疏勒河流域生活需水量預(yù)測

王金輝　馬雁　賈生?！“子袔洝埗ê！≤嚿i　鄭宗倩　寇睿

摘要 為了預(yù)測地處干旱內(nèi)陸區(qū)的疏勒河流域生活需水量，通過對(duì)該區(qū)域2010—2018年人口變化趨勢分析，構(gòu)建線性和非線性模型對(duì)流域生活需水量進(jìn)行預(yù)測研究，結(jié)果表明：生活需水量呈逐年增加趨勢，2019—2040年增幅為21.2%，其中農(nóng)村生活需水量減少，城鎮(zhèn)生活需水量增加，預(yù)測2019年城鎮(zhèn)需水是農(nóng)村需水的1.6倍，而到2040年該值達(dá)到2.9倍。該研究可為地區(qū)水資源優(yōu)化配置及合理利用提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 疏勒河流域;生活需水量;預(yù)測

中圖分類號(hào) TV 213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2020）23-0239-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.062

Prediction of Domestic Water Demand in Shule River Basin

WANG Jin-hui1， MA Yan2， JIA Sheng-hai2 et al

（1.Shule River Basin Water Resources Administration of Gansu Province， Jiuquan， Gansu 730070; 2. School of Water Resources and Hydropower Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu 730070）

Abstract Taking the Shule River Basin as the research object， through the analysis of the population change trend in the region from 2010 to 2018， a linear and non-linear model is constructed to predict the water demand of the basin. Rural water demand decreases and urban domestic water demand increases. It is predicted that urban water demand in 2019 will be 1.6 times that of rural water demand， and by 2040 this value will reach 2.9 times. The research can provide a certain theoretical basis for the optimal allocation and rational utilization of regional water resources.

Key words Shule River Basin;Living water requirement;Prediction

疏勒河流域?qū)傥鞅眱?nèi)陸干旱區(qū)，水資源短缺嚴(yán)重制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。早期疏勒河流域牧草茂盛，牛羊成群。經(jīng)過長期的開墾和超采，導(dǎo)致草場迅速退化，大面積水土流失，后經(jīng)風(fēng)沙侵蝕，疏勒河流域出現(xiàn)了大量戈壁荒地。隨著移民范圍的不斷增大，疏勒河流域的水資源利用程度不斷提高，流域的水資源狀況也成為了人們最擔(dān)心的問題之一[1]。

近年來，不少學(xué)者致力于疏勒河流域不同地區(qū)生態(tài)需水量的研究，提出了生態(tài)需水預(yù)測模型[2-5]，在對(duì)流域徑流變化做相關(guān)研究的同時(shí)[6-7]，對(duì)水資源的利用和優(yōu)化配置也做了大量研究[8-9]。然而水在干旱區(qū)是極為珍貴的資源，流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提是保證生活需水的要求，如果其他產(chǎn)業(yè)需水?dāng)D占生活用水，一方面會(huì)引發(fā)水權(quán)爭議，另一方面，會(huì)使資源得不到合理配置，甚至嚴(yán)重影響和制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[10]。因此，了解疏勒河流域水資源現(xiàn)狀，探尋適宜的生活需水量預(yù)測模型，可以很好地對(duì)未來某一時(shí)間段的需水要求進(jìn)行直觀估算，對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)馗鶕?jù)實(shí)際情況分配水資源，制定更加合理的開采模式，維護(hù)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

疏勒河流域地處甘肅省河西走廊最西端，位于93°22′～98°59′E、38°01′～42°47′N，東鄰巴丹吉林沙漠，西接庫姆塔格沙漠，北連馬鬃山脈低山、丘陵、戈壁灘，南為祁連山脈，流域面積約1.25×105 km2，包括敦煌市、玉門市、肅北縣、瓜州縣、阿克塞縣及青海省天峻縣和德令哈的一部分。疏勒河流域是典型的干旱荒漠氣候，多年平均降水量極低，而蒸發(fā)量大，以冰雪融水與山區(qū)降水補(bǔ)給為主，流域內(nèi)多年平均年降水量為9.757×109 m3，多年平均年徑流量9.68×108 m3。疏勒河流域干流全長670 km，起源于祁連山脈西端，最后匯入黑海子，主要支流有黨河、榆林河、白楊河、石油河等。流域上游山勢險(xiǎn)峻，存在典型的大陸性冰川和大面積多年凍土;而中、下游地勢平坦，綠洲與荒漠并存，存在土地沙漠化、鹽堿化等生態(tài)問題[11]。

新中國成立后，在政府政策的支持下，疏勒河中、下游地區(qū)實(shí)施了大規(guī)模的移民開發(fā)，以1983年“兩西”農(nóng)業(yè)建設(shè)移民安置工程和1996年的“疏勒河流域農(nóng)業(yè)灌溉暨移民安置綜合開發(fā)項(xiàng)目”為典型項(xiàng)目，使流域人口不斷增加，用水矛盾加劇[12]。根據(jù)《2018年甘肅省水資源公報(bào)》，疏勒河流域水資源總量為1.272×109 m3，降水量為1.146 2×1010 m3，地表水資源量為1.213×109 m3，純地下水資源量為0.059×109 m3。截至2018年疏勒河流域總?cè)丝跒?3.43萬，其中城鎮(zhèn)人口為32.34萬，農(nóng)村人口為21.09萬。2018年疏勒河流域城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民生活用水指標(biāo)分別為201、51 L/（人·d）。

2 生活需水量預(yù)測

生活需水量主要是指人口生活需水量，包括研究區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)人口生活需水量和農(nóng)村人口生活需水量。生活需水量的預(yù)測方法較多，但最簡單直接的方法是定額分析法[13]，即農(nóng)村和城鎮(zhèn)人口數(shù)量和相應(yīng)人均需水定額的乘積。計(jì)算公式為

w_i=s_i×h₁+q_i×h₂

式中，wi為第幾年生活需水量;si為第幾年城鎮(zhèn)人口規(guī)模;qi為第幾年農(nóng)村人口規(guī)模;h1、h2分別為城鎮(zhèn)、農(nóng)村需水定額。

2.1 人口預(yù)測

人口預(yù)測在人口研究學(xué)中占有重要地位。當(dāng)前，人口預(yù)測模型較多，不同研究區(qū)適用的模型也不盡相同[14-16]。疏勒河流域地處西北內(nèi)陸，人口流動(dòng)相對(duì)較小，根據(jù)其2010—2018年人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表1），利用SigmaPlot 14.0，構(gòu)建線性模型和非線性模型對(duì)人口進(jìn)行預(yù)測。

2.1.1 線性模型。

如圖1所示，人口數(shù)量隨年份的變化可用線性關(guān)系描述，其中城鎮(zhèn)人口可用線性函數(shù)f（x）=25.812 8+0.811 7x（R=0.976 4）來描述，農(nóng)村人口數(shù)量可用線性函數(shù)f（x）=24.473 1-0.425 5x（R=0.976 6）來描述，其中f（x）代表人口數(shù)量，單位為億人，x代表年份間隔，R代表相關(guān)系數(shù)。

2.1.2 非線性模型。

如圖2所示，城鎮(zhèn)人口數(shù)量可用非線性函數(shù)y=24.296 1+10.626 4×（1-e0.167x）（R=0.995 0）來描述，農(nóng)村人口數(shù)量可用非線性函數(shù)y=18.339 2+6.615 8e-0.108x（R=0.985 2）來描述。其中代表人口數(shù)量，單位為億人，x代表年份間隔，R代表相關(guān)系數(shù)。

人口數(shù)量預(yù)測值取上述兩種模型的平均值，如表2所示。

2.2 生活需水量預(yù)測

根據(jù)《2018年甘肅省水資源公報(bào)》，疏勒河流域城鎮(zhèn)人均占有201 L/（人·d），農(nóng)村人均用水量51 L/（人·d），假定2018年人均用水量保持不變，一年按365 d計(jì)算，則需水量預(yù)測值見表3。

3 結(jié)語

人口數(shù)量的變化影響生活需水量，尤其是城鎮(zhèn)人口數(shù)量的變化對(duì)需水量有直接影響。疏勒河流域生活需水量呈逐年增加的趨勢，2019—2040年生活需水量從0.283億m3增加到0.343億m3，增幅為21.2%。城鎮(zhèn)人口增加的同時(shí)農(nóng)村人口不斷減少，2019年城鎮(zhèn)需水是農(nóng)村需水的1.6倍，而到2040年該值達(dá)到2.9倍。因此，對(duì)流域生活需水量進(jìn)行合理預(yù)測，加強(qiáng)人口流動(dòng)監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，有助于后期水資源的優(yōu)化配置和合理利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 赫明林，曹炳媛.水資源合理配置與生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案：以疏勒河流域昌馬、雙塔、花海灌區(qū)為例[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007，34（4）：84-87，93.

[2] 王合創(chuàng)，徐寶山，南洋，等.疏勒河流域敦煌生態(tài)輸水問題研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2020（5）：38-43.

[3] MA L B，BO J，LI X Y，et al.Identifying key landscape pattern indices influencing the ecological security of inland river basin：The middle and lower reaches of Shule River Basin as an example[J].Science of the total environment，2019，674：424-438.

[4] 岳東霞，陳冠光，朱敏翔，等.近20年疏勒河流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（14）：5178-5187.

[5] 孫棟元，楊俊，胡想全，等.疏勒河中游綠洲生態(tài)環(huán)境需水研究——Ⅱ.生態(tài)環(huán)境需水量與水資源管理對(duì)策[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（6）：280-284.

[6] 張文春.疏勒河干流中上游徑流量變化趨勢研究[J].地下水，2019，41（2）：155-156，211.

[7] 孫棟元，齊廣平，馬彥麟，等.疏勒河干流徑流變化特征研究[J].干旱區(qū)地理，2020，43（3）：557-567.

[8] 馬樂平.考慮生態(tài)安全的疏勒河流域水資源利用分析與對(duì)策[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2016（4）：1-2，17.

[9] 雷文娟.疏勒河流域水資源優(yōu)化配置研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2011.

[10] 孫棟元，胡想全，王忠靜，等.疏勒河流域徑流變化與預(yù)測研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2019（9）：1-4，118.

[11] 郭曉娟，周妍妍，郭建軍，等.疏勒河流域土壤含水率反演[J].干旱區(qū)研究，2018，35（6）：1317-1326.

[12] 成文娟.移民政策對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響評(píng)價(jià)：以疏勒河流域中下游為例[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2019.

[13] 王菊翠，曹明明，仵彥卿.預(yù)測陜西關(guān)中地區(qū)需水量的改進(jìn)GM（1，1）模型[J].干旱區(qū)地理，2006，29（1）：35-41.

[14] 張曉燕，陳影，門明新，等.基于產(chǎn)能的耕地資源人口承載力研究[J].水土保持研究，2010，17（3）：176-180.

[15] 趙鵬宇，徐學(xué)選，張麗，等.基于灰色理論的忻州市適宜退耕還林面積預(yù)測[J].水土保持研究，2013，20（2）：299-301，308.

[16] MALTHUS T R.An essay on the principle of population[M].Cambridge：Cambridge University Press，1992：90-94.

基金項(xiàng)目 甘肅省水利科研與計(jì)劃項(xiàng)目（甘水科外發(fā)〔2019〕8號(hào)）。

作者簡介 王金輝（1966—），男，甘肅瓜州人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程建設(shè)管理。

*通信作者，教授，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)水利及水文水資源研究。

收稿日期 2020-07-08