王海葉，焦艷平，趙 遜，陳文彬
（1.河北省水利科學研究院，石家莊 050057；
2.河北省農業節水技術創新中心，石家莊 050057）
蒸發蒸騰量（Evapotranspiration，ET）表示水通過一切形式由液態轉化成氣態的過程。
對于資源性缺水地區，ET是水資源最主要的消耗量。要實現水資源可持續利用，應通過減少無效或低效耗水，提高單位水資源的產出效益， 使區域ET控制在滿足水資源可持續利用和保持生態環境良性變化的范圍內。
水環境容量（Environment Capacity，EC）指在不影響某一水體正常使用的前提下， 在滿足經濟社會可持續發展和保持水生態系統健康的基礎上， 參照人類環境目標要求， 某一水域所能容納的某種污染物的最大負荷量。
水生態服務（Environment Service，ES）指以特定生態產品或服務， 直接或間接為人類提供各種福利和福祉的能力，即通過控制管理生態流量，從水資源保障的角度使水體狀態和生態環境適宜生物生存，滿足生態系統健康發展要求［1］。
以ET耗水管理為核心的水資源水環境水生態綜合治理理念，探討基于ET、EC、ES的水資源水環境水生態綜合管理規劃， 應用于滹沱河流域石家莊段的水資源配置、水環境治理、水生態提升等關鍵任務，對提升區域水資源管理水平有重要的現實意義。
基于ET、EC、ES的水資源水環境水生態綜合管理規劃，建立在ET、EC、ES的耦合機制上。ET、EC、ES三者是相互聯系的， 需經過循環往復的交互過程來確定。
耦合機制的運行過程如圖1。
圖1 ET、EC、ES三者耦合關系
1.1 根據目標ET配置生產、生活用水
依據目標ET和現狀ET，在流域內擬定各種節水優先措施，在水資源約束下（目標ET）配置生活、生產用水，節約的水量（ET減少量）優先配置于環境和生態用水， 以期實現社會經濟與環境生態保護耗水協調發展。
1.2 目標ES分析
依據增加的環境水量和生態水量， 分析增加的環境生態水量對生態服務的邊際影響， 從而初步確定目標ES值；
在目標ES的控制下，分析不同的生態保護與修復措施方案對水生態的影響；
若生態水量仍然不足，達不到實現生態服務功能所需要的水量，返回目標ET重新確定水資源消耗量的分配， 進一步提高生態水量，以期實現流域的生態保護。
1.3 目標EC分析
依據增加的環境生態水量， 分析其對水環境容量的邊際影響，從而初步確定目標EC值；
在目標EC的控制下，分析不同的環境治理措施下，排污總量對地表水質的影響；
若減少排污總量有困難，環境水量仍然不足，不能滿足地表水質要求，返回目標ET重新確定水資源消耗量的分配，提高環境水量，提升目標EC。
1.4 目標ET、EC、ES往復調整
依據ET、EC、ES之間的用水關系，分析環境生態狀況可否達到目標EC、目標ES要求，反饋到ET，調整生活、生產、環境生態用水，直到水資源對社會經濟發展和環境生態保護的影響達到新的平衡， 循環往復， 直到水資源對社會經濟發展和環境生態保護的影響達到新的平衡。
滹沱河流域石家莊段主要涉及的行政區有：平山縣、井陘縣、井陘礦區全部，以及靈壽縣、鹿泉區、正定新區、市區、藁城區、無極縣、晉州市、深澤縣11個行政縣（市、區）的部分區域。
經分析，滹沱河流域石家莊段2009—2020年用水結構及用水變化趨勢，農業用水呈明顯下降趨勢， 工業用水呈緩慢下降趨勢，生活用水隨著經濟發展呈顯著上升趨勢，并且隨著南水北調水的引用，滹沱河生態補水逐年展開，生態用水在2017年后顯著增加。現狀年，用水結構的轉變，生活和生態需水量急劇增長，導致流域資源型缺水現象日趨嚴重，因此探討基于ET、EC、ES的水資源水環境水生態綜合管理規劃， 具有典型重大的現實意義。
3.1 目標值計算
3.1.1 目標ET計算
區域目標PET是在滿足區域經濟社會和生態環境可持續發展條件下， 從水平衡的角度考慮區域所能允許消耗的最大ET。
它具有以下3層含義：①以本地水資源總量為基礎， 包括一定時期內區域的自產水量、 出入境水量、 外調水量及允許的地下水開采量；
②保持水生態系統良性循環，為了維護河流生態和河口生態，合理開發區域地下水，在多年平均條件下逐步平衡地下水開采和補給， 必須保證一定的河流徑流量；
③滿足社會經濟可持續發展對用水的需求，為了改善生態環境，必須采取切實可行的經濟技術措施和管理措施，通過增加水資源的單位產出，實現區域經濟和社會的可持續發展。
計算公式可采用水平衡方法，如式（1）。
式中 PET為區域目標ET（mm）；
Q為當地自產水量（m3）；
Is為地表入境流量（m3）；
It為外調水量（m3）；
IG為地下水側向流入量（m3）；
O為滿足下游用水要求的出境流量（m3）；
OG為地下水側向流出量（m3）；
ΔG為某一水平年地下水允許超采量（m3）；
A為區域面積（km2）。
3.1.2 目標EC計算
依據區域水環境現狀、水環境容量，結合區域目標ET約束下的環境用水以及生態環境部相關規定，得到滹沱河流域各控制單元的現狀EC， 并進一步根據污染物入河量，確定區域的目標污染物（氨氮、總氮、總磷、COD）削減量，得到目標EC。
3.1.3 目標ES計算
采用Tennant法和濕周法計算滹沱河流域各控制單元內河流代表斷面的生態流量， 并對比Tennant法和濕周法分析確定相應河道內生態流量， 進一步得到河道內生態需水量， 采用定額法計算河道外生態需水量，以此確定滹沱河流域總生態需水量。
3.2 目標值分配
以2020年為基準年，2025年為規劃水平年。根據式（1）確定石家莊市滹沱河流域目標ET。
依據多年平均水資源量， 對供水過程中現狀水平年目標ET進行分析。
經式（1）計算，石家莊流域目標ET為596.35mm，其中可控ET為217.55mm，不可控ET為378.8mm，計算過程如表1。
表1 現狀年目標ET
目標ES的計算中， 綜合考慮10%比例的Tennant法生態流量與濕周法生態流量， 對于兩種生態流量同時計算的控制斷面，為降低不確定性，取兩種計算方法的均值， 得到滹沱河流域各控制斷面的推薦生態流量， 其中甘陶河泉口斷面生態流量為0.21m3/s，綿河帝都斷面生態流量1.06m3/s，冶河微水斷面生態流量0.86m3/s，冶河平山斷面生態流量1.35m3/s，滹沱河干流小覺斷面生態流量3.75m3/s，滹沱河干流中山斷面生態流量3.75m3/s，現狀年河道內生態總需水量1.6714億m3，規劃年維持不變；
采用定額法計算得到的現狀水平年河道外生態需水量（城鎮綠化及道路噴灑，不包括生態林灌溉）為1.0813億m3，根據石家莊市城鎮規劃估計道路面積和綠化面積的增長， 預測規劃年河道外生態需水量為1.4005億m3；
綜上，現狀年石家莊市滹沱河流域生態總需水量為2.7527億m3，規劃年為3.0719億m3。
ET、EC、ES目標值分配結果如表2。
表2 規劃年目標值分配結果
規劃水平年石家莊流域目標ET大于現狀水平年目標ET的原因是：規劃水平年增加了南水北調水的供水量， 可控ET由217.55mm增加到265.2mm，不可控ET不變。
隨著滹沱河生態補水的加入，滹沱河水環境容量相對增加，但本著污染物入河量削減任務不變的原則，規劃年不再在現狀EC的基礎上擴大目標EC。
3.3 基于ET、EC、ES的水資源配置
可控ET，是可控水資源的供水量，即不同用水戶相對可控水資源的取用水量。
到分行業的用水過程中，取用水量不等于其耗水量，結合不同水源對不同用水行業的不同供水過程， 以及不同用水行業的用水過程， 分析不同情景下不同用水行業的可控水資源（可控ET）實際消耗量。
區域總消耗量為可控水資源實際消耗量與不可控消耗量之和。
不同用水行業的用水環節可分為供輸水過程、用水過程和排水過程，各用水環節中滲漏補給地下水的水量，不算作消耗量，所以可控水資源取用量扣除補給地下水的水量，即為不同用水行業可控水資源的實際消耗量。
具體分行業耗水系數的推求如表3。
表3 用水環節耗水計算
根據分行業耗水系數得到可控ET的分配結果，再由目標ET的約束， 得到不同水平年的ET分配，結果如表4。
石家莊市滹沱河流域規劃年可控ET分別為：
豐水年155.73mm， 平水年171.33mm， 枯水年190.53mm，多年平均172.49mm。通過調控可控ET量，從而達到水資源優化配置、 水環境容量保證及水生態服務提升的目的，實現基于ET、EC、ES的水資源優化配置方案。
表4 規劃年不同水平年ET分配結果 單位：mm
為恢復、保護滹沱河生態環境，提升滹沱河流域水分生產率， 以滹沱河流域石家莊段為研究對象，建立ET、EC、ES耦合機制，在實現供水過程水資源優化配置的基礎上，再由耗水系數法得到用水過程的可控ET的分行業分配結果， 最終實現基于ET、EC、ES的滹沱河流域石家莊段區域水資源優化配置方案。
通過可控ET的科學合理調控， 施行基于ET、EC、ES的水資源水環境水生態綜合管理措施， 從而實現水資源優化配置、水環境容量保證及水生態服務的提升，使水資源在國民經濟需水和生態需水之間進行合理配置，為區域經濟發展和生態文明建設提供可借鑒的管理模式。
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