平均实际耗水量超出分配水量15.4亿m3；内蒙古自治区超出分配水量8.3亿m3；宁夏回族自治区超出分配水量3.3亿m3；甘肃省超出分配水量2.9亿m3。在黄河流域统一调度和管理水平不断提高的情况下，甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区20112020年超载情况明显有所改善，特别是甘肃省、宁夏回族自治区20112020年未出现严重超载，20182020年未出现超载现象，处于临界超载或不超载状态。1.3超载原因分析（1）黄河水资源禀赋不足。水资源短缺是黄河流域面临的最大问题。流域多年（19562000年）平均水资源总量647亿m3，不到长江的7%，人均水资源量473 m3，为全国平均水平的23%；而水资源开发利用率高达80%，远超40%的国际生态警戒线。19862016年黄河天然径流量显著减少，19562016年系列黄收稿日期：2022-06-15作者简介：赵云（1987），男，河南信阳人，高级工程师，硕士，从事水资源规划与调度研究工作E-mail：zhao-黄河流域地表水资源超载状况及治理措施赵云1，2，赵新磊1，2，蒋桂芹1，2（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州 450003）摘要：为客观评价黄河流域地表水资源超载状况，基于水资源开发利用长系列资料分析，采用经验公式法对黄河地表水资源超载进行评价，提出技术路线与评价标准，分析沿黄各省(区)水资源超载程度，探讨原因并提出治理措施。结果表明：山东省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区和甘肃省长期处于黄河地表水超载状态，部分年份严重超载，但随着管理水平逐渐提高，20112020年宁夏回族自治区和甘肃省地表水超载状况有所缓解。关键词：黄河流域；地表水；超载；治理措施中图分类号：TV213.4；TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.018表119992020年黄河流域各省（区）多年平均超载状况省（区）青海四川甘肃宁夏内蒙古陕西山西河南山东河北/天津全流域实际耗水量/亿m310.70.229.538.259.526.118.541.376.56.7307.3分配指标/亿m312.40.326.835.251.633.537.948.861.615323.2超用水量/亿m32.93.38.315.4超用比例/%1191625超载等级超载超载超载严重超载临界超载 34人 民 黄 河2023年S1（下转第37页）河多年平均河川天然径流量减少至499亿m3，较“八七”分水方案的天然径流量580亿m3减少14%。因此，水资源短缺是造成超载的关键因素。（2）刚性用水需求的增长。通过19992020年长系列实际耗水量分析，20102020年黄河流域实际耗水量为335亿m3，较19992009年实际耗水量280亿m3增加20%，用水需求的增长进一步加剧水资源短缺，是造成水资源超载的主要原因。同时，各省（区）引黄水用于农业的占比相对较高，2020年黄河流域农业耗水量为 231 亿 m3，占总耗水量 354 亿 m3的65%。（3）节水水平有待提高。20002020年“八七”分水方案的实施推动黄河流域用水效率大幅提高，黄河流域人均用水量、农田单位面积灌溉用水量、万元工业增加值用水量等指标均显著降低，特别是农田实际灌溉定额由 2000 年的 6 735m3/hm2减少到现状的5 520 m3/hm2，但农业节水灌溉面积比例和农田灌溉水有效利用系数等指标仍有待提高，工业生活等节水水平有待加强，再生水利用率有较大提升空间。（4）流域外供水任务重。据统计，20092020年黄河流域年均向流域外供水111.3亿m3，2020年流域外黄河地表水取水量和耗水量均为121.3亿m3，分别占黄河供水区地表水取水量和耗水量的29.5%和35.2%。在流域内严峻的缺水形势下，还向流域外输出近1/3的供水，其中山东省在南水北调东线指标未完全消纳的情况下超用黄河水，是造成超载的主要原因。2黄河流域地表水资源超载治理措施（1）节约用水。水资源超载治理核心是节水，以节水促发展。一直以来国家高度重视节水工作，提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，强调“从观念、意识、措施等各方面都要把节水放在优先位置”。近年来随着黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略持续深入推进，要进一步提升水资源节约集约利用水平，特别是水资源超载地区，要坚持节水优先，把节水作为受水区的根本出路，长期深入做好节水工作。（2）严格水资源监管。水资源超载治理本质是强监管，以监管约束用水。要严格贯彻落实强监管和“管住用水”等政策要求，按规定暂停新增取水许可。开展取水工程设施核查登记；加快水资源监测体系建设，将江河重要断面、重点取水口、地下水超采区作为主要监控对象；安装取用水在线监测计量设施，并将监测结果实时传输到取水主管部门。（3）水源置换。水资源超载治理关键是增水源，以“开源”保刚需。“节流”的同时也要“开源”，即通过水源置换减少引黄水量，加快推进跨流域调水工程实施，从根本上扭转水资源超载局面。其中：南水北调西线工程是从长江上游调水解决黄河流域缺水的跨流域调水战略工程，是解决黄河流域缺水和超载问题的根本措施；南水北调东中线后续工程的加快实施，将有效置换黄河流域下游河南省、山东省的引黄水量；另外，引汉济渭、白龙江引水等工程建设，也将有效缓解超载局面。（4）产业结构调整。水资源超载治理重点是产业结构调整，以降耗实现绿色高效。针对黄河流域水资源超载地区，要加快形成水资源节约集约利用的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局。农业方面，调整种植结构，压减高耗水作物规模；工业方面，严格控制高耗水项目盲目上马；城乡生活方面，限制新建各类开发区和发展高耗水服务行业。3结语（1）通过黄河耗水量评价黄河流域地表水超载程度，是实际管理中相关政策实施的重要参考。（2）沿黄各省（区）中山东省黄河地表水资源超载程度最为严重，多年平均情况超用水量占分配水量的25%；内蒙古自治区、甘肃省和宁夏回族自治区多年平均超用水量占分配水量比例分别为16%、11%和9%。超载原因主要是水资源禀赋不足、刚性用水需求增长、用水效率偏低及流域外供水任务重等。（3）在黄河流域统一调度和管理水平不断提高的情况下，20112020年超载情况有所改善，特别是甘肃省、宁夏回族自治区20182020年未出现超载现象。表219992020年黄河流域典型省（区）水资源超载状况亿m3年份1999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020平均甘肃超用比例/%115273529167912889199913142315-2-4-1111超载等级超载超载严重超载严重超载严重超载超载超载超载超载超载超载超载超载超载超载超载超载严重超载超载临界超载临界超载不超载超载宁夏超用比例/%2419323924132001847-21-331214139-5-3-49超载等级严重超载超载严重超载严重超载严重超载超载严重超载临界超载超载超载超载临界超载超载临界超载超载超载超载超载超载临界超载临界超载临界超载超载内蒙古超用比例/%35305059151618920-2142212-1162218186-13916超载等级严重超载严重超载严重超载严重超载超载超载超载超载严重超载临界超载超载严重超载超载临界超载超载严重超载超载超载超载临界超载超载超载超载山东超用比例/%441428792-16-629111516201816225265544415341625超载等级严重超载超载严重超载严重超载超载不超载临界超载严重超载超载超载超载严重超载超载超载严重超载严重超载严重超载严重超载严重超载超载严重超载超载严重超载 35人 民 黄 河2023年S12.3基于宣传教育功能的人文水利数据资源教育功能是当代人文重要工作，通过节水、水土保持等教育基地的建设，向公众形象展示计划用水、节约用水和保护水环境的重要性，调动人们保护水资源、维护水秩序、爱护水环境的积极性，在全社会形成节水、惜水、爱水的良好氛围。在2022年全国水利工作会议上，水利部部长李国英指出，“要深入实施国家节水行动，强化宣传教育，向全社会宣传推介公民节约用水行为规范，增强全民节约用水意识。要推进水土流失综合防治，推进全国水土保持高质量发展先行区建设和国家水土保持示范创建”。德州市节水教育数据采集源应包括德州市、乐陵市、陵城区节水教育基地，德州市水利局和临邑县等7个县级水利行业节水机关，德城区、齐河县、平原县等7个县域节水型社会。水土保持教育数据采集源应包括乐陵碧霞湖水土保持科技示范园、临邑县红坛寺水土保持科技示范园、平原县赵王河水土保持生态文明重点建设项目、夏津县前屯省级风沙片综合治理工程、李家岸灌区绿化工程等。采集的信息应包括：项目的介绍和基础信息、地理信息、监测设备信息、实时人流量信息等。3人文水利的大数据平台建设方案3.1大数据平台的总体架构设计人文水利数据涵盖水利全部业务职能，包括政策法规、水利管理、水利工程、生态景观、教育基地、历史文化、水利文献等多方面的数据，这些数据获取方式、数据存储类型、信息传输模式种类繁多、时间和空间跨度大、数据量巨大。如何将庞大的数据汇总到一个平台上，全方位展示人文水利的脉络和成果，就必须利用大数据技术，开展数据采集、进行数据处理、设计数据应用，通过构建完整的大数据平台，实现人文水利的信息需求。按照功能需求，大数据平台将整合各类系统、应用、数据采集终端、数据库，并将数据导入大数据平台，通过计算处理后为应用程序提供数据输出和展示。3.2数据采集功能实现大数据平台数据采集需要将终端、互联网、水利各类业务系统、电子图书馆和单机服务器等产生的数据同步传输到大数据系统中。鉴于数据传输形式的不同，需要通过不同的技术手段来实现采集工作。实时数据同步可以利用Sqoop技术，在分布式系统基础架构下，实现Hadoop与传统的数据库（MYSQL）之间进行数据传递；利用Pandas将大量静态数据以Excel、CSV、SQL、TXT、HTML文件形式进行高效、快速、便捷的批量导入；利用Nutch、Crawler4j等网络工具，通过爬虫或网站公开API等方式，从网站上获取数据信息，将非结构化数据从网页中抽取出来，存入分布式存储系统；利用5G、物联网等传输技术，将终端信息传输至大数据平台。采集的数据通过ETL（数据仓库技术）最终实现有效利用。3.3数据处理功能实现数据处理功能是大数据平台的运行核心，系统采集的数据在 进 入 数 据 存 储 之 前，需 要 通 过 ETL（Extract-Transform-Load）进行数据抽取、数据清洗转换、数据加载，将分散零乱、标准不统一的数据进行有效整合，按照标准的ETL架构，形成标准HDFS（分布式文件系统）的存储格式，并对数据进行分析预处理，将不同类型数据存放到不同的功能服务器，如基础信息、索引信息、日志信息、可视化互联、算法和模型服务器等，并按照分布式架构完成存储系统的统一调度。数据存储采用分布式结构。通过分布式存储，可以将数据分散存储在多个独立存储服务器中，减轻单个数据服务器的存储压力。可以通过对人文水利的需求数据量，动态分配所需要的计算节点，动态地将数据在结点间迁移，实现负载均衡。目前可以利用德州市政务云的云服务器，搭建分布式存储架构，实现大数据平台的云存储，大幅度降低成本和能耗。据统计，使用政务云可以将电子政务运行成本降低30%、基础设施利用率提升85%、信息系统建设周期缩短一半、财政资金使用效率提高2倍。4结语大数据时代的到来，改变了人们生活的各个方面。水利作为国民经济生活的重要领域，必须加强与各方面的数据交流和联系，打破信息孤岛效应，真正发挥水利的人文效能，充分展示贯穿在德州水利方面的人文历史和文明成果，让人文水利惠及全民。人文水利的大数据平台的建设研究，是响应水利部“十四五”智慧水利建设这一重大部署的理解和思考，是对德州市现有水文化信息建设方面的归纳和总结。（1）通过人文水利大数据平台的建设，可以整合德州市人文水利的数据资源，将现有水利体系和德州市水文化相关的其他人文体系整合到可高效利用的平台中，为德州市人文领域建设提供必要的支持。（2）大数据应用的技术具备先进性、实用性，并得到充分应用，有着丰富的参考案例，因此本文的人文水利大数据平台设计具备可行性，可以利用未来发展的技术进一步完善提升，推动人文水利大数据应用的提档升级。参考文献：1 闫云星.近十年我国数字人文项目研究 J.传媒论坛，2021，4（19）：173-174.2 邓君，孙绍丹，王阮，等.美国29所高校数字人文项目研究内容解析 J.情报资料工作，2020，41（3）：31-40.3 于纯良，吴一平，白如江，等.数字人文视域下稷下学语义计算平台建设研究 J.图书馆建设，2022（2）：141-149.【责任编辑张华兴】（上接第35页）考虑水资源超载受多种因素的影响，其研究方法及评价指标十分复杂。水量、水质和水生态等重要指标的变化，均可以导致水资源出现不同程度的超载；区域人口变化、产业结构调整及重大战略实施等对水资源刚性需求强烈，也是加剧区域水资源超载的重要原因。如何科学合理评价各要素对水资源超载程度的影响并制定切实可行的治理措施，仍需在以后的工作中进一步研究。参考文献：1 王煜，彭少明，武见，等.黄河“八七”分水方案实施30 a回顾与展望 J.人民黄河，2019，41（9）：6-13，19.2 左其亭，张修宇.气候变化下水资源动态承载力研究 J.水利学报，2015，46（4）：387-395.3 王建华，姜大川，肖伟华，等.水资源承载力理论基础探析：定义内涵与科学问题 J.水利学报，2017，48（12）：1399-1409.【责任编辑张华兴】37