石河子市水資源承載力評價研究

摘要：石河子市屬于干旱區(qū)綠洲城市，水資源已經(jīng)成為影響和制約全市經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展的一個瓶頸。選取水資源利用率、產(chǎn)水模數(shù)等１０個指標，應用模糊綜合評判法對石河子市２００２～２００９年水資源承載力進行了評價研究。結(jié)果表明，石河子市水資源開發(fā)利用已經(jīng)達到相當規(guī)模，在現(xiàn)有經(jīng)濟技術(shù)條件下，水資源承載潛力已相對較小，水資源供需矛盾開始顯現(xiàn)。提出應加強水資源的綜合管理，以便科學、合理地利用有限的水資源。

關(guān)鍵詞：水資源承載力；模糊綜合評判法；石河子市

中圖分類號：ＴＶ２１１．１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）17－3719-03

Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ iｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ

ＳＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｈｏｎｇ，ＭＡ Ｙｕ－ｘｉａｎｇ，ＦＡＮ Ｊｉａ－ｈｕａ，ＭＡ Ｓｉ－ｈｕｉ，ＹＡＮＧ Ｘｉｎ－ｌｉａｎｇ，ＳＨＡＮ Ｇｕａｎｇ－ｂｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｉｈｅｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ oasis city in ａｒｉｄ ａｒｅａｓ as ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ the ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｔｙ． １０ ｉｎｄｅｘｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ and ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ were selected to evaluate ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ ２００２ ｔｏ ２００９． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｈａｄ ｒｅａｃｈｅｄ ａ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｓｃａｌｅ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ. Tｈｅｒｅ ｗａｓ ｏｎｌｙ ａ ｖｅｒｙ ｌｉｍｉｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｈａｓ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ． Ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｔｉｌｉｚｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ

水資源是人類生存必不可少的基礎性自然資源，是制約自然環(huán)境、人類生存和社會發(fā)展最重要的因素之一。水資源承載力從不同研究角度出發(fā)有不同定義。施雅風等［１］認為：水資源承載力是指某一地區(qū)的水資源在一定社會歷史和科學技術(shù)發(fā)展階段，在不破壞社會和生態(tài)系統(tǒng)時，最大可承載（容納）的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口的能力，是一個隨著社會、經(jīng)濟、科學技術(shù)發(fā)展而變化的綜合目標。

國外大多將水資源承載力納入可持續(xù)發(fā)展理論中，例如Ｒｉｊｉｓｂｅｒｍａｎ等［２］將水資源承載力作為城市水資源安全保障的衡量標準；Ｈａｒｒｉｓ等［３］著重研究了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域水資源農(nóng)業(yè)承載力；Ｆａｌｋｅｎｍａｒｋ等［４］用較簡單的數(shù)學計算研究了一些發(fā)展中國家的水資源使用限度。我國對水資源承載力的研究最早始于２０世紀８０年代后期，而且研究區(qū)域主要集中在干旱半干旱地區(qū)，其中以新疆水資源承載力的研究為代表。施雅風等［１］采用常規(guī)趨勢法對新疆烏魯木齊河流域的水資源承載力進行了研究；許有鵬［５］采用模糊分析法對新疆和田河流域的水資源承載力進行了研究；唐湘玲等［６］采用相對水資源承載力，對新疆石河子地區(qū)２５年水資源承載狀況的變化和區(qū)域差異進行分析。本研究應用模糊綜合評判法對石河子市水資源承載力現(xiàn)狀進行評價，以期為協(xié)調(diào)石河子市水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系提供參考。

１ 研究區(qū)概況

石河子市位于新疆北部，南臨天山北麓中段，北靠古爾班通古特大沙漠南緣，地形南高北低，海拔３６０～６００ ｍ，城市行政區(qū)域 ４６０ ｋｍ２，截至２００９年底，人口總數(shù)約為３４萬。其發(fā)展主要依靠瑪納斯河流域水源和開采地下水，流域地表水補給源主要來自地區(qū)降水和冰雪消融。市區(qū)年降水量２００～４００ ｍｍ，蒸發(fā)量達２ ０００ ｍｍ以上，屬于干旱綠洲區(qū)。水文勘測表明，市區(qū)地下水儲量８ ９８８萬ｍ３，其中，年可開采量約６ ０００萬ｍ３，地下水人均占有量（按市區(qū)人口３４萬人計）僅為２64 ｍ３。２００５年市區(qū)年地下水開采量已達６ ０５９萬ｍ３，水的需求量已達到年可開采量６ ０００萬ｍ３的警戒線。

２ 模糊綜合評判模型

２．１ 模型概述

給定兩個有限域Ｕ＝｛ｕ１，ｕ２，…ｕｉ｝，Ｖ＝｛ｖ１，ｖ２，…ｖｊ｝；對ｕｉ進行單因素評價，確定其對評價等級ｖｊ的隸屬度ｒｉｊ，得到ｍ個評價因素的評價集構(gòu)造的評判矩陣Ｒ，

Ｒ＝r11 r12 … r1nr21 r22 … r2n… … … …rm1 rm2 … rmn （１）

根據(jù)各評判因素對水資源承載力大小的影響程度，分別賦予其不同的權(quán)重，得權(quán)重矩陣Ａ＝（ａ１，ａ２，…，ａｍ）。則水資源承載力的評判結(jié)果為Ｂ＝Ａ×Ｒ。

２．２ 評價因素的選取及評價等級論域的建立

從石河子市水資源承載力指標體系中選?。保皞€評價因素，按照各個因素對區(qū)域水資源承載力的影響程度，將其劃分為３個等級Ｖ１、Ｖ２和Ｖ３。其中，Ｖ１表示理想承載狀態(tài)，水資源仍有較大的承載潛力，可開發(fā)利用的空間較大，供需情況較為樂觀；Ｖ３ 表示不可承載狀態(tài)，水資源承載力已接近飽和，可利用開發(fā)的潛力較小，這時應采取相應的對策；Ｖ２介于以上兩者之間，是可承載狀態(tài)，表明研究區(qū)的水資源開發(fā)利用已經(jīng)有相當規(guī)模，仍有一定的開發(fā)潛力，水資源的供給對國民經(jīng)濟的發(fā)展有一定的保證。

２．３ 單項指標評價及隸屬函數(shù)的建立

為了消除各等級之間數(shù)值相差不大而評語等級相差一級的跳躍現(xiàn)象，使隸屬函數(shù)在各級之間能平滑過渡，將其進行模糊化處理。對于Ｖ２，即中間區(qū)間，令其落在區(qū)間中點隸屬度為１，兩側(cè)邊緣點的隸屬度為０．５，中點向兩側(cè)按線性遞減處理。對于Ｖ１和Ｖ３兩側(cè)區(qū)間，則令距臨界值越遠屬兩側(cè)區(qū)間的隸屬度越大，在臨界值上則屬于兩側(cè)等級的隸屬度各為０．５。

令公式中ｋ１為Ｖ１和Ｖ２等級的臨界值，ｋ３為Ｖ２和Ｖ３等級的臨界值，ｋ２為Ｖ２等級區(qū)間中點值，ｋ２＝（ｋ１＋ｋ３）／２。評價指標對于各等級的相對隸屬函數(shù)的計算公式［7］為

μw1（ｕi）＝0.51+■ ui＜ｋ１0.51-■ ｋ１≤ui＜ｋ2 0 ui≥ｋ2 （２）

μw2（ｕi）＝0.51-■ ui＜ｋ１0.51+■ ｋ１≤ui＜ｋ20.51+■ ｋ2≤ui＜ｋ30.51-■ ui≥ｋ3 （３）

μw3（ｕi）＝0.51+■ ui≥ｋ30.51-■ ｋ2≤ui＜ｋ3 0 ui≤ｋ2 （４）

對于指標數(shù)值越大，水資源承載力水平越低的評價指標，各等級相對隸屬度函數(shù)的計算公式只需將以上公式右端ui區(qū)間號“＜”改為“＞”、“≤”改為“≥”，再采用同樣計算即可。

２．４ 綜合評價指數(shù)的計算

水資源綜合評價指數(shù)是衡量水資源可承載程度的綜合性指標，為了便于定量地分析各等級因素對水資源承載能力的影響因素，對各等級進行０～１區(qū)間的評分，Ｖ１（優(yōu)）、Ｖ２（中）、Ｖ３（差）對應的評分分別為ｖ１＝０．９５、ｖ２＝０．５０、ｖ３＝０．０５，根據(jù)下式計算綜合評價指數(shù)α，

α=■ （５）

式中，ｂｊ為結(jié)果評判矩陣Ｂ的第ｊ個值；ｖｊ為等級論域中第ｊ個評分值；ｋ值為了突出占優(yōu)勢等級的作用，干旱區(qū)通常ｋ＝１，最后計算的α值越高，水資源承載能力的潛力就越大［8］。

３ 石河子市水資源承載力分析

３．１ 水資源承載力評價指標體系及標準

水資源承載力指標體系是一個復雜的大系統(tǒng)，它不僅是水資源承載力大小的評判依據(jù)，也是水資源承載力大小的決策工具，對其選擇及確定關(guān)系到綜合評判的精度。因此確定指標體系系數(shù)量要適度，同時還要做到科學合理、符合實際。水資源承載力指標體系的各評判因素要全面分析水資源承載能力的各影響因素，這里參照了全國供需分析中的指標體系和其他水資源的一些評價指標體系及其標準［9，10］，并結(jié)合石河子市水資源開發(fā)利用情況，采用量化分析與專家打分相結(jié)合的方法，最終確定水資源利用率、產(chǎn)水模數(shù)、農(nóng)業(yè)灌溉率、年平均降水量、人均水資源量、生活用水定額、工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量、灌溉水利用系數(shù)、生態(tài)環(huán)境用水率、污徑比等１０個指標作為石河子市水資源承載力指標體系。按照上述１０個評價指標對區(qū)域水資源承載力的影響程度，借鑒水資源的一些評價標準以及專家建議將上述指標對水資源承載能力影響程度劃分為３個等級，每個指標及其各等級的數(shù)量指標見表１。

３．２ 評價結(jié)果及分析

運用評價因素隸屬度的計算方法，計算得出２００２～２００９年各年份評價指標的隸屬度，再利用公式（５）得到石河子市２００２～２００９年水資源承載力綜合評分值，見表２。

根據(jù)石河子市２００２～２００９年水資源承載力綜合評價結(jié)果，作數(shù)據(jù)變化情況曲線圖，如圖１所示。由圖１可以看出，各年份對Ｖ１、Ｖ２的隸屬度雖有波動，但整體呈上升趨勢，而對Ｖ３的隸屬度整體呈下降趨勢。石河子市水資源承載力綜合評分值在２００２～２００９年期間的波動變化為：２００２～２００４年呈上升趨勢，２００４～２００６年呈下降趨勢，２００６～２００９年呈上升趨勢，特別是２００８年到２００９年上升趨勢比較明顯。說明石河子市水資源承載力整體向好的方向發(fā)展，尤其是近年來由于工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量和生活用水定額這兩個指標有明顯的下降，石河子市水資源承載力明顯提高。但是還應該看到，２００２～２００８年期間，各年份對Ｖ３的隸屬度都高居在０．４以上，只有２００９年有所下降，因此石河子市水資源承載力整體狀況并不容樂觀。

２００９年石河子市水資源開發(fā)利用已經(jīng)達到相當規(guī)模。水資源承載能力綜合評價結(jié)果ｂｊ對Ｖ１的隸屬度為０．２３６ ７，對Ｖ２和Ｖ３的隸屬度分別是０．４４０ ８、０．３２２ ５， 而綜合評分值為０．４６１ ４。這說明在現(xiàn)有的經(jīng)濟技術(shù)條件下，仍有一定的開發(fā)利用潛力，但是必須對水資源加以合理利用，注重節(jié)約保護的同時，更要擴大供給量，縮減耗水量，這樣石河子市經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源的需求供給才能有一定的保證。

４ 結(jié)論

目前石河子市經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源的需求供給雖有一定的保證，但水資源承載能力一直不高，水資源供需矛盾開始顯現(xiàn)。當?shù)厮Y源中地下水開采不斷增大，開發(fā)潛力在逐漸變小；地表水則是主要靠當?shù)亟涤旰蛷倪^境河流引水，而降雨量多年以來相對較為恒定且嚴重偏少，若要擴大供給量，除了繼續(xù)開發(fā)地下水，還可考慮增加從過境河流的引水量?？v觀全局，最重要的是，政府應在宏觀上對水資源進行優(yōu)化配置和加強監(jiān)管控制，嚴格控制耗水量較大的工廠和企業(yè)在當?shù)芈鋺?，嚴格控制城市的?guī)模，確保人口規(guī)模適度，加強對水資源循環(huán)再利用工程的建設，從全方位做到對水資源的合理利用和節(jié)約使用。

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