中国地下水资源对区域经济社会发展支撑作用初步评价.pdf

CGS 内部参考 地质工作战略研究参考 2006 年第年第 06 期（总第期（总第 28 期）期） 中国地质调查局发展研究中心主办 2006 年 10 月 25 日 中国地下水资源对区域经济社会发展支撑作用 初步评价 杨建锋 陈兴华 摘要摘要 在我国各地区经济社会发展过程中， 地下水资源所起的支撑作用是有明显差 异的。对地下水资源所起的支撑作用进行定量评价，不仅可以直观地测度地下水 的重要性，而且能够为水文地质调查宏观部署提供科学依据。通过构建地下水资 源支撑度评价指标体系，对我国各省（自治区、直辖市）地下水对经济社会发展 的支撑作用进行了初步评价。结果表明地下水资源支撑度排在前 10 位的省份 依次是山西、北京、河北、内蒙古、山东、河南、宁夏、贵州、陕西和辽宁；地 下水资源支撑度排在后 5 位的省份是江西、湖南、福建、浙江和上海；从区域来 说，地下水资源支撑度最高的是黄淮海地区、鄂尔多斯高原与银川河套平原区、 黄土高原东部地区及贵州省，其次是东北地区和西北地区，东南沿海地区最低。 根据评价结果，对我国区域水文地质调查宏观部署提出了若干建议。 1 一、引言一、引言 地下水是水资源的重要组成部分。与地表水相比，地下水具有分 布广、水量相对稳定、水质好、不易受污染等特点，在供给居民生活 用水、支撑经济发展、维持生态平衡等方面具有重要的作用 [1]。受气 候条件、自然地理条件、地质条件等因素的影响，我国地下水资源在 空间分布上极不均匀 [2]。同时，受人口分布、经济发展、生态格局等 因素的影响， 我国不同地区对水资源的需求呈现出高度的多样性和多 层次性。因此，在我国各地区经济社会发展过程中，地下水资源所起 的支撑作用是有明显差异的。 对各地区地下水资源所起的支撑作用进 行定量评价， 不仅可以使政府和公众直观地认识到地下水在本地区的 重要程度，而且能够为水文地质调查宏观部署提供基础依据，进一步 明确地下水调查的工作重点。 对地下水资源在经济社会发展中的支撑作用进行定量评价， 目前 尚缺乏统一的、成熟的理论和方法。研究表明，构建指标（体系）是 定量评价复杂水问题的一种有效方法 [3]。通过构建指标（体系） ，避 免已有的海量数据可能造成的混乱，对不同地区、不同条件下的复杂 水问题进行定量比较，评估问题所在及其发展趋势，从而以易于理解 的信息形式与管理者、公众进行沟通。国内外对水问题评价指标的研 究发展很快，但能贴切表征地下水资源支撑作用的指标尚不多见。 Falkenmark等（1989）根据生活、农业、工业、能源部门和环境水需 求提出了“水紧张指数” ，对水资源的天然供给能力进行评价 [4]。汪 党献等（2000）通过分析水资源及其利用、区域发展和生态环境状况 之间的协调程度，来定量评价区域发展的水资源支撑能力 [5]。 Sullivan等（2002）综合水资源丰富程度、获得清洁水资源的人口、 2 开发水资源的能力、水资源利用和生态环境保护等 5 个方面提出了 “水贫困指数” ，来评价不同国家和地区获得水资源的能力 [6]。 Jaroslav等（2005）提出了可表征地下水可持续性的 10 个指标，包 括人均地下水可更新资源量、地下水开采程度、地下水脆弱性等 [7]。 这些研究成果为定量评价地下水资源支撑作用奠定了理论基础和研 究方法。 本文通过构建地下水资源支撑度指标体系， 以目前易于获得的统 计数据为基础， 对全国各省级区域经济社会发展过程中地下水的支撑 作用进行了比较评价。 二、评价指标体系构建二、评价指标体系构建 （一）地下水资源支撑度内涵（一）地下水资源支撑度内涵 地下水资源支撑度是指在经济社会发展过程中， 地下水对居民生 活、工业、农业、环境等经济社会各方面的综合支撑程度。地下水资 源支撑度越高，地下水在经济社会中所起的作用就越大，因地下水开 发利用所带来的社会效益、经济效益和环境效益就越高；反之，地下 水资源支撑度越低，地下水在经济社会中所起的作用就越小，因地下 水开发利用所带来的社会效益、经济效益和环境效益就越不明显。地 下水资源支撑度与地下水资源量的多寡没有直接联系， 地下水丰富的 地区，地下水资源支撑度不一定高。地下水资源支撑度是一个动态变 量，不仅随经济社会发展对地下水资源需求的变化而变化，也随经济 社会用水效率的提高而变化。 地下水资源支撑度包含两个基本属性依存度和可持续度。依存 度是指经济社会发展对地下水资源的依存程度，依存度越高，说明经 济社会更多地依赖于地下水，而更少地依赖于地表水。可持续度是指 3 地下水资源开发利用的可持续程度。在可持续发展观的指导下，在开 发利用地下水资源时，不仅要考虑当代发展的需要，还必须兼顾后代 发展的需要，把可更新的地下水资源开发利用限制在其承载力限度 内，减少不可更新的地下水资源消耗，提高地下水利用效率。 （二）指标体系构建的原则（二）指标体系构建的原则 科学设置评价地下水资源支撑度的指标体系， 是客观反映地下水 资源在经济社会中所起作用的重要依据。在构建指标体系时遵循科 学、实用、简明的原则，具体包括以下几个方面 1、科学性。评价指标既要立足于现有的基础和条件，能够科学、 客观地反映不同地区、不同条件下的地下水资源支撑度，又要考虑发 展的因素和不同地区的可比性，避免指标的重叠。 2、可操作性。所需要的数据易于获得，资料健全，计算简便； 所选指标在现阶段具有稳定性、 通用性和可比性； 指标体系结构合理、 指标数量较少，可综合反映地下水资源系统的复杂性。 3、 动态性和静态性相结合。 地下水资源支撑度是一个动态变量， 不同地区由于水资源丰富程度不同和经济社会发展对水资源的需求 不同，地下水资源对经济社会的支撑作用也不相同。因此，评价指标 中既要有静态指标，又要有动态指标。 4、整体性原则。指标体系能全面反映地下水对经济社会支撑作 用的各种影响因素，能够全面反映地下水对包括居民生活、工业、农 业、环境在内的经济社会系统的总体支撑程度。 （三）指标体系框架（三）指标体系框架 地下水资源支撑度评价指标体系由三个层次构成，分别为目标 层、准则层和指标层。目标层为单一目标地下水资源支撑度，准 则层包括 2 个子目标依存度和可持续度，指标层包括 8 个指标， 4 其构成如图 1 所示。 1、水资源中地下水比例。指一个地区水资源系统中地下水资源 量与水资源总量之比。这里的水资源总量为当地水资源总量，不包括 跨区域河流流入的过境水量。 该指标反映了地下水在整个水资源系统 中的比重，也反映了地下水在生态环境中的重要性。 2、农业用水地下水比例。指一个地区农业用水中来自于地下水 的水量所占的比例，它反映了农业发展对地下水的依存程度。 3、工业用水地下水比例。指一个地区工业用水中来自于地下水 的水量所占的比例，它反映了工业发展对地下水的依存程度。 4、生活用水地下水比例。指一个地区生活用水中来自于地下水 的水量所占的比例，它反映了居民生活对地下水的依存程度。 5、人均地下水资源量。指一个地区每年人均可更新地下水资源 量，它反映了不同地区不同人口密度条件下地下水资源的丰富程度， 是衡量经济社会可持续发展的基础指标之一。 一个地区可更新地下水 资源量的多寡取决于当地的地质条件、 土壤性质和植被覆盖状况等因 素。 6、亩均地下水资源量。指一个地区每年单位面积耕地所占有的 可更新地下水资源量， 它反映了可用于农业灌溉的地下水资源量的多 寡。 7、地下水开采程度。指一个地区现状地下水开采量与地下水可 开采资源量的比值，它反映了一个地区地下水开发利用的程度。地下 水开采程度越高，表明地下水开发利用的程度越高，可供进一步开发 利用的地下水资源量就越少。如果地下水开采程度大于 100，就表 明地下水处于超采状态。 8、劣质地下水分布率。我国将地下水质量分为四级Ⅰ级 5 可供直接饮用的地下水；Ⅱ级适当处理后可供饮用的地下水；Ⅲ 级不可饮用，但可供工农业直接利用的地下水；Ⅳ级不可直 接利用的地下水。Ⅲ、Ⅳ级分别为中度、重度污染的地下水。劣质地 下水分布率指一个地区Ⅲ级和Ⅳ级地下水分布面积占地下水分布总 面积的百分比。 水资源中地下水比例 农业用水地下水比例 工业用水地下水比例 生活用水地下水比例 人均地下水资源量 亩均地下水资源量 地下水开采程度 劣质地下水分布率 地下水资源 支撑度 地下水资源 依存度 地下水资源 可持续度 目标层 准则层 指标层 图 1 地下水资源支撑度指标体系 图 1 地下水资源支撑度指标体系 （四）指标体系评价模型（四）指标体系评价模型 地下水资源支撑度按下式计算 11 nm kij ij GWw x ∑ ∑ jk 1 式中，Gk为k地区地下水资源支撑度，其数值越大，地下水对经 济社会发展的支撑度就越高；Wi为主体评价指标的权重；wj为群体指 标的权重；xjk为各群体的指标标准值；n为主体评价指标的个数；m 为群体评价指标的个数。 群体的指标标准值根据指标实际值计算得到。对于越大越优型指 标（如人均地下水资源量） ，计算公式如下 6 min maxmin jkj jk jj XX x XX − − 2 对于越小越优型指标（如地下水开采程度） ，计算公式为 max maxmin jj jk jj XX x XX − − k 3 式中，Xjk、Xjmax和Xjmin分别为k地区j指标实际值、所有地区中j指 标最大值和最小值。 权重wj的确定方法通过指标间的两两对比来描述因素之间的相 对重要程度，即每次比较两个因素，而衡量相对重要的差别采用 1～ 5 比率标度法（表 1） ，从而形成一个判断矩阵（表 2） ；然后求解判 断矩阵的特征向量，即可获得各指标的权重 [8]。权重W i的确定采用专 家经验确定。 表 1 判断标度 表 1 判断标度 标度 含 义 1 两因素相比，具有同样重要性 2 两因素相比，其中一个稍微重要些 3 两因素相比，其中一个明显更重要 4 两因素相比，其中一个强烈重要 5 两因素相比，其中一个极端重要 倒数 若因素甲与因素乙相比的标度为 i，则乙比甲的标度为 1/i 表 2 重要性判断矩阵 表 2 重要性判断矩阵 指标 1 指标 2 指标 m 指标 1 1 V12 V1m 指标 2 1/V121 V2m 指标 m 1/V1m1/V2m 1 三、数据来源与处理三、数据来源与处理 我国人口、耕地、用水等指标是按照行政区域来统计的，所以本 次评价是以省级行政区域为单元进行的。 各种指标数据是按照省级行 7 政区域为单元进行收集、统计和计算的。人口、耕地等数据来源于国 家统计局人口和农业统计公报（1999 和 2000） 。水资源量、农业用水 量、 工业用水量、 生活用水量等数据来源于水利部水资源公报 （1999） 和松辽流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域 等六大流域水资源公报（1999） 。地下水补给资源量、地下水可开采 资源量、地下水环境质量等数据来源于中国地质调查局“新一轮全国 地下水资源评价”项目成果中国地下水资源 （综合卷和 32 个省区 市卷） 。由于部分原始数据重庆与四川没有分开统计，在评价时四川 包含重庆；由于暂时缺少部分数据，本次评价不包括台湾、香港和澳 门。评价以 1999 年为现状年。 根据各指标的计算方法，得到了相应指标的实际值（表 3） 。利用 2、3式计算得到各指标的标准值。应当指出，对于人均地下水资 源量和亩均地下水资源量两个指标，其实际值最大值比最小值高出 2 个数量级，为了避免最大值可能导致结果失真，对其实际值取对数后 再计算其标准值。根据专家经验，采用特征向量法计算得到各指标的 权重（表 4） 。 表 3 地下水资源支撑度评价指标体系各指标标准值 表 3 地下水资源支撑度评价指标体系各指标标准值 省区 水资源中地 下水比例 （％） 农业用水地 下水比例 （％） 工业用水地 下水比例 （％） 生活用水地 下水比例 （％） 人均地下 水资源量 （m3） 亩均地下 水资源量 （m3） 开采 程度 （％） 劣质地下 水分布率 （％） 北京 82.75 88.94 43.09 48.74 268.6 654.5 103.1 2.4 天津 73.87 26.64 19.77 26.93 164.2 216.2 111.1 52.3 河北 71.87 65.51 74.57 64.04 257.4 164.9 150.2 22.2 山西 63.69 72.36 89.12 55.44 285.3 132.8 78.1 10.7 内蒙古 57.73 28.05 72.65 70.60 1238.4 237.8 42.7 18.4 辽宁 45.40 40.64 55.03 65.68 395.4 263.3 74.9 12.0 吉林 33.47 28.64 30.51 22.01 491.1 156.0 34.8 21.0 黑龙江 40.58 21.43 13.91 58.52 830.3 178.3 30.7 4.0 上海 48.10 0.00 0.41 4.15 87.8 273.8 91.2 8.7 江苏 56.81 0.19 4.48 27.13 256.3 243.5 22.7 30.4 8 浙江 12.70 0.85 4.03 11.84 254.6 357.3 13.0 9.3 安徽 31.95 4.98 16.79 31.98 346.7 241.4 13.7 16.4 福建 26.34 1.41 3.06 16.01 928.2 1430.2 18.1 2.5 江西 16.20 2.29 1.96 42.32 544.7 513.3 17.1 0.0 山东 64.59 41.41 61.35 77.39 243.6 187.6 107.6 29.5 河南 40.37 53.74 53.69 78.04 175.3 135.3 83.2 8.1 湖北 41.84 1.61 7.11 22.85 691.4 553.0 8.5 6.5 湖南 28.38 7.40 8.10 12.76 706.8 778.6 17.7 3.5 广东 38.53 2.81 4.18 14.86 963.5 1427.2 7.7 4.1 广西 40.14 1.03 7.50 25.37 1601.2 1141.3 4.8 2.6 海南 50.06 2.03 20.80 70.92 2076.0 1383.8 8.1 0.2 四川 22.01 7.29 9.86 48.55 593.4 501.6 17.0 2.8 贵州 71.28 48.81 12.83 43.59 1988.4 1003.0 25.1 0.0 云南 33.88 1.44 11.84 15.10 1794.9 781.2 3.3 1.9 西藏 19.73 3.24 27.27 42.26 34537.116255.7 0.8 26.8 陕西 38.62 31.83 74.84 67.43 471.7 221.3 61.2 8.4 甘肃 48.41 21.64 17.57 29.95 522.2 176.2 61.9 27.3 青海 42.45 13.05 28.30 59.77 5212.2 2575.8 5.5 11.6 宁夏 77.13 1.25 37.19 96.48 562.2 160.4 41.3 73.1 新疆 71.31 8.48 60.59 48.91 3548.8 1053.0 21.9 44.7 表 4 地下水资源支撑度评价指标体系指标权重分配 表 4 地下水资源支撑度评价指标体系指标权重分配 地下水资源依存度 地下水资源可持续度 准则层 0.75 0.25 水资源中地 下水比例 农业用水地 下水比例 工业用水地 下水比例 生活用水地 下水比例 人均地下 水资源量 亩均地下 水资源量 开采 程度 劣质地下 水分布率 指标层 0.243 0.243 0.171 0.343 0.141 0.141 0.455 0.263 四、评价结果与分析四、评价结果与分析 （一）地下水资源支撑度排序（一）地下水资源支撑度排序 表 5 列出了各省（区、市）地下水资源支撑度评价结果，同时也 列出了依存度和可持续度两个子目标的评价结果。图 2 依据支撑度、 依存度和可持续度评价结果对各省（区、市）进行了排序。评价结果 表明，地下水资源支撑度排在前 10 位的省份依次是山西、北京、河 北、内蒙古、山东、河南、宁夏、贵州、陕西和辽宁；地下水资源支 9 撑度排在后 5 位的省份是江西、湖南、福建、浙江和上海。对于地下 水资源支撑度较高的省份， 地下水资源在当地经济社会发展过程中发 挥了较大的作用。这些省份在开发利用地下水资源的同时，应当高度 重视地下水资源的调查评价，加强地下水资源管理，充分发掘地下水 资源潜力，保障地下水资源的可持续利用。 表 5 各省（自治区、直辖市）地下水资源支撑度评价结果 表 5 各省（自治区、直辖市）地下水资源支撑度评价结果 省区 依存度 可持续度 支撑度 省区 依存度 可持续度 支撑度 北京 73.4 47.1 66.8 河南 62.0 45.5 57.9 天津 40.7 22.3 36.1 湖北 18.8 76.2 33.1 河北 75.0 21.5 61.6 湖南 12.1 75.5 28.0 山西 73.6 47.2 67.0 广东 14.4 80.9 31.0 内蒙古 61.9 60.4 61.5 广西 19.1 82.8 35.0 辽宁 55.8 50.5 54.5 海南 42.3 83.9 52.7 吉林 27.5 58.5 35.2 四川 23.5 74.3 36.2 黑龙江 38.3 67.4 45.6 贵州 50.7 77.7 57.5 上海 12.3 43.2 20.0 云南 14.0 82.7 31.2 江苏 24.7 58.5 33.1 西藏 22.7 90.4 39.6 浙江 3.8 70.2 20.4 陕西 55.5 55.9 55.6 安徽 21.5 67.0 32.9 甘肃 31.2 48.4 35.5 福建 10.0 78.2 27.1 青海 39.9 84.6 51.1 江西 16.3 75.1 31.0 宁夏 64.1 38.1 57.6 山东 68.3 32.1 59.2 新疆 50.9 64.1 54.2 从图 3 中还可以看出，地下水资源开发利用最不可持续的 5 个省 份依次是河北、天津、山东、宁夏和上海。影响地下水资源可持续性 的主要因素是地下水开采程度和地下水污染程度。 例如， 河北省 1999 年地下水开采程度为 150.2，其地下水开采量超过了可开采地下水 资源量 49.92 亿m 3；天津市 1999 年Ⅲ级和Ⅳ级地下水分布面积占地 下水分布总面积的百分比分别为 30.6和 21.7，地下水环境质量较 差。地下水资源可持续度较低的省份应当加强地下水资源涵养，保护 地下水环境，在地表水资源匮乏的省份，地下水资源的不可持续可能 10 成为制约当地经济可持续发展的瓶颈。 020406080100 河北 山西 北京 山东 宁夏 河南 内蒙古 辽宁 陕西 新疆 贵州 海南 天津 青海 黑龙江 甘肃 吉林 江苏 四川 西藏 安徽 广西 湖北 江西 广东 云南 上海 湖南 福建 浙江 地下水资源依存度 020406080100 西藏 青海 海南 广西 云南 广东 福建 贵州 湖北 湖南 江西 四川 浙江 黑龙江 安徽 新疆 内蒙古 江苏 吉林 陕西 辽宁 甘肃 山西 北京 河南 上海 宁夏 山东 天津 河北 地下水资源可持续度 020406080100 山西 北京 河北 内蒙古 山东 河南 宁夏 贵州 陕西 辽宁 新疆 海南 青海 黑龙江 西藏 四川 天津 甘肃 吉林 广西 湖北 江苏 安徽 云南 广东 江西 湖南 福建 浙江 上海 地下水资源支撑度 图 2 各省（自治区、直辖市）地下水资源依存度、可持续度和支撑度排序 图 2 各省（自治区、直辖市）地下水资源依存度、可持续度和支撑度排序 二二 地下水资源支撑度区域分布格局地下水资源支撑度区域分布格局 为了便于不同区域地下水资源支撑度对比，按照评价结果对地下 水资源支撑度及依存度、可持续度进行了定性分级，分级界限如表 6 所示。 表 6 地下水资源支撑度、依存度和可持续度评价分级界限 表 6 地下水资源支撑度、依存度和可持续度评价分级界限 定性程度 很高 高 中等 低 依存度 60 4060 2040 80 6580 4565 55 4555 3045 30 图 3～图 5 分别给出了地下水资源支撑度、依存度和可持续度的 区域分布格局。从图 3 可以看出，总体上地下水资源支撑度北方高于 南方，地下水资源支撑度最高的是黄淮海地区、鄂尔多斯高原与银川 11 河套平原区、黄土高原东部地区及贵州省，其次是东北地区和西北地 区，而在东南沿海地区地下水资源支撑度最低。这说明北方在经济社 会发展过程中地下水所起的支撑作用高于南方， 北方比南方更加依赖 于地下水提供居民生活和各经济部门用水。 从图 5 可以看出，总体上南方地下水资源可持续度高于北方。西 藏和青海的地下水资源可持续度很高，原因是这两个省份人口少，耕 地少，人均和亩均地下水资源量远远高于其它省份。西藏的人均和亩 均地下水资源量分别为 34537m 3和 16255m3； 青海的人均和亩均地下水 资源量分别为 5212m 3和 2576m3。我国年平均降水量 800mm等值线也是 区域水文地质的主要分界线 [9]。地下水的区域分布，南北方有着明显 差异，此线以南地下水资源丰富，可持续度高；此线以北地下水相对 贫乏，可持续度低。 图 3 地下水资源支撑度区域分布格局 图 3 地下水资源支撑度区域分布格局 12 图 4 地下水资源依存度区域分布格局 图 4 地下水资源依存度区域分布格局 图 5 地下水资源可持续度区域分布格局 图 5 地下水资源可持续度区域分布格局 13 五、结语与建议五、结语与建议 本文通过构建地下水资源支撑度评价指标体系对我国各省（区、 市）地下水对经济社会发展的支撑作用进行了初步评价。评价结果为 客观认识地下水在各地区的重要性提供了一个直观、可量化的测尺， 也为区域水文地质调查宏观部署提供了科学依据。 由于地下水是一个 与社会、经济、环境紧密联系的复杂系统，更为客观、真实反映地下 水的支撑作用仍需要深入研究，在全面分析各种影响因素的基础上， 提出更为科学、全面的指标体系。例如，地下水开采成本是影响地下 水可持续度的一个重要因素，但是目前很难搜集到相关数据，本次研 究未予考虑。 为了增强地下水对经济社会发展的支撑程度，充分发挥地下水在 居民生活、各经济部门和生态环境中的作用，根据地下水资源支撑度 排序和区域分布格局， 针对我国区域水文地质调查宏观部署提出以下 建议 1、优先在北方平原和地下水盆地开展 15 万水文地质调查。优 先顺序依次为海河平原、 淮河平原、 山西六大盆地、 内蒙古河套平原、 银川平原、鄂尔多斯盆地、贵州岩溶地区、关中盆地、辽河平原、吐 －哈盆地等。 2、海河平原和银川平原地下水形势最为严峻，水文地质调查的 重点是详细查明地下水超采动态和地下水污染状况， 进行地下水合理 开发利用和调蓄研究，提出地下水资源涵养和保护方案，加强地下水 资源可持续度。 3、由于地表水易受突发事件的影响，在松嫩平原和南方地区以 地表水为主要水源的城市地区，进行应急供水地下水源地勘查，增强 地下水资源对城市发展的支撑度。 14 4、在新疆、宁夏、内蒙古等多年平均降水量小于 400mm 的西北 干旱省区，地下水资源量占总水资源量的比例在 50％以上，地下水 在维持生态平衡方面具有十分重要的作用。在这些省区，应把地下水 的生态功能作为水文地质调查的重要内容。 致谢致谢 中国地质调查局水环部韩再生教授、 文冬光教授审阅了本文并提出了一些建 设性意见，在此谨表谢忱。 主要参考文献主要参考文献 [1] Zektser, I.S. and Everet, L.G. 2004. 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