大慶市水資源可持續(xù)承載力評價分析

馬 超 ，戚 穎，白雪峰

(1.黑龍江農墾現代農業(yè)公程設計有限公司，哈爾濱 150090;2.東北農業(yè)大學 水利與建筑學院，哈爾濱 150030)

0 引言

水資源的可持續(xù)利用是在可持續(xù)發(fā)展思想下水資源利用的一種新觀念，是實現社會經濟和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要保證，是合理進行水資源綜合開發(fā)、利用、保護和管理的基本模式，也是有效解決水危機的根本方式［1］。研究區(qū)大慶市是我國目前最大的油氣生產基地，由薩爾圖、杏樹崗等48個油氣田組成，含油面積6 000 多km2。大慶市水資源相對短缺，且供需矛盾突出，水環(huán)境質量不容樂觀。隨著大慶市全面建設小康社會、老工業(yè)基地調整改造以及建設哈大齊工業(yè)走廊等戰(zhàn)略的實施，對供水安全、防洪安全、糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全的要求越來越高，對水的需求更加迫切。本著可持續(xù)利用的原則，從資源、環(huán)境、人口、經濟之間的關系著手，研究不同時期水資源開發(fā)利用、經濟適度發(fā)展與人口合理承載的動態(tài)關系，尋求進一步開發(fā)水資源潛力、提高水資源承載能力的有效途徑和措施，探討人口適度增長、資源有效利用、生態(tài)環(huán)境逐步改善、經濟協調發(fā)展的戰(zhàn)略和對策，從而為國家或地區(qū)決策、規(guī)劃和社會協調發(fā)展提供科學依據。

1 大慶市水資源開發(fā)利用分析

1.1 研究區(qū)域水資源概況

大慶市地表水資源量主要由“三引”工程引水量，烏雙兩河入境量、沿江泵站提水量及地表徑流量等四部分組成。嫩江、松花江干流是大慶市杜蒙縣、肇源縣與吉林省界河，多年平均過境水資源量為191×108m3。烏裕爾河由龍安橋進入大慶市市境內，雙陽河經依安縣流入，兩河多年平均天然入境量為5.08 ×108m3。目前，烏雙兩河入境流量分別以龍安橋、雙陽水文站多年徑流量平均值計算;沿江提水量根據現狀提水能力和規(guī)劃年水田灌區(qū)的發(fā)展規(guī)模進行適當擴大，大慶市地表水可利用資源量為22.70×108m3，嫩江分配的水資源量受區(qū)域可利用水資源總量的限制，由流域總體規(guī)劃來確定。流域分配給大慶地表水資源量15.6 ×108m3，其中大慶市工業(yè)及生活用水11.7 ×108m3，農田灌溉3.90 ×108m3。經鉆探證實，大慶市含水層有第四系潛水、第四系砂礫石承壓水含水層及第三系泰康組、大安組及白堊系明水組砂礫巖承壓含水層，各層均蘊藏著豐富的地下水資源。無論從地貌上看還是從地質構造上看，本地區(qū)都是一個良好的地下水徑流盆地，全市地下水允許開采量為10.06億m3［2］。

1.2 水資源開發(fā)利用現狀

1.2.1 水源工程建設情況

為了緩解大慶市地下水開采壓力，保證城市工業(yè)及居民生活用水，促進農田水利建設，改善松嫩平原西部生態(tài)環(huán)境，先后建成以嫩江為水源的北引、中引及南引三引水工程;北部引嫩工程1976年建成通水，從訥河拉哈鎮(zhèn)以北6 km無壩引水，是引、供、防、排綜合性大型水利工程，總干渠長203.54 km，渠首工程包括，大慶水庫引水干渠，薩爾圖分干，設計年引水量6.9億m3，蓄水工程主要包括大慶水庫，紅旗水庫和東湖水庫;中部引嫩工程，1970年建成通水，1994年為解決市區(qū)大慶市工業(yè)用水資源供需矛盾進行了擴建，從富裕縣小登科引水，總干渠長146.4 km，設計引水量10.23億m3，其中分配給大慶市城市用水4億m3。蓄水工程主要有龍虎泡水庫，東升水庫及連環(huán)湖;南部引嫩始建于1978年，1981年通水，從杜蒙縣他拉哈引水，渠長24.1 km，主要用于蓄水及泡沼、農業(yè)灌溉及養(yǎng)殖用水設計引水量為4.05億m3，主要蓄水工程為南引水庫。

1.2.2 水資源開發(fā)利用現狀分析

大慶市水資源供水水源由兩部分組成:①地表水;②地下水［3］。地表水通過引水工程、提水工程引入區(qū)域，蓄存到水庫中，滿足城市、工農業(yè)用水需要，各行業(yè)用水統計情況如表1 所示。

1.2.3 水環(huán)境質量狀況評價

大慶地區(qū)地表水體的污染以化學耗氧量、生化需氧量、石油類、有機污染為主，其次為總氮和總磷。近幾年來由于受地表水體的污染影響，特別是由于排水干渠，納污泡沼污染嚴重的影響使?jié)撍|狀況趨于惡化，淺層水中出現有機物、石油類和氨氮等污染物質，屬Ⅳ、Ⅴ類水體。深層地下水是大慶市城市生活、工業(yè)生產的主要供水水源。受沉積環(huán)境影響較大，次生影響較小，水質狀況較好。

表1 2006年大慶市用水情況統計表

1.3 水資源開發(fā)利用存在的問題

大慶地區(qū)地表水資源年內具有明顯的豐、枯交替變化的特點，降水、徑流年內分配不均，主要集中在7—8月份。水資源地域分布不均衡，西南部邊界有松嫩兩江通過，西北部腹地無天然水系，地表水資源貧乏。地下水水源地及油田開采區(qū)等，則以大量開采深層承壓水為主，已形成了較大范圍的地下水開采漏斗，局部形成了地下水超采區(qū)。隨著經濟的迅速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，工農業(yè)及生活用水需求量將逐年增加，工、農業(yè)生產過程中水資源浪費現象較為嚴重。

2 大慶市水資源可持續(xù)承載力評價

2.1 評價的模型與方法

水資源承載力綜合指標體系計算模型［4］(CC):由承載力指數(CCI)和協調指數(CHI)構成，其表達式為:CC=［CCI，CHI］。

2.1.1 承載力指數

為了反映水資源系統承載的壓力和本身支持力的相對關系，定義承載力指數CCI:

式中:CCS 為水資源子系統的支持力指數;CCP 為水資源系統中社會、經濟、生態(tài)環(huán)境的壓力指數。

2.1.1.1 支持力指數

影響水資源支持力的因素有多種，以影響因子X1，X2，…，Xn表示，則支持力(CSI)的大小可表示為:

式中:sf 為各因子的影響函數。

影響因素X1，X2，…，Xn可用評價分值x1，x2，…，xn表示，每個因子所占權重Wi按層次分析法確定，則支持力指數CCS 為:

CSI 越大，表示水資源的支持力越大，水資源承載力也越大。

2.1.1.2 壓力指數

水資源承受社會經濟及生態(tài)環(huán)境的壓力，壓力大小(CPI)可用數學式表示為:

式中:Y1，Y2，…，Ym為壓力的影響因子;fp 為各因子的影響函數。

設壓力影響因子Y1，Y2，…，Ym的分值分別為y1，y2，…，ym，每個因子權重為wi，則表示壓力大小的壓力指數CCP 為:

CPI 越大，表示水資源承受的壓力越大。

承載力指數反映水資源的承載狀況。當CCI ＞1，水資源系統的壓力CCP 大于支持力CCS，說明水資源系統超載;當CCI=1，表示水資源系統的壓力與支持力平衡，水資源承載力達到最大承載能力;當CCI ＜1，表示水資源系統的壓力小于支持力。

2.1.2 協調指數

協調指數反映水資源社會經濟內各子系統之間的協調狀況［5］，其表達式為:

式中:Z1，Z2，…，ZK為影響系統協調因子;fn 為各因子的影響函數。

同樣，協調指數用協調因子Z1，Z2，…，Zk的分值及各分值的權重θ1，θ2，…，θk計算，協調指數CHI表達式為:

2.2 評價指標體系的建立及計算

水資源承載力綜合指標體系由目標層(A)、準則層(B)、準則層(C)和指標層(D)四個層次構成。目標層為資源承載力綜合指標;準則層包括支持力指數、壓力指數和協調指數3個分項指標，其中支持力指數和壓力指數構成承載力指數;準則層由8個方面的指標構成;指標層共38個指標，全面反映影響水資源承載力各主要因素。根據評價指標體系，對各層指標間的相互關系采用問卷調查方法對具有水資源開發(fā)利用實踐經驗的專家進行調查，經綜合分析構建判斷矩陣。按照計算判斷矩陣最大特征根、判斷矩陣偏離一致性指標及隨機一致性比率的計算步驟，對各判斷矩陣進行一致性檢驗，經計算結果均滿足滿意的一致性要求。各指標權重及標準值如表2 所示。

2.3 大慶市水資源可持續(xù)承載力評價結果

2.3.1 現狀年水資源承載力評價與分析

按水資源承載力計算評價指標體系、評價模型和計算方法，將大慶市現狀年分區(qū)指標層指標代入，計算成果見表3 所示。

2.3.2 水平年水資源承載力評價與分析

現狀水平年計算成果表明，大慶市現狀水資源開發(fā)利用不合理，應在未來的開發(fā)利用中逐步調整。根據大慶市水資源狀況、經濟發(fā)展規(guī)劃，按水資源承載力計算評價指標體系、評價模型和計算方法，將大慶市2015年、2020年分區(qū)指標層指標代入，計算成果見表4、5 所示［5］。

2.3.3 大慶市水資源可持續(xù)承載力評價結果

2.3.3.1 承載的經濟規(guī)模

從以上計算成果可以看出:大慶市2008年、2015年和2020年水資源承載的最大經濟規(guī)模分別為259.48 ×108元、399.24 ×108元和1381.66 ×108元。隨著百萬畝噴灌的建設和綜合節(jié)水措施的實施、產業(yè)布局與結構的調整、社會發(fā)展水平的提高以及水資源配置的日趨合理，用水效率不斷提高，單位水資源支撐的經濟規(guī)模和水資源可支撐的最大經濟規(guī)模不斷提高。對市區(qū)(縣)分區(qū)，2015年、2020年由于采用了綜合節(jié)水措施，提高了水資源的利用效率，全市各區(qū)縣均是可承載的。

2.3.3.2 承載的人口規(guī)模

人口承載能力與社會發(fā)展水平密切相關。按不同水平年各分區(qū)人均GDP 指標，按照相應的社會發(fā)展水平劃，選擇各分區(qū)所處發(fā)展階段，以此指標和各分區(qū)GDP 總量計算可承載的人口規(guī)模。2015年、2020年全市可承載的最大人口規(guī)模為1181.66 ×104人，遠大于現狀的人口規(guī)模，說明大慶市整體人口是可承載的。

表2 各指標權重評價表

表3 大慶市各區(qū)縣2008年水資源承載力計算成果

表4 大慶市各區(qū)縣2015年水資源承載力計算成果

表5 大慶市各區(qū)縣2020年水資源承載力計算成果

2.3.3.3 承載力指數

圖1 大慶市市區(qū)(縣)分區(qū)承載力指標變化趨勢圖

從表4、表5 和圖1 中:各水平年全市水資源承載力指數總體處于下降的趨勢，但增減變化不大，其變化范圍在0.71～0.66。市區(qū)(縣)分區(qū)承載力指數在不同水平年總體都是下降的，其中市區(qū)承載力變化幅度最大這說明隨著人口的增長、經濟規(guī)模的擴大，雖然用水總量有所增加，但是由于采取了綜合節(jié)水措施和引水工程的修建等提高水資源承載力的綜合措施，全市水資源量總體的利用效率不斷的在提高。

3 結論

大慶市屬于黑龍江省西部干旱區(qū)，地表水資源年內具有明顯的豐、枯交替變化的特點，降水、徑流年內分配不均。水資源利用主體是靠外引嫩江水形成的客水資源。地下水經過多年的開采，已形成東西兩大地下水降落漏斗。農業(yè)灌溉用水灌溉定額高，灌溉水利用系數低;工業(yè)、生活用水用水量逐年增加，且浪費情況嚴重。

利用綜合指標計算模型對大慶市2008年水資源承載力進行評價，對2015年和2020年大慶市水資源承載力進行預測。經計算，大慶市水資源承載能力整體上已經超出了參考評價區(qū)域的承載能力，開發(fā)利用潛力相對較低。根據大慶市水資源狀況、經濟發(fā)展規(guī)劃，按水資源承載力計算評價指標體系、評價模型和計算方法，由預測結果得出:隨著百萬畝噴灌的建設和綜合節(jié)水措施的實施、產業(yè)布局與結構的調整、用水效率不斷提高，單位水資源支撐的經濟規(guī)模和水資源可支撐的最大經濟規(guī)模不斷提高。對市區(qū)(縣)分區(qū)，2015年、2020年由于采用了綜合節(jié)水措施，提高了水資源的利用效率，全市各區(qū)縣均是可承載的。

［1］陳守煜，胡吉敏.可變模糊評價法及在水資源承載能力評價中的應用［J］.水利學報，2006，37(3):264－272.

［2］李發(fā)東，李隆海，張秋英等.我國農業(yè)水資源可持續(xù)利用面臨的問題與對策［J］.節(jié)水灌溉，2011，(4):1－3.

［3］夏軍，朱一中.水資源安全的度量:水資源承載力的研究與挑戰(zhàn)［J］.自然資源學報，2002，17(3):262－269.

［4］付強.數據處理方法及其農業(yè)應用［M］.北京:科學出版社，2006.

［5］朱一中，夏軍，談戈.關于水資源承載力理論與方法的研究［J］.地理科學進展，2002，21(2):180－188.