鄱陽湖信江流域典型縣域水資源承載力研究

計(jì) 勇，白承榮，張 潔，2，張力薇，黃學(xué)平，3

(1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西南昌330099;2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210098;3.南昌大學(xué)鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330029)

0 引言

水資源承載力實(shí)際是采用系統(tǒng)學(xué)原理［1－2］將水資源系統(tǒng)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等系統(tǒng)聯(lián)系起來，反映區(qū)域水資源供需關(guān)系［3－7］，供大于需表示可承載;反之，則不可承載.在開展水資源承載力評(píng)價(jià)過程中，構(gòu)建水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是常用方法和研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)如何構(gòu)建有效的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了研究［8－10］.指標(biāo)選取是水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的核心問題，由于水資源系統(tǒng)是社會(huì)－經(jīng)濟(jì)－生態(tài)環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，指標(biāo)選取需注重水資源系統(tǒng)本身與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等系統(tǒng)的耦合關(guān)系.在方法上，層次分析法(AHP)由于充分考慮了人的主觀決策力［11］，同時(shí)具備多準(zhǔn)則、多目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，它是無結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜問題研究的常用方法，能較好地將區(qū)域水資源承載力研究與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào).

鄱陽湖是我國最大的淡水湖，廣納五河，貫通長江［12］，它是重要的淡水資源庫與生態(tài)資源庫，維系一方經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)穩(wěn)定.信江是鄱陽湖的重要來水源，整個(gè)流域位于江西省的東北部，地處東經(jīng)116°19＇至 118°31＇，北緯 27°32＇至 28°58＇之間，面積達(dá)17554 km2，轄鷹潭市、撫州市及上饒市3個(gè)地級(jí)市的15個(gè)縣域或地區(qū)，人口數(shù)超過600萬;流域降雨充沛，河網(wǎng)密布，多年平均水資源總量為173.83億m3［13］，水資源量極為豐富.信江流域水資源承載力的研究關(guān)系到整個(gè)區(qū)域乃至鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展.

1 信江流域水資源承載力模型

水資源承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)模型的建立是進(jìn)行區(qū)域水資源承載力研究的關(guān)鍵問題［14］.基于水資源承載力的理論內(nèi)涵，研究選取能夠直接反映區(qū)域水資源承載力大小的宏觀指標(biāo)及反映水資源系統(tǒng)與其他系統(tǒng)耦合狀態(tài)的綜合指標(biāo).宏觀指標(biāo)取區(qū)域水資源本身能夠承載的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模及人口規(guī)模;綜合指標(biāo)選取反映水資源承載力的支持力、壓力及主客體［15－17］之間的相互協(xié)調(diào)性指標(biāo).模型將水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層3個(gè)層次.

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1.1 宏觀指標(biāo)設(shè)計(jì) 區(qū)域水資源承載力的宏觀指標(biāo)包括人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模2個(gè)子指標(biāo)，涉及到社會(huì)發(fā)展水平、某一社會(huì)發(fā)展水平人均占有GDP的下限指標(biāo)、GDP和生產(chǎn)這些國內(nèi)產(chǎn)值總用水量.

1.1.2 綜合指標(biāo)設(shè)計(jì) 根據(jù)信江流域水資源特點(diǎn)，支持力指數(shù)選取4個(gè)指標(biāo)、壓力指數(shù)中社會(huì)系統(tǒng)選取5個(gè)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)選取6個(gè)指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)采用4個(gè)指標(biāo)、協(xié)調(diào)指數(shù)選擇11個(gè)指標(biāo).具體綜合指標(biāo)設(shè)計(jì)及計(jì)算原理、指示作用如表1所示.

表1 信江流域水資源承載力綜合指標(biāo)設(shè)計(jì)

1.2 計(jì)算方法

2 分析與討論

1.2.1 權(quán)重計(jì)算 層次分析法［11，18－20］(TheAnalytic Hierarchy Process，AHP)是常用的確定指標(biāo)權(quán)重的方法，該方法以決策者的主觀判斷為基礎(chǔ)，能夠更好地把握宏觀發(fā)展形勢，是一種“活”的方法.為保證權(quán)重計(jì)算的合理性，本文選取多名相關(guān)領(lǐng)域不同層次、經(jīng)驗(yàn)豐富的專家進(jìn)行獨(dú)立決策賦值.

1.2.2 指標(biāo)計(jì)算 基于上述指標(biāo)的選取與設(shè)計(jì)，水資源承載力(F)計(jì)算公式為

其中宏觀指標(biāo)Fe為區(qū)域水資源可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，F(xiàn)p為區(qū)域水資源可承載的人口規(guī)模，綜合指標(biāo)中CCI為水資源承載力指數(shù)，CHI為協(xié)調(diào)指數(shù).

(i)區(qū)域水資源可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模指數(shù)(Fe)與人口規(guī)模指數(shù)(Fp)

宏觀指標(biāo)實(shí)際反映區(qū)域宏觀的水資源供需狀況，涉及區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)耗水量及其對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，區(qū)域水資源可利用量，社會(huì)發(fā)展水平的人均GDP指標(biāo)等.單位水量承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模為

其中WD為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)總用水量/(104m3)，GDP為耗水量為WD時(shí)的國內(nèi)生產(chǎn)總值.

區(qū)域水資源可承載的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模(Fem)為

其中Fem為區(qū)域水資源可承載的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模/(104元)，WS為區(qū)域水資源可利用量/(104m3).

水資源承載的最大人口規(guī)模為

其中GDPP為某一社會(huì)發(fā)展水平的人均占有GDP的下限指標(biāo)［9］.

(ii)區(qū)域水資源承子力綜合指標(biāo)(CC)計(jì)算

該指標(biāo)由承載力指數(shù)(CCI)與協(xié)調(diào)指數(shù)(CHI)組成，包括各層次指標(biāo)和目標(biāo)值的計(jì)算.綜合指標(biāo)是從反映區(qū)域水資源承載力的微觀影響因素入手，進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)的相對(duì)指標(biāo).指標(biāo)計(jì)算公式為CC=［CCI，CHI］.

水資源承載力指數(shù)反映水資源系統(tǒng)承載的壓力和本身支持力的相對(duì)關(guān)系，計(jì)算公式為

其中CCS為水資源支持力指數(shù)，CCP為水資源壓力指數(shù).

支持力指數(shù)與壓力指數(shù)的計(jì)算公式參見文獻(xiàn)［21］.CCI反映區(qū)域水資源承載的狀況.顯然，CCI＞1表示水資源系統(tǒng)超載;CCI=1表示水資源承載力達(dá)到臨界;CCI＜1表示水資源系統(tǒng)可以承載社會(huì)發(fā)展.

協(xié)調(diào)指數(shù)(CHI)反映復(fù)雜系統(tǒng)中水資源系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，指數(shù)計(jì)算公式參見文獻(xiàn)［22］.

2.1 典型縣域選取

典型縣域主要依據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局現(xiàn)狀進(jìn)行選取，信江流域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值來源主要為工業(yè)、農(nóng)業(yè).依據(jù)現(xiàn)狀年及參照年第一、二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與總值的比值狀況選取3個(gè)典型縣域，3個(gè)縣域產(chǎn)業(yè)布局狀況分別為:第一產(chǎn)業(yè)為主、第二產(chǎn)業(yè)為主、2種產(chǎn)業(yè)相當(dāng)(見表2).通過對(duì)比分析，研究區(qū)典型縣域(信江流域所轄部分)選擇東鄉(xiāng)縣、貴溪市及萬年縣.2005年3個(gè)典型縣域的基本情況匯總?cè)绫?所示.

表2 典型縣域不同年份第一、二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況 %

表3 典型縣域基本狀況

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

研究區(qū)水資源承載力相關(guān)指標(biāo)、指數(shù)計(jì)算以現(xiàn)狀年(2005年)實(shí)際資料為基礎(chǔ)，依據(jù)宏觀形勢與研究區(qū)實(shí)際狀況，并結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料(統(tǒng)計(jì)年鑒、水文公報(bào)等)及研究成果等預(yù)測參照年(2015年、2030年)該區(qū)的水資源承力狀況.

基于以上研究論述，研究區(qū)典型縣域不同水平年水資源承載力計(jì)算結(jié)果如表4所示.

表4 水資源承載力指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，2005年各典型縣域水資源可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模均大于現(xiàn)狀指標(biāo)，這表明3個(gè)典型縣域經(jīng)濟(jì)均可承載，其中貴溪市可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)244.95億元，該區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮?2015年與2030年比現(xiàn)狀年經(jīng)濟(jì)承載規(guī)模有大幅提升，區(qū)域經(jīng)濟(jì)有充分的發(fā)展空間，這是區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整、水資源可發(fā)利用模式趨于科學(xué)化的結(jié)果;典型縣域中，貴溪市的可承載規(guī)模最大，2015年與2030年分別達(dá)到639.19億元與1953.84億元，與現(xiàn)狀年可承載規(guī)模最大的狀況一致.

2005年各縣域可承載人口規(guī)模均超過現(xiàn)狀人口，均可承載;參照年，除萬年縣在2015年可承載人口規(guī)模有小幅下降外，貴溪市與東鄉(xiāng)縣區(qū)內(nèi)可承載人口均呈增長趨勢，貴溪增幅最大，且比2005—2015年段、2015—2030年段增幅更加明顯，這表明2005—2015年段各典型縣域水資源消耗量劇增，生活用水壓力增大，尤其以萬年縣最為明顯.2005、2015及2030年各典型縣域水資源承載力指數(shù)不斷增大，這表明即使在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長的壓力下，通過不斷的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、制定合理有效的水資源開發(fā)策略、提高節(jié)水意識(shí)等措施依然可以緩解用水壓力;另一方面，典型縣域中該指數(shù)以貴溪市最小，該區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源開發(fā)利用策略等方面更加合理，與現(xiàn)狀發(fā)展?fàn)顩r相一致.

協(xié)調(diào)指數(shù)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷提升，這表明區(qū)域水資源系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)協(xié)調(diào)性增強(qiáng).值得一提的是，貴溪市比其他2縣域協(xié)調(diào)指數(shù)更高，水資源系統(tǒng)與其他系統(tǒng)銜接更加科學(xué)，這些均與上述分析一致.

3 結(jié)論

1)研究表明，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各個(gè)典型縣域經(jīng)濟(jì)、人口承載規(guī)模大幅提升，未出現(xiàn)超載狀況;盡管區(qū)域水資源承載力指數(shù)不斷增長，水資源利用壓力不斷增大，但區(qū)域水資源仍然存在一定的承載空間，水資源系統(tǒng)與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)性不斷增強(qiáng).

2)不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)背景的區(qū)域水資源承載力狀況存在較大差異，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第一產(chǎn)業(yè)為主的區(qū)域比第二產(chǎn)業(yè)為主的區(qū)域水資源承載能力與協(xié)調(diào)狀況普遍更差.

3)承載力指數(shù)較小、協(xié)調(diào)指數(shù)較大的區(qū)域，可承載人口與經(jīng)濟(jì)規(guī)模的增長空間更大，這與實(shí)際情況是相符的.

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