变化环境下辽宁省水资源适应性利用对策研究

付新荣

(海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

水是保护生态系统环境、维持经济社会发展和地球生命系统的基础资源，对人类的生产生活发挥着决定性作用。因此，人类活动及自然变化带来的叠加影响应与水资源开发利用适应，并在此基础上采取合理的措施协调人水关系。由于辽宁地区的气候干旱，人水关系极不协调，加之温度变化剧烈、生态环境脆弱、植被覆盖率低等因素，故亟须掌握其水资源时空变化规律以研究适应性利用对策。

目前，诸多学者研究了人类活动和气候变化下的水资源利用对策及其时空演变规律，并取得丰硕的成果。赵娜娜等以研究了气候变化对湿地径流的影响以及不同气候情景下的径流变化趋势；王国庆等以山西省岚河流域为例，利用水文模拟分析了河川径流受人类活动和气候要素的影响；Ngom等探究了塞内加尔的水资源演变与人类活动之间的影响关系；张慧等结合水文气象和遥感影像资料，研究了气候变化下的冰川以及水资源的影响；克里木等以新疆为例，结合水资源利用现状及其禀赋条件，从水资源空间均衡和合理利用的角度提出长期战略对策；左其亭等提出了关键问题、解决途径和利用推责，探讨了适应性利用模式、空间均衡和应用框架等，但仍需进一步研究水资源演变下的适应性利用问题[1-2]。鉴于此，文章拟研究变化环境下的水资源适应性利用战略框架和分析水资源时空变化特征。

1 水资源时空变化特征

1.1 研究区概况

辽宁省位于E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′范围，总面积14.75万km2，海岸线总长2920 km，沿海有大小岛屿266个，是我国重要的老工业基地。该区域属温带半干旱半湿润季风气候区，气候特征为干燥多风，日照丰富，雨热同季，四季分明，年均气温5-10℃，日照时数2270-2290h，年降水量600-1100mm。入海河流有浑河、太子河、辽河、沿海诸河，入境河流有浑江、柳河、西辽河、东辽河、大凌河支流，出境河流有老哈河支流、辉发河支流、东辽河支流和青龙河，入国际河流有蒲石河、浑江、叆河、鸭绿江等河流。

因自然地理条件不同各地的气候存在明显差异，境内降水具有区域性和季节性特征，6-8月主汛期降水集中且以强降雨或暴雨为主。虽然河网水系发达，径流量大，水资源量较丰富，但独特的地形地貌和复杂的气候环境使得水资源存在开采成本高、边际效益低、可开发总量少、开采难度大等特点，加之蒸散发强、日照强烈、缺水等因素，境内生态系统非常脆弱。此外，用水效率低、水环境保护滞后、水资源时空分布不均等严重制约了区域经济发展。

1.2 水资源开发利用及时间变化特征

辽宁省水资源计算面积14.55万km2，2011-2019年降水量(平均值898.98亿m3)比1966-2010年多年平均少8.9%，地表水(平均值215.46亿m3)比多年均值少28.8%，水资源总量(平均值249.85亿m3)比多年均值少26.9%；产水系数0.28，比多年值少19.8%。辽宁省水资源量分段比较表，见表1；历年降水量及水资源总量变化趋势，见图1。

表1 水资源量分段比较表 亿m3

图1 历年降水量及水资源总量变化趋势

2011-2020年，辽宁省总用水量缓步升高，由130亿m3增加到140多亿m3。用水量主要分三大块：城镇生活、工业、农业。用水增长点主要在城镇生活和农业，城镇生活用水包含城镇居民生活、三产、建筑业，由14亿m3跃升到17亿m3，由此可以看出城镇化步伐不断加快，生活用水水平的显著提高。工业用水，从2010年的24.5亿m3降低到2015年的20.1亿m3，又逐步攀升到最后的25.4亿m3。这个变化趋势前半段主要体现了工业经济转型，也体现了节水型社会和工业的要求。后半段主要体现在振兴老工业基地、沿海经济带、沈阳经济区战略的实施拉动了工业经济的增长。农业用水前半段维持在80亿上下，后半段用水增长到约87亿m3，主要体现了辽宁节水灌溉面积的增加。2011-2020年用水水量变化趋势图，见图2所示。

图2 2011-2020年用水水量变化趋势图

1.3 水资源时空变化及均衡调控分析

辽宁省水资源空间分布不均，北部、南部和中西部水资源匮乏，而东部水资源较丰富。东部的抚顺、本溪、丹东地区无论是人均还是水资源总量，均明显高于其它地区，三市水资源总量为149亿m3，占全省的43.6%。丹东、本溪、抚顺人均占有量分别为3538m3、2088 m3、1368 m3。中西部、南部和北部地区人均水资源占有量在262-838 m3之间，水资源匮乏程度可见一斑。因此，各地区的水资源差距悬殊，在空间分布上呈极不均衡的特征。从水资源开发利用程度上，部分流域开发过度，如浑河、大辽河及太子河干流、柳河口以下的地表水开发利用程度较高超过了国际公认40%；部分河流开发利用率较低如滦河山区、鸭绿江的浑江口以上、浑江口以下，开发利用率<5.1%。滦河山区、沿渤海西部诸河、浑河地下水超采，辽河干流柳河口以上、浑江口以下、丰满以上，地下水开发利用程度较低。

辽宁省水资源的空间分布与经济发展布局明显不匹配，部分地区水资源承载力难以维持当地经济可持续发展，并导致一系列生态环境问题。为转变水资源空间分布不均衡的现状，最大程度的满足各地用水需求，可通过跨流域或区域调水工程加大引调水力度，优化水资源分配格局。近年来，辽宁省结合水资源分布特点和水资源供需分析结果，以已建和拟建的大中型工程为依托，从南、中、北三线构建“东水济西”的总体配置格局，具体如下：①北线工程：以辽西北供水工程为主，由清河、柴河、南城子、榛子岭、闹德海、白石、阎王鼻子、青山、锦凌、猴山水库组成，解决辽宁西北部地区生态环境、农业、城乡生活和工业需水要求(覆盖葫芦岛、锦州、朝阳、阜新、铁岭5市和沈阳北部)；②中线工程：以大伙房水库输水工程为主，由观音阁、汤河、葠窝、大伙房水库组成，解决辽宁中部六城市工业与生活、浑太流域农业及生态环境、大连市的近期工业与生活用水要求(包括本溪、抚顺、沈阳、鞍山、辽阳、盘锦、营口、大连8个市)；③南线工程：由规划中的引洋入连工程，已完工的三湾水利枢纽、铁甲水库、碧流河水库、引英入连、引碧入连等工程组成，满足东南及辽南用水需求(覆盖丹东、大连2市)。“东水济西”三线工程的建成，并配合合理利用和有效管理地下水资源，能够有效解决辽宁水资源短缺问题。考虑到辽宁省河流众多、地形地貌复杂的实际，其水资源调配难度大，未来积极探索更加科学的水资源调配线路，将水资源适应性利用与空间均衡管控相结合，制定可行的开发对策，促使区域经济社会发展、水资源天然分布与水资源开发利用相适应。

1.4 不同气候模式下水资源演变规律

实践表明，必须考虑人类活动和未来气候变化的影响才能实现水资源的合理开发利用。对辽宁省水资源在未来气候变化下的情势进行科学评估啊，这是制定水资源适应性利用战略框架及对策的关键。文章选择MPI-ESM-LR、CNRM-CM5和Can ESM2三种模拟能力较好的CMIP5全球气候模式，设定温室气体排放为RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6三种情景，以rlilp1集合成员作为情景输出模式，并将栅格数据利用算术平均法处理，从而获取面平均值，以1990-2020年为基准期，以此揭示辽宁省未来降水变化幅度和趋势，如图3所示。

从图3可知，2021-2050年不同气候模式下预估降水量较基准期平均降水量均偏多，仅个别年份偏低，不同排放情景在此趋势中的表现存在显著差异，即PCR2.6情境下降水偏低年份出现最多，而RCP8.5、RCP4.5情景下基本相当。深入分析发现，气候选用升温模式是产生以上现象的主要原因，气候变暖会加速循环并导致辽宁地区降水偏多。另外，从气温等变量的角度上，不同气候模式预估的降水结果具有明显的不确定性，可通过线性拟合利用趋势线更好地反映未来降水变化趋势。具体而言，在不同排放情景下CNRM-CM5和Can ESM2两种模式都呈现出上升趋势，线性升率处于(2.72-9.01mm)/10a和(3.65-7.30mm)/10a；在RCP4.5和RCP2.6排放情景下MPI-ESM-LR模式呈现出下降趋势，而在RCP8.5情境下呈现出小幅上升趋势。通过多模式平均分析，较基准期辽宁未来多年平均降水量在3种不同排放情境下分别增加21.6%、20.2%、15.7%。

(a)RCP2.6

(b)RCP4.5

(c)RCP8.5

综上所述，辽宁地区未来降水增多有利于增大水资源量，而水资源蒸散发量会随气温的升高而增大，同时降水的空间、年际和年内差异性变化，将进一步改变水资源现有的时空分布格局，水资源开发利用复杂性加大，亟须调整水资源的现有利用方式。同时，水资源承载能力的需求程度将在人类活动更高强度作用下而加大，破坏生态环境的力度也会有所增强。因此，为推进辽宁地区高质量持续发展必须对水资源合理开发利用，考虑未来的变化和现状水平提出相应的水资源适应性利用战略框架及对策。

2 变化环境下水资源适应性利用对策

2.1 水资源适应性利用对策

文章结合不确定气候环境引起的水系统改变以及辽宁水资源的时空演变特征，提出水资源适应性利用战略框架及对策。辽宁水资源适应性利用战略框架及对策，见图4。首先，对辽宁人水系统要剖析水资源时空变化特征，并初步制定利用方案；其次，考虑变化环境影响优化水资源利用方案，对该水资源利用方式制定一套完整的方法加以评估，未通过评估时要对利用方案重新调整，直至适应该环境，并达到和谐平衡；最后，应用最优的利用方案解决水资源实际问题。通过循环往复的过程确定水资源适应性利用方案，气候、环境等因素的改变会导致水资源时空变化，并对水资源利用方案造成影响。此外，原有人水和谐关系会因环境变化而失衡，原有利用方式无法通过评估，需对水资源利用方案再次调整直至新变化环境下的平衡。

图4 辽宁水资源适应性利用战略框架及对策

根据以上分析结果和辽宁水资源适应性利用对策，辽宁降水将在未来一段时期内呈增加趋势，水资源也会因降水的变化而改变，并进一步改变原有的人水和谐关系。因此，需要对水资源利用方案用科学的方法重新调整，如调整经济发展模式、强化水资源管理、水资源均衡调控等，以实现人水和谐目标和人环境下的平衡。由于饮水工程或气候环境的改变，对于不同地区应制定适于当地的水资源适应性利用方案，通过强化节水、调整经济规模、加强管理等实现新环境下的平衡。

2.2 水资源适用性利用战略

根据辽宁未来水资源演变趋势和特征，需要构建三大支撑体系以实现水资源适应性利用，即科技、政策和工程支撑，对应智慧水利、严格水资源管理、节水优先、水资源均衡调配四大战略。

1)智慧水利战略。通过科学管理流域水资源，可为水资源适应性利用提供可靠保障。科学利用人工智能、大数据、物联网等新型技术，实现传统水利向管理智能化、信息化转变，加快构建智慧管理平台。此外，为应对变化环境下的水资源利用问题应大力发展节水科技，提高科技水平。

2)严格水资源管理战略。在统一规划的基础上强化管理，加强监测，有利于增强辽宁水资源适应性能力。在水资源管理中强调水生态文明建设和最严格水资源管理，强化生态补偿、水权交易、水资源税收等制度。

3)节水优先战略。为有效解决水资源短缺问题，辽宁省应结合实际情况开展节水优先战略。①合理调整产业结构并积极发展高效节水农业，辽宁地区总用水量的60%以上属农业用水，用水结构不合理，所以农业节水潜力巨大。②考虑地下水调度方便、输水距离近的特点合理开采地下水资源，实现高效节水与地下水开发的有效结合。

4)水资源均衡调配战略。辽宁省各类资源富集，地域辽阔，各地区经济社会发展水平与水资源条件差异显著。为解决潜在的环境变化及人水关系不匹配问题，应着眼于构建多形式、多功能、多层次的跳去渠道网络，从城市、流域、区域层面合理布局水系连通网络，在实现跨区域调水的同时增强年际、年内调解能力，进一步增强变化环境下水资源调配能力。

3 结 语

文章结合不同气候模式下的演变分析及辽宁水资源变化特征，提出指挥水利、严格水资源管理、节水优先、水资源均衡调配等水资源适应性利用战略。未来，可进一步深入研究主要水资源适用性利用对策的量化、变化环境下水系统模拟、驱动因子的识别、水资源适应性利用机理等内容。