基于相對(duì)資源法的縣域水資源承載力評(píng)價(jià)

熊夏瀾，林祥海

(巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆庫爾勒 841000)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)02—0001—04

基于相對(duì)資源法的縣域水資源承載力評(píng)價(jià)

熊夏瀾，林祥海

(巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆庫爾勒 841000)

對(duì)于自然資源的管理是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要焦點(diǎn)，也是一個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要求。水資源是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最重要支撐之一，文章提出采用水資源承載力的概念來評(píng)價(jià)區(qū)域水資源對(duì)于當(dāng)?shù)厝丝谂c經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的支撐能力，并以新疆霍城縣為例，選擇人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模這2個(gè)主要指標(biāo)，基于歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)承載指數(shù)(CI)和水資源供需平衡指數(shù)(IWSD)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后采用相對(duì)資源承載力(CCRR)方法對(duì)霍城縣現(xiàn)狀及未來水資源承載力動(dòng)態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，霍城縣現(xiàn)狀及未來10年的水資源承載力情況都處于較好態(tài)勢(shì)，但即便如此，仍然應(yīng)當(dāng)建立和實(shí)施合理的水資源政策和措施，以確保霍城縣水資源的可持續(xù)利用。

水資源承載力；承載指數(shù)；供需平衡指數(shù)；霍城縣

0 前 言

水資源是一個(gè)國家和地區(qū)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中不可或缺的重要資源，也是區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。隨著人口的增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源短缺和水環(huán)境污染問題日益加劇，區(qū)域水資源承載力的研究已引起政府和有關(guān)學(xué)者的高度重視[1]，正確地評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力，對(duì)合理、高效利用水資源，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2-3]。

水資源承載力的概念最早是由中國新疆水資源軟科學(xué)研究小組在1989年提出的，目前尚未被明確定義。錢正英[4]等人將區(qū)域水資源承載力定義為：“在某一具體的歷史發(fā)展階段，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為條件，在水資源經(jīng)過優(yōu)化配置并得到合理開發(fā)利用的情況下，某一區(qū)域的水資源對(duì)該區(qū)人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力”。在國際上，一些學(xué)者使用“水資源可持續(xù)利用”[5]和“水資源的生態(tài)限制”或“水資源自然系統(tǒng)的限制”[6]等方面來表達(dá)類似的意思。事實(shí)上，水資源承載力是一個(gè)涉及自然和社會(huì)的雙重屬性的概念，但并不局限于這些[7]。本文將水資源承載力定義為“在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的人類活動(dòng)或在一個(gè)良好的生態(tài)系統(tǒng)保持一定生活水平所能承受的最大值”。

目前，關(guān)于水資源承載力的評(píng)價(jià)方法有很多，如背景分析法[8]、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法[9]、DPSIR模型[10]，主成分分析法[11]、多目標(biāo)決策分析法[12]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(SD模型)[13]與極大熵權(quán)法[14]等，這些方法各有特點(diǎn)，但在具體的分析過程中都存在一定的局限性，且模型精度較難控制。因此，本文采用相對(duì)資源承載力法，選取水資源承載力定義中人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模這2個(gè)最活躍的指標(biāo)，并以新疆霍城縣為例，來評(píng)價(jià)縣域水資源承載力情況。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

霍城縣位于新疆西部，天山支脈科古爾琴山南麓，伊犁河谷西北部的開闊地帶。北鄰溫泉縣，南瀕伊犁河與察布查爾縣隔河相望，東與伊寧市接壤，西與哈薩克斯坦共和國為界，邊境線長(zhǎng)達(dá)153 km，是中亞各國乃至中國內(nèi)地陸路進(jìn)入伊犁地區(qū)的門戶。全縣南北長(zhǎng)約120 km，東西寬85 km，面積約5 460 km2?；舫强h行政隸屬于新疆伊犁哈薩克自治州，下轄10個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，縣政府駐永定鎮(zhèn)，另外境內(nèi)還有新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第4師的61團(tuán)、62團(tuán)、63團(tuán)、64團(tuán)、65團(tuán)和66團(tuán)6個(gè)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)。

霍城縣地處歐亞大陸腹地，距海遙遠(yuǎn)，屬溫帶大陸性半干旱氣候。夏季溫暖干燥，春季溫和濕潤(rùn)，秋季天高氣爽、降溫迅速，冬季長(zhǎng)而冷、多云霧天氣。根據(jù)霍城縣氣象站多年統(tǒng)計(jì)資料顯示，霍城縣多年平均氣溫9.1 ℃，多年平均日照時(shí)數(shù)2 550～3 000 h，≥10 ℃年有效積溫3 500 ℃，無霜期160～180 d。年均降水量140～450 mm，年均蒸發(fā)量1 400～1 900 mm(?20蒸發(fā)器)，年均無霜期167 d，平均風(fēng)速2.7 m/s，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)和西風(fēng)。

1.2 計(jì)算方法

盡管水資源是有限的，但是自然環(huán)境中水資源量的確切數(shù)值是多少，至今還沒有定論[15]。任何水體，包括河流，湖泊和地下水供水資源，都存在一個(gè)閾值，超過此閾值，生態(tài)環(huán)境就將會(huì)惡化[16]。

1.2.1 水資源承載力

在本文中，水資源承載力按下式計(jì)算[17-18]:

(1)

(2)

式中：GDPc為區(qū)域水資源可利用量所能承載的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，億元；GDP為區(qū)域內(nèi)的國內(nèi)生產(chǎn)總值；WD和WS分別為區(qū)域內(nèi)水資源利用量和水資源可利用量，億m3；Pc為當(dāng)社會(huì)發(fā)展到一定階段時(shí)，區(qū)域最大水資源可利用量所能承載的最大人口數(shù)量，萬人；[GDPP]為最低人均GDP的標(biāo)準(zhǔn)。本文中，它可以分為6個(gè)基本水平，即生活溫飽，生活小康(Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ級(jí))和生活富裕(Ⅰ和Ⅱ級(jí))水平，每一級(jí)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分別為3 000、6 300、13 000、24 000、34 000和62 000元人民幣[19]。承載指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 承載指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)表

同時(shí)，本文將水量供需平衡指數(shù)(Index of Water Supply-Demand Balance，簡(jiǎn)稱IWSD)引入到水資源承載力評(píng)價(jià)中，具體表述如下:

(3)

WD=WP+WI+WA+We

(4)

式中:WD為水資源需求量；WS為水資源可利用量。WD包括生活用水量(WP)、工業(yè)用水量(WI)、農(nóng)業(yè)用水量(WA)和生態(tài)環(huán)境用水量(We)。從式(3)可知，如果IWSD<0，則表示水資源可利用量無法滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境發(fā)展的需求，處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；否則，就處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

為了評(píng)價(jià)水資源承載力，本文采用使用承載指數(shù)來表示水資源承載狀況的3種情形，即:承載指數(shù)為超載階段、過渡階段和富余階段，如表1所示。由于單純的承載指數(shù)不能有效地識(shí)別人口和國內(nèi)生產(chǎn)總值對(duì)水資源承載力的不同效果，所以我們引入經(jīng)濟(jì)承載指數(shù)CIe和人口承載指數(shù)CIp，其表述如下：

(5)

(6)

式中:GDP0和P0分別為任意年的實(shí)際經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口數(shù)量。

1.2.2 相對(duì)水資源承載力

本文將相對(duì)資源承載力方法(Carrying capacity of relative resources，簡(jiǎn)稱CCRR)用于新疆霍城縣水資源承載力評(píng)價(jià)中，基于相對(duì)水資源承載力(Carrying Capacity of Relative Water Resources，簡(jiǎn)稱CCRWR)的計(jì)算公式如下[18]:

相對(duì)水資源承載力中的人口指數(shù):

Crp=I1×Qw1

(7)

(8)

相對(duì)水資源承載力中的經(jīng)濟(jì)指數(shù):

Cre=I2×Qw1

(9)

(10)

式中:Crp和Cre分別為相對(duì)水資源承載能力下的人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模；I1和I2分別為相對(duì)水資源承載指數(shù)；Qw0和Qw1分別為參照區(qū)和研究區(qū)的水資源可利用量；Qp0和Qe0分別為參照區(qū)的人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

2 結(jié)果分析

2.1 水資源承載力現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

考慮到研究區(qū)實(shí)際狀況，本文選取生活水平為小康水平的Ⅱ階段，即13 000元人民幣，水資源承載力的各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算值見表2。由表2可知，現(xiàn)狀實(shí)際人口未超過可承載人口數(shù)量(Pc，萬人)，霍城縣的水資源承載力低，而實(shí)際國內(nèi)生產(chǎn)總值小于水資源可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模(GDPc，億元)。人口承載力指數(shù)(CIp)呈逐年下降趨勢(shì)，從2005年的1.802降低到2010年的0.771，根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，處于輕微富余階段；經(jīng)濟(jì)承載指數(shù)(CIe)從2005年的0.507升至2010年的0.645，增幅較緩，根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，處于適當(dāng)富余階段。

表2 新疆霍城縣2005—2010年水資源承載力計(jì)算表

霍城縣2005—2010年實(shí)際人口、GDP與對(duì)應(yīng)可承載值變化情況對(duì)比見圖1。

圖1 霍城縣實(shí)際人口、GDP與可承載值對(duì)比圖

2.2 水資源承載力預(yù)測(cè)

參考新疆霍城縣“十二五”發(fā)展規(guī)劃，人口增長(zhǎng)率取1.2%，國民經(jīng)濟(jì)規(guī)模年均增長(zhǎng)比例取12%，社會(huì)發(fā)展階段處于小康生活的高級(jí)階段，即24 000元，對(duì)霍城縣2011至2020年水資源承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，預(yù)測(cè)情況下霍城縣人口數(shù)量未超過可承載人口數(shù)量(Pc)，霍城縣的水資源承載力低，而預(yù)測(cè)的國內(nèi)生產(chǎn)總值小于水資源可承載的經(jīng)濟(jì)規(guī)模(GDPc)。人口承載力指數(shù)(CIp)呈先降后升趨勢(shì)，從2010年的0.771降至2011年的0.459，之后由2011年的0.459逐漸上升到2020年的0.678。根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，處于輕微富余階段；經(jīng)濟(jì)承載指數(shù)(CIe)從2010年的0.645升至2020年的0.886，增幅較緩，根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，處于輕微富余階段。

表3 新疆霍城縣2011—2020年水資源承載力計(jì)算表

3 討論與建議

3.1 討 論

水資源的可持續(xù)管理已成為水資源短缺區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵問題。目前，還沒有一個(gè)較合適的方法來評(píng)價(jià)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展問題，本文是對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度和水資源關(guān)系研究的一次嘗試，且本文提出的相對(duì)水資源承載力方法(Carrying capacity of relative water resources，簡(jiǎn)稱CCRWR)較系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法(System Dynamic Approach，簡(jiǎn)稱SD)更加簡(jiǎn)單、方便。雖然本模型未考慮一些因素，例如水環(huán)境條件，這是計(jì)算新疆霍城縣水資源承載力的主要因素之一。因此，在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí)，需要把重點(diǎn)放在對(duì)環(huán)境-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展上來。但上述結(jié)果表明，CCRWR模型仍然是一個(gè)比較合適的方法。

與水有關(guān)的社會(huì)生態(tài)環(huán)境的承載能力涉及社會(huì)制度、經(jīng)濟(jì)制度和環(huán)境管理體系等方面。水資源承載力評(píng)價(jià)的難點(diǎn)在于，它是涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和水資源的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)的復(fù)雜性、不確定性和動(dòng)態(tài)變化特性，導(dǎo)致了水資源承載力的評(píng)價(jià)在一定程度上的不可預(yù)測(cè)性。因此，有必要耦合社會(huì)制度、經(jīng)濟(jì)制度和環(huán)境管理體系，并考慮其它資源的互動(dòng)關(guān)系，來加強(qiáng)對(duì)研究區(qū)的水資源承載力研究。

3.2 建 議

研究表明，在未來一定階段，霍城縣水資源承載力狀況仍有一定富余。但是，為了保證區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、可持續(xù)發(fā)展，仍然應(yīng)建立和實(shí)施合理的水資源開發(fā)、利用和保護(hù)措施，主要建議如下:

(1) 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，降低農(nóng)業(yè)用水量;限制高消耗和高污染水資源的產(chǎn)業(yè)，并制定持續(xù)清潔生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策，以減少水資源的需求量和廢水排放量。應(yīng)采取一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，控制大型用水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并在未來的五年規(guī)劃(2015—2020年)及中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2020—2030年)中加以明確，使有限的水資源得以高效利用。

(2) 加強(qiáng)水資源管理信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并建立水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。加強(qiáng)再生水的水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以確保再生水質(zhì)量符合有關(guān)用水標(biāo)準(zhǔn)，避免其傷害到當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)、生活和生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于地下水、河流和水庫等水體的水質(zhì)，應(yīng)建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于用水量和廢水排放的相關(guān)信息可以通過平臺(tái)耦合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行收集和發(fā)布。

(3) 實(shí)施水價(jià)改革，建立科學(xué)合理的水價(jià)體系，并制定出完善的法律法規(guī)體系。由于水資源是一種經(jīng)濟(jì)商品，選擇適當(dāng)?shù)乃畽?quán)和水價(jià)制度，可以明顯提高水資源的利用效率。目前的水價(jià)結(jié)構(gòu)和水價(jià)體系的優(yōu)化，重要的是要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和提高水資源利用效率。

4 結(jié) 語

本文根據(jù)水資源承載力定義和CCRWR方法對(duì)新疆霍城縣2005—2010年的水資源承載力現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)2011—2020年水資源承載力的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了全面研究，從上述的模擬和分析得出如下結(jié)論:

(1) 本文提出基于IWSD、CI和CCRWR方法與概念的水資源承載力模型，并用來評(píng)價(jià)新疆霍城縣水資源承載力，結(jié)果是令人滿意的，同時(shí)可以將這種方法擴(kuò)展到其它地區(qū)的水資源承載力評(píng)價(jià)中。

(2) 水資源安全是社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，適當(dāng)增加水資源的供應(yīng)量，以提高居民生活水平顯得尤為重要。

(3) 新疆霍城縣現(xiàn)狀水資源承載力處于輕微富余階段，仍然有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

(4) 應(yīng)建立和實(shí)施水資源扶貧和開發(fā)計(jì)劃，如加大農(nóng)業(yè)節(jié)水力度、對(duì)城鎮(zhèn)污水回用等，在可預(yù)見的未來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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Assessment on Bearing Capacity of Water Resources of County Region Based on Relative Resources Method

XIONG Xia-lan, LIN Xiang-hai

(Bazhou Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Kurbei, Xinjiang 841000, China)

Management of the natural resources is one of the key points of sustainable development of one region. It is also the important requirement for one social-economic system to develop sustainably. Water resources is one important support to social and economic sustainable development. In the paper, the bearing capacity of water resources is proposed to assess the regional water resources for the support ability to the scale of the local population and economic development. Furthermore, Hecheng County is taken as an example, and population and economic scale are selected as two important indexes. Based on the historic statistic data, bothCIandIWSDare assessed. ThenCCRRmethod is applied to assess the current situation and future dynamic tendency of the bearing capacity of water resources of Hecheng County. The study shows the bearing capacity of water resources of Hecheng County at present and in future 10 years is at the better tendency. However, rational policy and measures for water resources shall be established and implemented so as to secure the sustainable utilization of the water resources of Hecheng County.

bearing capacity of water resources; bearing index; supply-demand balance index; Huocheng County

2014-09-30

熊夏瀾(1980- ),女,甘肅省武威市人,工程師,主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作.

新疆水利水電工程重點(diǎn)學(xué)科資助(XJZDXK2002-10-05).

TV213.4

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.001