哈密市水資源承載力動態(tài)評價

郭 偉

我國西北干旱半干旱地區(qū)的水資源短缺問題由來已久，隨著以暖干化為主要趨勢的氣候演變和經(jīng)濟社會發(fā)展水平的提升，水資源時空分布不確定性增加，人們對水資源的依賴性逐漸加強，并且水資源也已成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的制約因素[1～2]。統(tǒng)籌區(qū)域水資源數(shù)量、質(zhì)量及其分布特征，以做好水資源管理和優(yōu)化配置，是建設(shè)水生態(tài)文明的題中之義，而掌握區(qū)域水資源對經(jīng)濟、人口的荷載能力，是其重要內(nèi)容之一。關(guān)于水資源承載力的評價，相關(guān)學者側(cè)重于其指標體系、評價模型的研究，雖國內(nèi)外許多學者提出了水資源承載力不同的概念與表達模型，但至今尚未形成統(tǒng)一的認識[3]。通常認同的是，水資源承載力為區(qū)域在某一階段經(jīng)濟技術(shù)背景下，經(jīng)合理調(diào)配、統(tǒng)籌規(guī)劃，在不損害水資源環(huán)境及其可持續(xù)能力條件下，水資源對該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐能力。哈密市是我國典型的水資源缺乏地區(qū)，改革開放以來該地經(jīng)濟結(jié)構(gòu)逐漸升級、區(qū)域人口增加，水資源供需形勢不容樂觀。本文以此為案例區(qū)，旨在闡明近16年來哈密市水資源承載力動態(tài)變化，以期為區(qū)域資源規(guī)劃、生態(tài)設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

哈密市地處西北腹地、新疆東部天山山麓，區(qū)域地廣人稀，總面積面積15.32萬 km2，人口約60萬人。天山余脈橫綿中部，地勢中西部較高，區(qū)域海拔范圍為-43～4308 m，形成高山、平原、盆地地貌。哈密市位于中緯度亞歐大陸腹地，由于天山山脈橫亙地區(qū)，加之山脈南、北兩側(cè)多為荒漠、戈壁，哈密市域大部主要處于哈密盆地上。由于地處中高緯度內(nèi)陸，海洋水汽難以到達，形成溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨、溫差較大，多年平均氣溫和降水量為4.3℃、74 mm，區(qū)域光照時間長，日照時數(shù)為3549 h，蒸發(fā)量高達1652 mm。植被以高山草甸、溫帶灌木林、落葉闊葉林為主，主要集中于中西部山地區(qū)，其他大部分地區(qū)為荒漠、戈壁。哈密市水資源以地表徑流、地下水為主，前者由冰雪融水匯流而成，河流短促、流量較小，地表水資源總量為10.32×108m3；區(qū)域地下水豐富，水質(zhì)較好且埋藏深度較淺，哈密市多年平均水資源總量為79.21×108m3。由于氣候干旱、自然環(huán)境惡劣，哈密市水資源供需平衡難以得到有效保證。

1.2 水資源承載力評價指標體系

指標體系將資源承載力從多維度細化為某一具體的可量化指標因子，構(gòu)建合理的指標體系是水資源承載力研究的關(guān)鍵內(nèi)容。許多專家認為篩選指標因子需遵循科學性、可操作性、完整性、獨立性的原則，既要兼顧水資源承載力的自然屬性、社會屬性，更要考慮期間的復雜管理、影響。通過借鑒相關(guān)學者研究經(jīng)驗[2～4]，將水資源承載力劃分為壓力、狀態(tài)、響應等3個維度，然后依據(jù)維度特征確定指標因子。壓力維表示人口、經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源供應產(chǎn)生的壓力，狀態(tài)維表征為應對水資源壓力，對水資源做出相應配置、規(guī)劃后水環(huán)境呈現(xiàn)的狀態(tài)，響應維表征人們意識到水資源環(huán)境惡化后而采取的改良措施。壓力-狀態(tài)-響應框架在生態(tài)環(huán)境評價領(lǐng)域得到廣泛應用，本研究水資源承載力評價指標體系如表1所示。

表1 哈密市水資源承載力評價指標體系

1.3 水資源承載力評價方法

1.3.1 指標歸一化

水資源承載力指標具有表意、量綱差異，不便于在評價模型中進行互比或直接量算，因子需采用歸一化方法規(guī)避量綱差異，公式如下[5]：

式中：yij為歸一化后指標數(shù)值，其值域在[0,1]之間，數(shù)值越大，表明水資源承載力越安全。xij表示第i年第j項指標原始值，maxxj和minxj分別表示第j項指標中最大值和最小值。

1.3.2 權(quán)值計算

各項指標對水資源承載力的貢獻程度存在差異，對此一般賦以權(quán)值進行量算。通常賦權(quán)的方法有AHP法、Delphi法、專家打分法，客觀賦權(quán)法有熵權(quán)法、主成分分析法、因子分析法等，其中主觀賦權(quán)受臆斷影響加大，并對區(qū)域水資源承載力本底數(shù)據(jù)特征考慮較少；而因子分析和主成分法受數(shù)據(jù)噪聲影響強烈，單一指標的某一數(shù)據(jù)過大或過小，均能引起權(quán)值較大變化。綜合考慮，本文選取熵權(quán)賦值[6]，如下：

據(jù)此得到哈密水資源承載力各項指標權(quán)值，如表1）。

1.3.3 水資源承載力評價

將各項指標標準化值與指標貢獻值加權(quán)求量化表達區(qū)域水資源承載力公式為：

式中，Ei為水資源承載力指數(shù)，其值域為[0,1]，依據(jù)等分法原理，將其分為5級：[0,0.2）為不安全，[0.2,0.4）為較不安全，[0.4,0.6）臨界安全，[0.6,0.8）為較安全，[0.8,1]為安全，如表2。

表2 水資源承載力評價標準

表3 哈密市水資源承載力評價結(jié)果

2 哈密市水資源承載力動態(tài)分析

2.1 哈密市水資源承載力壓力維度分析

基于前述研究方案，得到研究時域2000～2016年哈密市水資源承載力各維度指數(shù)及其評價結(jié)果。由表3可知，2000～2016年哈密市水資源承載力壓力維指數(shù)呈現(xiàn)波動特征，其數(shù)值介于0.2416～0.5819之間，由臨界安全演變至較不安全，表明近17年來哈密市水資源壓力加大。新世紀以來隨著西部大開發(fā)計劃，哈密市著力發(fā)展能源、觀光旅游、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，相應地其工業(yè)化和城市化進入快速發(fā)展時期，于是相當部分土地被征收，生態(tài)用地被擠占，對水資源開發(fā)力度加大。不僅破壞了水源涵養(yǎng)能力，也造成土壤、水源污染等系列問題。在這些因素的影響下，全市水資源面臨沉重壓力。2000～2008年全市水資源承載力壓力維度為臨界安全，于2009～2016年惡化至較不安全，主要原因在于區(qū)域需水模數(shù)、人口增加的緣故。

2.2 哈密市水資源承載力狀態(tài)維度分析

如表3所示，哈密市水資源承載力狀態(tài)維度由2000～2001年的較不安全轉(zhuǎn)化為2002～2014年的臨界安全，并于2015～2016年逐漸優(yōu)化為較安全級別。原因在于森林覆蓋率、供水模數(shù)與降水量指標數(shù)值之間的消長。20世紀末哈密市森林覆蓋率不足22%，隨著退耕還林還草工程的實施，區(qū)域人工林草地迅速增加2015年的26.3%，區(qū)域水土保持能力加強，確保了地表水資源供應。同時隨著氣候變化加劇，哈密地區(qū)近16年的降水量較之于以往年份有所增多，這也為區(qū)域水資源循環(huán)提供了條件。然后供水模數(shù)的增加，表明地區(qū)需水量依然加劇，在此綜合影響下，哈密市水資源承載力狀態(tài)維度總體趨于優(yōu)化。

2.3 哈密市水資源承載力響應維度分析

如表3所示，2000～2016年水資源承載力響應維度指數(shù)由0.2538呈起伏升高至0.5766，由較不安全變?yōu)榕R界安全，雖有波動，但其總體趨勢較好。這主要得益于哈密市生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度加大與水環(huán)境保護措施的實施。上世紀末哈密地區(qū)啟動防風治沙工程，并相繼出臺《哈密地區(qū)環(huán)境保護條例》、《哈密地區(qū)水資源管理條例》、《哈密地區(qū)基本農(nóng)田保護條例》、《天山生態(tài)保護條例》等一系列政策法規(guī)，以切實推進資源環(huán)境保護與環(huán)境治理的實施，日趨重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，水土流失得到有效遏制，并加大了污水排放的管理力度?？梢?，人為主導的水生態(tài)環(huán)境修復工程對水資源承載力的維護產(chǎn)生了積極意義。

2.4 哈密市水資源承載力動態(tài)評價

監(jiān)測期哈密市水資源承載力指數(shù)由0.3319攀升至0.5763，逐漸從較不安全發(fā)展至臨界安全水平，水資源安全格局不斷改善。水資源承載力是壓力、狀態(tài)、響應維度綜合作用的結(jié)果。擬合分析可知（圖1），狀態(tài)、響應系統(tǒng)與土地生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)演變趨勢一致，擬合度較好，而壓力系統(tǒng)變化方向與其相反，且擬合略差；表明狀態(tài)與響應維度對水資源承載力良性發(fā)展起著主導作用；壓力維度則是其制約因素。

圖1 擬合分析圖

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

基于PSR模型構(gòu)建哈密市水資源承載力評價指標體系，對2000～2016年哈密市水資源承載力進行評價，得到研究區(qū)水資源承載力動態(tài)特征：較不安全—臨界安全,呈良性發(fā)展，但具雙重演化特性：壓力維度有退化態(tài)勢，狀態(tài)與響應維度逐漸好轉(zhuǎn)。研究時域內(nèi)哈密市水資源承載力趨于優(yōu)化，主要歸功于生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度加強以及大力推進水環(huán)境保護與污染治理。而當前哈密水資源承載力并不高。

3.2 建議

①規(guī)范水資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境治理體系，合理有序利用水資源的同時強化環(huán)境責任意識和環(huán)保投入，把對環(huán)境對破壞和污染降到最小。②改善用水結(jié)構(gòu),提升用水效率,大力發(fā)展和推廣農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，因地制宜安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，合理推廣旱區(qū)農(nóng)作物品種和栽培技術(shù)。③珍惜保護水資源，科學調(diào)水引水，確保水資源安全；完善農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)。④持續(xù)推行以天然林保護、宜林荒山荒地造林種草、陡坡耕地退耕還林(草)及防風治沙工程為主的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，積極防控生態(tài)災害；科學開辟森林公園和自然保護區(qū)，保護野生動物、林草覆被、濕地水域等。

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