西藏年楚河流域水資源承載能力研究

錢曉燕，袁 鵬，顏志衡，黃 艷

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065）

年楚河流域地處西藏自治區(qū)中南部，是日喀則地區(qū)乃至整個西藏自治區(qū)重要的商品糧基地和農(nóng)牧業(yè)發(fā)展基地。從目前年楚河流域發(fā)展情況來看，在水資源開發(fā)利用方面存在的主要問題是：水資源水環(huán)境保護與經(jīng)濟社會發(fā)展需水量日益增加之間的矛盾。西藏是國家的重要生態(tài)屏障，年楚河流域的經(jīng)濟發(fā)展要以保護好生態(tài)環(huán)境為前提，正確處理好水資源-生態(tài)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，已成為未來年楚河流域全面建設(shè)小康社會面臨的重大課題。因此，根據(jù)該地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求，研究整個流域的水資源承載能力，實現(xiàn)以水資源的可持續(xù)利用支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 年楚河流域概況

年楚河是雅魯藏布江右岸一級支流，發(fā)源于喜馬拉雅山北麓康馬縣境內(nèi)的桑旺湖，其上游稱涅如藏布，向北流經(jīng)馬郎村，附近有支流龍馬河匯入，然后折向西在江孜縣附近有沖巴涌曲匯入，而后始稱年楚河。經(jīng)江孜、白朗縣，于日喀則市匯入雅魯藏布江，流域面積11 130km2，河長217km，平均坡降約0.6％。年楚河流域在行政區(qū)劃上，包括日喀則地區(qū)的康馬、江孜、白朗和日喀則三縣一市的全部或大部，其中康馬縣為半農(nóng)半牧的邊境縣，其余縣市為糧食基地縣，同時也是西藏“一江兩河”地區(qū)的開發(fā)縣。

年楚河流域?qū)俑咴瓬貛О敫珊禋夂騾^(qū)，流域內(nèi)降水量較少，根據(jù)年楚河江孜站和日喀則站1956～2004年實測降水量資料統(tǒng)計，流域內(nèi)多年平均降水量在326mm左右，多年平均年降水總量36.23億m3。年楚河流域水資源總量為17.96億m3，其中地表水資源量17.96億m3，地下水資源量9.00億m3，地表水資源與地下水資源計算中相互之間的重復(fù)量為9.00億m3。

2 水資源承載能力與評價模型

2.1 水資源承載能力的概念

由于年楚河流域的特殊地理位置，在計算其水資源承載能力時，應(yīng)首先考慮其生態(tài)環(huán)境保護的要求。根據(jù)水資源承載能力的內(nèi)涵，可定義年楚河流域水資源承載能力為：在一定的水資源開發(fā)利用情況下，維系整個年楚河流域水資源可持續(xù)利用和生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的最大社會經(jīng)濟規(guī)模。年楚河流域水資源承載能力是在水資源-生態(tài)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的有機協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)下，達到滿足水資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)的要求時，水資源系統(tǒng)所能支撐的最大社會經(jīng)濟規(guī)模。

2.2 水資源承載能力評價模型的建立

根據(jù)水資源承載能力的概念及研究步驟，建立年楚河流域水資源承載能力優(yōu)化模型[2]。以“水資源-生態(tài)環(huán)境-社會經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)為控制約束，以“支撐最大社會經(jīng)濟規(guī)?！保催@里代表水資源承載能力）為目標(biāo)函數(shù)，把水資源利用轉(zhuǎn)化關(guān)系方程、污染物排放運移轉(zhuǎn)化方程、社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程、水資源承載程度指標(biāo)約束方程以及生態(tài)環(huán)境控制目標(biāo)約束方程聯(lián)合作為約束條件，建立起優(yōu)化模型。在該模型中，水資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和相互制約關(guān)系得到了體現(xiàn)，并且水資源承載能力概念所要求的“生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”也被作為約束條件包括在模型中。通過該優(yōu)化模型的求解，得到的目標(biāo)函數(shù)值就是水資源承載能力。

（1）水資源利用轉(zhuǎn)化關(guān)系方程。針對年楚河流域，主要用水為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境的用水，因此可以寫出如下水資源利用轉(zhuǎn)化方程組：

式中 W總消耗水量為總消耗水量；W可供水為可供水量；W工業(yè)為工業(yè)用水量；W農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)用水量；W生活為生活用水量；△W為剩余水資源量（剩余為正，不足為負(fù)）；W總需水為總蓄水量；W生態(tài)環(huán)境為河道外生態(tài)環(huán)境需水。

（2）污染物排放運移轉(zhuǎn)化方程。日喀則地區(qū)年楚河流域為西藏糧食主要產(chǎn)區(qū)，耕地面積集中，化肥、農(nóng)藥的使用量大，經(jīng)過雨水沖刷進入河道，造成水體氨氮含量的增大。江孜至日喀則一帶城鎮(zhèn)化水平較高，人口集中，城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水的匯入，亦造成河道水體氨氮含量的增大，水體水質(zhì)總體尚能達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

目前年楚河污染物集中排放，只在年楚河日喀則市開發(fā)利用區(qū)東風(fēng)大橋過渡區(qū)中有一個排污口，根據(jù)實際情況建立污染物排放量計算方程；同時，根據(jù)物質(zhì)平衡原理建立水質(zhì)模擬方程：

式中W總為污水處理后某污染物排放總量；W污水排放為污水排放量；μ為污水處理率；CD為污水處理后某污染物濃度；CW為污水某污染物濃度；Cm為稀釋后污染物濃度；C1為稀釋水污染物本底濃度；β為污染物綜合消減率，對于難降解的污染物或降解時間較短，可取β=0。由于污染物排放主要集中在年楚河日喀則市東風(fēng)大橋過渡區(qū)中，因此該區(qū)排污集中，可認(rèn)為污染物降解能力較差，故可取β＝0；其余河段水質(zhì)較好，除少數(shù)面源污染外，水質(zhì)基本上能夠達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

（3）社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程。以水資源作為紐帶，建立年楚河流域水資源與人口-工業(yè)-農(nóng)業(yè)系統(tǒng)關(guān)系方程：

式中Y工業(yè)為工業(yè)增加值；A農(nóng)業(yè)為有效灌溉面積；a工業(yè)，a農(nóng)業(yè)，a城鎮(zhèn)，a農(nóng)村，a牲畜，分別為工業(yè)萬元增加值用水量、農(nóng)業(yè)灌溉定額、城鎮(zhèn)居民人均用水定額、農(nóng)村居民人均用水定額、農(nóng)村牲畜頭均用水定額；θ工業(yè)，θ農(nóng)業(yè)，分別為工業(yè)進步系數(shù)和農(nóng)業(yè)進步系數(shù)；μ工業(yè)，μ農(nóng)業(yè)，μ生活，分別為工業(yè)用水輸水系數(shù)、農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)、生活用水輸水系數(shù)；W城鎮(zhèn)，W農(nóng)村，W牲畜，分別為城鎮(zhèn)居民生活凈用水、農(nóng)村居民生活凈用水、農(nóng)村牲畜凈用水；P農(nóng)業(yè)，P非農(nóng)業(yè)，分別為農(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口；d為農(nóng)村人均牲畜擁有量。根據(jù)年楚河流域?qū)嶋H情況，現(xiàn)狀年d=4，規(guī)劃水平年取d=5。

（4）生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)控制目標(biāo)方程。水資源承載能力計算的前提是要保持“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)”。生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)是一個較模糊的概念，難以有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行定量衡量。文中采用污染物濃度控制在要求的水域功能標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，并且滿足河道基本生態(tài)需水量作為 “生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)”的量化指標(biāo)。即污染物濃度控制方程和河道基本生態(tài)需水量約束方程：

式中Cs為水域功能等級所對應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。年楚河開發(fā)利用區(qū)水域功能等級要求為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，故Cs即為該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）目標(biāo)函數(shù)。按照水資源承載能力的定義，“水資源承載能力”為水資源支撐的最大社會經(jīng)濟規(guī)模，故把“最大社會經(jīng)濟規(guī)模”作為模型的目標(biāo)函數(shù)。在很多情況下，對于水資源研究習(xí)慣用“人口數(shù)”單一指標(biāo)來表示[2]，然后通過“社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程”，它能夠制約人口-工業(yè)-農(nóng)業(yè)主要指標(biāo)之間的關(guān)系，從而確定最大人口數(shù)的同時，也確定了相應(yīng)的其它指標(biāo)。因此目標(biāo)函數(shù)確定為：Max（P）。其中，P為年楚河流域所能承載的最大人口數(shù)量。

3 計算參數(shù)輸入及計算指標(biāo)

根據(jù)之前建立的年楚河流域水資源承載能力評價指標(biāo)體系，該次水資源承載能力評價選擇其中一部分主要參數(shù)（選擇17個，如表1所示）作為計算的輸入，以2004年為現(xiàn)狀水平年，計算得到水資源承載能力指標(biāo)，包括總?cè)丝诤蛧鴥?nèi)生產(chǎn)總值。

表1 年楚河水資源承載能力計算輸入?yún)?shù)及計算結(jié)果一覽表

4 計算結(jié)果與分析

根據(jù)之前建立的年楚河水資源承載能力計算模型和水資源承載指標(biāo)，分析可供水量與承載能力的變化關(guān)系，計算結(jié)果見表2。

表2 年楚河流域近期規(guī)劃水平年（2010年）水資源承載能力分析

由表2可知，在近期規(guī)劃水平年（2010年），水資源承載規(guī)模均小于預(yù)測的承載規(guī)模。根據(jù)之前預(yù)測的可供水量，到2010年只能支撐人口18.82萬人，與相應(yīng)的社會經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測人口相比，將超載0.79萬人，超載比例為4.2％。為了提高年楚河流域的水資源承載能力，還必須提高當(dāng)?shù)氐墓┧芰Γ?dāng)可供水須達到或超過39 246萬m3時，才可支撐預(yù)測的未來人口規(guī)模。

表3 年楚河流域遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年（2020年）水資源承載能力分析

由表3可知，在近期規(guī)劃水平年（2020年），水資源承載規(guī)模均小于預(yù)測的承載規(guī)模，根據(jù)之前預(yù)測的可供水量，到2020年只能支撐人口20.52萬人，與相應(yīng)的社會經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測人口相比，將超載1.13萬人，超載比例為5.5％。為了提高年楚河流域的水資源承載能力，還必須提高當(dāng)?shù)氐墓┧芰Γ?dāng)可供水須達到或超過42 329萬m3時，才可支撐預(yù)測的未來人口規(guī)模。

5 結(jié)論

隨著年楚河流域經(jīng)濟社會和人口的快速增長，在規(guī)劃水平年條件下，年楚河流域人口和經(jīng)濟發(fā)展對水資源的需求超過了水資源的承載能力。從水資源承載能力結(jié)果上看，未來年份年楚河流域需開源節(jié)流，一方面增加供水能力，另一方面加大節(jié)水力度，并通過有效的可持續(xù)水資源管理來提高水資源承載能力，促進地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

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