新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域水資源承載力研究

摘要：塔里木河流域水資源分布不均，水資源供需矛盾突出，有必要對(duì)該流域水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以塔里木河流域自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源等資料為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立了評(píng)價(jià)模型，并運(yùn)用該模型對(duì)塔里木河流域2015年水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：阿克蘇地區(qū)和喀什地區(qū)綜合評(píng)分分別為0.438和0.454，目前喀什地區(qū)水資源承載能力非常有限;克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃菥C合評(píng)分為0.620，水資源承載力較高，介于和田地區(qū)和巴音郭楞蒙古族自治州之間。塔里木河流域總體綜合評(píng)分為0.508，目前水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高。建議加強(qiáng)塔里木河流域水資源綜合管理，科學(xué)、可持續(xù)地利用水資源。

關(guān)鍵詞：水資源承載力;模糊綜合評(píng)價(jià)法;塔里木河流域;新疆維吾爾自治區(qū)

中圖法分類號(hào)：TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2020.08.001

1 研究背景

水是經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要自然資源，特別是在干旱和半干旱地區(qū)。水資源承載力是衡量水資源安全的重要指標(biāo)，對(duì)干旱半干旱地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義，且直接影響到當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)西北地區(qū)水資源嚴(yán)重缺乏，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱。其中尤為值得關(guān)注的地區(qū)是位于西北新疆維吾爾自治區(qū)南部的塔里木河流域，該流域是中國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河流，干流長(zhǎng)1 321 km[1-2]。

近50 a來(lái)，在以水資源開(kāi)發(fā)利用為主導(dǎo)的人類密集活動(dòng)影響下，塔里木河流域自然生態(tài)過(guò)程發(fā)生了明顯變化，生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益凸顯。位于塔里木河下游的羅布湖和臺(tái)特瑪湖分別于1970年和1972年干涸，導(dǎo)致下游大部分地區(qū)的地下水位下降[3]。這些環(huán)境問(wèn)題導(dǎo)致大面積胡楊林退化，生物多樣性嚴(yán)重下降，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能受損。塔里木河流域環(huán)境日益惡化，水資源短缺問(wèn)題引起了廣泛關(guān)注[4-5]。本文利用2015年塔里木河流域自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源等方面的數(shù)據(jù)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)塔里木河流域水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為塔里木河流域的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

塔里木河流域包括阿克蘇、喀什、和田、克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莺桶鸵艄忝晒抛灾沃荨Ｔ诘赜蛏嫌伤锬九璧刂苓呄蛑行木哿鞯木糯笏岛退锬竞痈闪?，塔克拉瑪干大沙漠及東部荒漠區(qū)組成（見(jiàn)圖1）。隨著歷史變遷和人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，特別是綠洲農(nóng)業(yè)的開(kāi)發(fā)，流域水系發(fā)生了巨大變化。大部分水系逐漸被肢解，與主流失去聯(lián)系。到目前為止，只有和田河、葉爾羌河和阿克蘇河三大水系與干流有天然的水力聯(lián)系。這3條河流連同通過(guò)庫(kù)塔干渠向干流下游輸水的開(kāi)都一孔雀河，被稱為“四源頭”。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所采用的數(shù)據(jù)來(lái)源于《新疆50年》《新疆水資源公報(bào)》和《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒1989-2018年》，包括塔里木河四源頭和干流以及塔里木河流域5個(gè)地區(qū)的基本情況，如人口、土地面積、年均降水量、水資源總量、供水總量等。根據(jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算評(píng)價(jià)因子值。此外，參考其他水資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定了各評(píng)價(jià)因子的等級(jí)指標(biāo)。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是采用指標(biāo)體系對(duì)水資源承載能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[6]，在對(duì)影響水環(huán)境承載能力的各個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合評(píng)判矩陣對(duì)其承載能力做出多因素綜合評(píng)價(jià)，從而分析出水資源承載能力。該方法克服了統(tǒng)計(jì)分析法中承載因子間相互獨(dú)立的局限性，可較全面分析水資源承載力的狀況[7]。

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法給出兩個(gè)有限集合U=[u1，u2，…，um]，V= [V1，V2，…，vn]，U代表所有評(píng)價(jià)因子的集合;V代表所有評(píng)價(jià)等級(jí)的集合;首先對(duì)評(píng)價(jià)因子ui（i=1，2，…，m）進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定其對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj（j=1，2，…，n）的隸屬度，即評(píng)價(jià)因子r ij，因此m個(gè)評(píng)價(jià)因子的判斷決策矩陣如下：式中，R為U與y的模糊關(guān)系;R為ui與V的模糊關(guān)系;若各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重為A=[ai，a2，…，am]（A為集合U的模糊子類，O≤ai≤1，ai之和為1），則應(yīng)用模糊變換的綜合運(yùn)算，可求出集料V的一個(gè)模糊子類，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

B=AR=[b1，b2，…，bn]

（2）式中，B代表V的模糊集合。模糊變換AR轉(zhuǎn)換為公共矩陣計(jì)算，它指的是所有方向上的多個(gè)因素，適用于多因素序列。計(jì)算過(guò)程如下：

4 評(píng)價(jià)因子的選擇以及等級(jí)劃分

4.1 評(píng)價(jià)因子的選擇

影響水資源承載力的因素很多。為選擇合理的指標(biāo)體系，科學(xué)評(píng)價(jià)塔里木河流域水資源承載力，必須選擇反映水資源狀況、開(kāi)發(fā)利用狀況、供需關(guān)系的若干指標(biāo)。以中國(guó)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，選取了7個(gè)影響較大的評(píng)價(jià)因子，包括水資源利用效率（ ui）（供水量與可利用水資源總量之比）、水資源利用程度（u2）（供水量與水資源總量之比）、供水模數(shù)（u3）（供水與土地面積之比）、需水模數(shù)（u4）（需水與土地面積之比）、人均生活用水（u5）（生活水量與日總?cè)丝谥龋⑷司鶎?shí)際供水量（ u6）（供水與總?cè)丝谥龋┮约澳杲邓浚╱7）（同年降水量）。這7個(gè)因素對(duì)塔里木河流域水資源影響較大，在流域水資源承載力評(píng)價(jià)中起著重要作用。

4.2 等級(jí)劃分

參照其他水資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8]，確定了7個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)塔里木河流域水資源承載力的重要程度可分為3個(gè)等級(jí)。表1列出了各因素的分級(jí)指標(biāo)。v1代表最壞的情況，表明水資源承載能力已接近飽和，對(duì)水資源更多開(kāi)發(fā)將導(dǎo)致水資源短缺和環(huán)境惡化;v3代表最好的情況，這說(shuō)明水資源開(kāi)發(fā)利用仍有較大潛力，水資源利用程度和開(kāi)發(fā)規(guī)模較小;v2介于v1和v3之間，說(shuō)明水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模已達(dá)到一定程度，但仍具有一定的開(kāi)發(fā)利用潛力。

為更好地反映水資源承載力狀況，將0-1級(jí)劃分為：α1=0.05，α2=0.50，α3=0.95，其中αi代表vj的等級(jí)。在綜合評(píng)價(jià)時(shí)，采用以下公式[9]從B矩陣中的aj和bj計(jì)算綜合等級(jí)α：

從而定量地反映評(píng)價(jià)因子對(duì)水資源承載力的影響程度。根據(jù)干旱地區(qū)的情況，選取k=1，顯然，α值越高，水資源承載力的潛力就越大。

5 結(jié)果與分析

根據(jù)不同河流的水資源供需狀況（見(jiàn)表2）、其他相關(guān)因素的差異，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H，在分析巴音郭楞、阿克蘇、克孜勒蘇、喀什、和田5個(gè)地區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)流域的水資源承載力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)塔里木河流域的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，結(jié)合塔里木河流域開(kāi)發(fā)規(guī)劃，根據(jù)2015年的基礎(chǔ)資料，對(duì)塔里木河流域的水資源利用效率、水資源利用程度、供水模數(shù)、需水模數(shù)、人均生活用水、人均實(shí)際供水量和年降水量進(jìn)行了評(píng)價(jià)（見(jiàn)表3）。

根據(jù)表2中各評(píng)價(jià)因子的值，可根據(jù)式（2）～（4）計(jì)算隸屬度r ij，式中rij=uv1（ui），ri2=uv2（ui），ri3=uv3（ui）。在綜合考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水資源承載力的影響程度和不同指標(biāo)的交叉點(diǎn)后，參照我國(guó)水資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，賦予各評(píng)價(jià)因子不同的權(quán)重[9]。采用層次分析法確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，即A=（0.2 0.15 0.1 0.10.15 0.2 0.1）。

同樣，可以計(jì)算出2015年其他地區(qū)及整個(gè)流域的水資源綜合評(píng)價(jià)結(jié)果（見(jiàn)表4），矩陣B的bj是各評(píng)價(jià)因子共同作用的結(jié)果。利用矩陣B的bj和公式（1）可計(jì)算出塔里木河流域2015年水資源承載力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

如表4所示，bj到v2的隸屬度相對(duì)較高，而bj到v1和v3的隸屬度相對(duì)較低。結(jié)果表明，塔里木河流域目前的水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高。因此，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中，有效利用水資源，重視節(jié)約水資源迫在眉睫。塔里木河流域各地區(qū)阿克蘇、喀什水資源承載力不容樂(lè)觀，綜合評(píng)分分別為0.438和0.454。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)v1.的隸屬度分別高達(dá)0.308和0.313，對(duì)v3的隸屬度僅為0.171和0.210。因此，阿克蘇、喀什的水資源開(kāi)發(fā)潛力很小?？俗卫仗K的情況較為樂(lè)觀，綜合評(píng)分為0.620，評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)v1的隸屬度為0.241，對(duì)v3的隸屬度高達(dá)0.507?？梢?jiàn)，該州水資源潛力較大，未來(lái)水資源仍能支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。巴音郭楞和和田的情況介于上述兩種情況之間。通過(guò)對(duì)各地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用情況的分析，阿克蘇河流域（阿克蘇地區(qū)）和葉爾羌河流域（喀什地區(qū)）的總供水量占水資源總量的比例分別為86.65%和90.36%，水資源開(kāi)發(fā)利用程度分別高達(dá)59.70%和88%，均高于巴音郭楞和和田?？俗卫仗K水資源利用效率和水資源開(kāi)發(fā)利用程度分別為4.63%和1.90%，水資源開(kāi)發(fā)潛力巨大。從以上討論可以看出，評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況。

6 結(jié)語(yǔ)

采用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)塔里木河流域的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：塔里木河流域綜合評(píng)分為0.508，目前水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高，剩余水承載能力有限。阿克蘇和喀什的綜合評(píng)分分別為0.438和0.454，目前的水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高，剩余的水資源承載能力非常有限?？俗卫仗K綜合評(píng)分高達(dá)0.620，水資源承載力更高。為緩解塔里木河流域水資源危機(jī)，緩解水資源生態(tài)與經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的矛盾，迫切需要采取相關(guān)措施來(lái)提高水資源承載力。

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（編輯：唐湘茜）

作者簡(jiǎn)介：劉華利，男，工程師，主要從事河道管理、水政執(zhí)法、灌區(qū)配水等工作。E-mail：1129049680@qq.com