豐水型城市水資源承載力變化與提升途徑
——以南京市為例

朱 嶺，郝麗莎

（南京師范大學 地理科學學院，江蘇 南京210023）

水資源是城市形成和發展的重要基礎之一，是城市供水的源泉，世界著名城市幾乎都建在水源豐富的大江大河旁邊［1］。然而，隨著城市化的推進、城鎮用地面積擴張，眾多湖泊河網衰退消亡，原有的河道水系被人工排水管網所代替，減弱了城市水體的蓄水排澇和納污自凈能力，加之城市下墊面的不透水面積大大增加，導致城市地區的雨洪流量大、洪峰高、歷時短，洪澇災害的發生頻率與強度呈現逐漸增加趨勢［1－3］。同時，城市人口的增加、工業的迅猛發展，對水資源的需求量不斷增加，水資源供需矛盾愈發突出；相應地，城市污水產生量大、排放相對集中，對自凈能力已然弱化的城市河網水環境造成嚴重壓力［1］。由此可見，隨著城市化進程的進一步加快，水資源短缺、洪澇災害加劇以及水環境惡化等城市水問題將日益嚴峻，必將削弱城市水資源對城市人口與社會經濟發展的承載能力，因而，考察城市水資源承載力的變化，從中找出提升城市水資源承載力的途徑和對策，就顯得日益緊迫了。豐水型城市是指年平均擁有總水量豐富的城市。雖然豐水型城市的水資源并不短缺，但用水多的必然結果是排污多，勢必給城市給排水系統和水環境造成極大壓力，容易導致城市的水質型缺水。因此，豐水型城市既有一般城市的水資源承載力特征，又有其一定的特殊性，分析豐水型城市水資源承載力的變化情況及其主要影響因素，對于加深對豐水型城市的水資源利用和水環境管理的認識，提高其水資源承載力具有重要意義。

南京市地處北亞熱帶季風氣候區，溫暖濕潤，多年平均氣溫15.4℃，降水量較為豐沛，到2010年，多年平均降水量1 081.9mm，屬平原水網地區，年平均地表水資源量2.21×109m3，年平均地下水資源量6.44×108m3，年平均水資源總量2.90×109m3。此外，南京地區過境水量十分豐富，主要來自于長江、水陽江、秦淮河、滁河，年平均水資源總量可達9.22×1011m3，是典型的豐水型城市。同時，南京是長江三角洲重要的區域中心城市之一，是我國經濟最為發達、城市化程度最高的城市之一。經過多年發展，南京已成為以電子、汽車、化工、鋼鐵為支柱產業的綜合性工業基地。截至2011年末，南京的城鎮常住人口達到646.54萬人，城鎮化率達到79.73%，城市社會經濟發展對水資源的需求量日益增加。因此，以南京地區為例，開展豐水型城市的水資源承載力變化及提升途徑分析，具有一定的典型性和可借鑒性。本研究以2006—2010年作為研究時段，在近20a中，長江中下游降水量普遍較往年偏少，所選研究時段屬于南京降水系列的偏枯年份，雖其豐水型特點依然明顯，但不會因水資源量高于多年平均水平而導致其水資源承載力偏高，從而保證了分析結果的代表性。

1 城市水資源承載力內涵與評價方法界定

水資源承載力至今還沒有一個統一的定義，現有研究對水資源承載力的內涵界定大體可分為3類［2，4］：水資源的最大支撐能力［5－6］、最大支撐規模［7－8］和最大開發容量［9］。最大支撐能力是評價水資源對區域一段時期內的社會、經濟系統發展規模的支撐程度，反映發展規模是否合理；最大支撐規模反映在承受能力限度內的最大發展規模；最大開發容量”則是從一個側面反映出最大的發展規模［4］。由于水資源承載力的影響因素較多［10］，彼此之間的作用關系復雜，因而，要求測水資源的最大支撐規模和最大開發容量，一般需要建立多目標規劃模型或系統動力學模型，這兩種模型的結構復雜，變量眾多，對數據的需求量也很大。而對水資源最大支撐能力的評價，一般通過建立評價指標體系，采用模糊綜合評價、灰色關聯系數等綜合評價方法，得出一個比較全面的水資源承載能力的評判，能夠較好地解決水資源承載力評價的不確定性和模糊性等問題，也適宜開展長系列的年際比較和變化分析。由于本研究主要考察水資源對城市社會經濟發展支撐作用的變化情況，確定其關鍵影響因素，并不具體分析影響因素之間的相互關系，因而，可將城市水資源承載力的內涵界定為一段時期內，在維系生態系統良性循環的前提下，水資源對城市社會、經濟發展規模的支撐程度。其中，所研究的城市，特指城市建成區，不包括農業生產地域。

目前，學者們對城市水資源承載力的研究亦大體可分為兩大類，一類是采用多目標規劃和系統動力學方法，測度水資源對城市社會、經濟發展的最大承載規模［2－3，6，11－12］，另一 類 是 采 用 綜 合 評 價 法，評 價 水 資源對城市社會、經濟發展的支撐程度［13－14］。由于一般情況下，城市區并不是一個完整的流域，而采用系統動力學和多目標規劃法計算城市最大社會經濟發展規模時，則需要滿足流域或更大區域尺度上的水資源承載能力要求，即其所研究的實質上是基于一定水資源邊界條件的區域，而不是特定的城市建成區［3］。而在城市水資源最大支撐能力的綜合評價研究中，評價指標體系所體現的城市性亦不足［13－14］。因而，本研究擬在進一步完善城市水資源承載力的指標體系的基礎上，對南京地區多年的城市水資源承載力及其變化進行綜合評價分析。

2 評價指標體系與數據

根據城市水資源的特性及利用方式，構建了城市水資源承載力的指標體系。首先，城市水資源承載力最顯著區別于其他類型地域之處，就在于城市下墊面情況改變所帶來的水文效應變化［1，3］；其次，有限的水資源量和無限的城市用水需求之間的矛盾，是城市水資源承載力的主要矛盾之一，因而，一方面要考察城市的水資源量情況，另一方面則要考察城市的需水規模和利用效率［15－16］；第三，由于城市徑流的產流和匯流較天然條件下發生很大變化，因而，人工水循環系統、特別是排水系統對雨洪的導流、配置和再利用的作用巨大［1，3］，即排水設施的發展水平也應是重要的考量指標；此外，由于水質污染使水資源不能進入再生的良性循環，是影響城市供水和水環境的又一重要問題，因而在水環境保護方面，應以“治污為本”為原則，強調污水凈化和排污水質控制［1］?；谝陨戏治?，本研究構建了3個子系統、9個指標的城市水資源承載力評價指標體系，其選取理由詳見表1。指標中包括正向指標和反向指標兩類，正向指標值越大，對水資源承載能力壓力越??；反向指標值越小，對水資源承載能力壓力越小。所采用的各項指標數據分別來源于歷年年南京市統計年鑒、南京市水資源公報、江蘇省統計年鑒和江蘇省水資源公報（表2）。

表1 評價指標體系

表2 南京城市水資源承載力2006－2010年評價數據

3 承載力評價及變化分析

基于構建的評價指標體系，采用模糊綜合評價法來量化南京城市水資源承載力，并確定其等級。模糊綜合評價模型的構建［9］：有限域U＝｛u1，u2，…，u9｝，代表上述9項綜合評價指標集合；V＝｛v1，v2，v3｝，代表評語集合，即將南京城市水資源承載力的各項指標劃分為3個等級標準，其中v1表示承載能力高，v2表示承載能力適中，v3表示承載能力低（表3）。為量化評語的3個等級標準，可對v1～v3進行0～1區間的評分，其中α1＝0.95，α2＝0.5，α3＝0.05。W＝｛w1，w2，…，w9｝，表示評價指標ui的權重，根據層次分析法［17］，求出各指標權重（表4）。R 為單指標評價矩陣，其中rij表示指標ui的評價對Vi的隸屬度。綜合評判結果矩陣為B＝W·R，式中B＝｛b1，b2，b3｝，是V上的模糊子集，表示綜合評判結果，bj為各等級隸屬度，其中系數較大者則代表水資源承載能力屬于該級別的程度較高。進而，利用公式：A＝α1b1＋α2b2＋α3b3，計算基于綜合評判結果矩陣B的水資源承載力綜合評分值A，A值越高，表明水資源承載力越強［9］。

表3 南京城市水資源承載力指標等級標準

表4 評價指標權重

根據以上方法，可得出2006—2010年南京城市水資源承載力（表5）。由此可知，2006—2010年，南京城市水資源承載力總體上呈增長態勢，大致處于適載范圍內；其中，2008和2010年，南京城市水資源承載力略有回落。可見，南京城市水資源承載能力有限，且呈波動走勢，表明影響南京城市水資源承載力的正向指標還有上升空間，而負向指標亦有待進一步控制。

表5 南京城市水資源承載力2006－2010年綜合評價結果

為進一步分析影響南京城市水資源承載力變化的關鍵因素，可以2006年為基準年，采用單因素敏感性分析法找出影響南京城市水資源承載力的主要敏感性指標。單因素敏感性分析是指在其他指標值保持不變的情況下，將某個特定指標的數值按一定比例進行變化，計算由此形成的水資源承載力水平，及其相對于實際承載力的變化情況［18］。由于城市水資源承載力各項指標的實際年際變化幅度相差較大，如南京市人均GDP的年際變化幅度多在10%以上，而污水處理率的年際變化僅在1%左右，因而，對所有指標設定相同的變化幅度是不合理的，可首先計算各指標年際變化的平均水平，如取其中位數，再對平均變化水平按－10%，－5%，5%和10%進行縮放，即通過小幅調整特定指標的變化幅度（速度），來考察它在2006年基礎上的變化值和相應的水資源承載能力。

由表6可知，人均GDP、常住人口增長率、萬元GDP用水量、城市人均日生活用水量的小幅變化將導致南京城市水資源承載力的顯著變化，即為主要敏感性指標；同時，南京城市水資源承載力對人均水資源量和污水處理率的變化也有一定敏感性。其中，正向指標人均水資源量和污水處理率均呈總體上升走勢，負向指標萬元GDP耗水量呈顯著單調遞減態勢，3者共同支撐起南京城市水資源承載力的總體上升走勢；同時，負向指標城市人均日生活用水量和人均GDP卻總體上呈明顯上升走勢，從而相應抑制了南京城市水資源承載力的持續增長；特別是2008年南京的偏干特征明顯，人均水資源量顯著下降，導致2008年的承載力大幅下降；而2010年，城市常住人口增長率逆勢大幅上升，與其他主要負向影響因素一起，共同導致了當年承載力的明顯回落。反映出水資源量并不是制約豐水型城市水資源承載力的最主要因素，而快速的社會、經濟發展所帶來的強用水需求壓力，以及水資源的低利用效率，則會加劇豐水型城市水資源供給量與需求量之間的矛盾；同時，污水處理設施不完備和利用率低，則會加劇水環境惡化、制約水資源的循環利用潛力，從而造成城市的污染型和設施型缺水，降低水資源對城市社會和經濟發展的支撐能力。

表6 南京城市水資源承載力敏感性分析結果

4 水資源承載力提升途徑分析

4.1 提升途徑情景分析

針對確定的主要敏感性指標，開展情景分析，對這些指標制定相應的調控對策，獲得提升未來南京城市水資源承載力的最優途徑。由于常住人口增長率和人均水資源量均難以由政策因素加以控制，因而本研究僅選擇人均GDP、萬元GDP用水量、人均日生活用水量和污水處理率這4個敏感性指標作為情景分析指標。

根據南京市“十二五”規劃和南京節水型社會建設規劃（2007年），設置4項敏感性指標2015年發展的中方案，在此基礎上，對各指標的平均年際變化幅度（絕對值）分別增減10%，設置正向指標的高、低發展方案，并反向設置負向指標的高、低發展方案，其他指標采用2015年預測值（表7）。進而，制定了提升南京城市水資源承載力的12種可行的備選方案，分別對其進行綜合分析，得出的水資源承載力水平按降序排列（表8）。其中，人均GDP代表經濟增長規模，萬元GDP用水量代表用水效率，城市人均日生活用水量代表用水節約水平，污水處理率代表污水處理水平。后3項指標可以統稱為水資源的利用率指標。

表7 各項指標2015年預測值

表8 不同方案情景下的水資源承載力

根據表8可知，未來南京城市水資源承載力的最優提升方案為低增長、高效率、高節約、高處理率，而最差方案為高增長、低效率、低節約、低處理率。進一步考察4項指標的情景方案組合結果可知，高水資源利用率的情景方案均排在前列，而低水資源利用率的情景方案基本均居后位，表明提高水資源的利用率比控制經濟的發展規模更有利于提高南京城市水資源的承載力，但在水資源利用率相同的情景下，低增長更有利于提高水資源承載力；對比3項水資源利用率指標可知，在高用水效率和高節約水平的情景下，南京城市水資源承載力高于高污水處理水平情景下的承載力，表明在提高南京城市水資源承載力方面，嚴格控制萬元GDP用水量和城市人均日生活用水量比提高城市污水處理率更為有效，主要是因為南京的萬元GDP用水量和城市人均日生活用水量兩項指標還有較大的壓縮空間，而南京的城市污水處理率水平已經較高，且提升難度較大。

4.2 水資源承載力提升建議

綜上所述，提高生產、生活用水效率，節約寶貴水資源，輔以污水處理率的穩步提升，是豐水型城市穩定和提升水資源承載力的主要途徑。具體措施包括：（1）對于所有豐水型城市，都應當加強用水效率和水資源節約水平的提高，從而在保證一定的社會經濟發展速度和規模的前提下，控制用水總量，減少污水排放。（2）對于社會經濟發展相對滯后的豐水型城市，還應著力完善污水處理設施建設、提高設備的有效利用率，以保護水環境、增加水資源的循環利用水平。（3）對于社會經濟發達的豐水型城市，還可適當壓縮石油石化、鋼鐵、火力發電等高用水行業的發展比重，大力發展節水型現代服務業，這樣在近期內將通過減緩經濟增長速度，緩解用水壓力，從長遠看，則可以構建起內涵式用水型的產業體系，提高經濟增長質量，促進城市社會經濟與水資源系統的協調發展。

5 結論

2006—2010年南京城市水資源承載力總體上呈增長態勢，大致處于適載范圍內，但承載力有限、波動明顯。通過敏感性分析，確定影響其變化的關鍵因素為人均GDP、常住人口增長率、萬元GDP用水量和城市人均日生活用水量，人均水資源量和污水處理率亦具有一定影響作用。進而，通過情景分析，考察了人均GDP、萬元GDP用水量、人均日生活用水量和污水處理率4個敏感性指標的發展水平對南京城市水資源承載力的影響情況。在此基礎上指出，提高生產、生活用水效率，節約寶貴水資源，輔以污水處理率的穩步提升，是豐水型城市穩定和提升水資源承載力的主要途徑，并根據不同城市類型提出了相應的水資源承載力提升建議。

［1］ 許有鵬.城市水資源與水環境［M］.貴州 貴陽：貴州人民出版社，2003.

［2］ 夏軍，張永勇，王中根，等.城市化地區水資源承載力研究［J］.水利學報，2006，37（12）：1482-1488.

［3］ 左其亭.城市水資源承載能力：理論·方法·應用［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［4］ 段春青，劉昌明，陳曉楠，等.區域水資源承載力概念及研究方法的探討［J］.地理學報，2010，65（1）：82-90.

［5］ 施雅風，曲耀光.烏魯木齊河流域水資源承載力及其合理利用［M］.北京：科學出版社，1992.

［6］ 崔鳳軍.城市水環境承載力及其實證研究［J］.自然資源學報，1998，13（1）：58.

［7］ 阮本青，沈晉.區域水資源適度承載能力計算模型研究［J］.土壤侵蝕與水土保持學報，1998，4（3）：57-61.

［8］ 孫鴻烈.中國資源科學百科全書［M］.北京：中國大百科全書出版社，2000.

［9］ 許有鵬.干旱區水資源承載能力綜合評價研究：以新疆和田河流域為例［J］.自然資源學報，1993，8（3）：229-237.

［10］ 惠泱河，蔣曉輝，黃強，等.水資源承載力評價指標體系研究［J］.水土保持通報，2001，21（1）：30-34.

［11］ 滕朝霞，陳麗華，肖洋.城市水資源承載力多目標模型及其在濟南市的應用［J］.中國水土保持科學，2008，6（3）：76-80.

［12］ 韓俊麗，段文閣，李百歲.基于SD模型的干旱區城市水資源承載力模擬與預測：以包頭市為例［J］.干旱區資源與環境，2005，19（4）：188-191.

［13］ 趙軍凱，李九發，戴志軍，等.基于熵模型的城市水資源承載力研究：以開封市為例［J］.自然資源學報，2009，24（11）：1944-1951.

［14］ 林占東，鄭侃，劉正坤.城市水資源承載力綜合評價的DEPPIM［J］.中國農村水利水電，2008（12）：59-62.

［15］ Bao Chao，Fang Chuanglin.Water resources constraint force on urbanization in water deficient regions：A case study of the Hexi Corridor，arid area of NW China［J］.Ecological Economics，2000，62（3／4）：508-517.

［16］ Rijsberman M A，Van de Ven F H M.Different approaches to assessment of design and management of sustainable urban water systems［J］.Environmental Impact Assessment Review，2000，20（3）：333-345.

［17］ 朱茵，孟志勇.用層次分析法計算權重［J］.北方交通大學學報，1999，23（5）：119-122.

［18］ 趙建華，高風彥.技術經濟學［M］.北京：科學出版社，2005.