基于相對資源法的縣域水資源承載力評價

熊夏瀾，林祥海

(巴州水利水電勘測設計院，新疆庫爾勒 841000)

文章編號：1006—2610(2015)02—0001—04

基于相對資源法的縣域水資源承載力評價

熊夏瀾，林祥海

(巴州水利水電勘測設計院，新疆庫爾勒 841000)

對于自然資源的管理是區域可持續發展的一個重要焦點，也是一個社會經濟系統實現可持續發展的關鍵要求。水資源是社會和經濟可持續發展的最重要支撐之一，文章提出采用水資源承載力的概念來評價區域水資源對于當地人口與經濟發展規模的支撐能力，并以新疆霍城縣為例，選擇人口數量和經濟規模這2個主要指標，基于歷史統計數據，對承載指數(CI)和水資源供需平衡指數(IWSD)進行評價，然后采用相對資源承載力(CCRR)方法對霍城縣現狀及未來水資源承載力動態趨勢進行評價。結果表明，霍城縣現狀及未來10年的水資源承載力情況都處于較好態勢，但即便如此，仍然應當建立和實施合理的水資源政策和措施，以確保霍城縣水資源的可持續利用。

水資源承載力；承載指數；供需平衡指數；霍城縣

0 前 言

水資源是一個國家和地區在社會經濟發展和生態環境建設中不可或缺的重要資源，也是區域經濟可持續發展的戰略資源。隨著人口的增長與經濟的發展，水資源短缺和水環境污染問題日益加劇，區域水資源承載力的研究已引起政府和有關學者的高度重視[1]，正確地評價區域水資源承載力，對合理、高效利用水資源，促進區域社會、經濟可持續發展具有重要意義[2-3]。

水資源承載力的概念最早是由中國新疆水資源軟科學研究小組在1989年提出的，目前尚未被明確定義。錢正英[4]等人將區域水資源承載力定義為：“在某一具體的歷史發展階段，以可預見的技術、經濟和社會發展水平為依據，以可持續發展為原則，以維護生態環境良性發展為條件，在水資源經過優化配置并得到合理開發利用的情況下，某一區域的水資源對該區人口增長與經濟發展的最大支撐能力”。在國際上，一些學者使用“水資源可持續利用”[5]和“水資源的生態限制”或“水資源自然系統的限制”[6]等方面來表達類似的意思。事實上，水資源承載力是一個涉及自然和社會的雙重屬性的概念，但并不局限于這些[7]。本文將水資源承載力定義為“在社會經濟發展到一定階段的人類活動或在一個良好的生態系統保持一定生活水平所能承受的最大值”。

目前，關于水資源承載力的評價方法有很多，如背景分析法[8]、層次分析法、模糊綜合評判法[9]、DPSIR模型[10]，主成分分析法[11]、多目標決策分析法[12]、系統動力學模型(SD模型)[13]與極大熵權法[14]等，這些方法各有特點，但在具體的分析過程中都存在一定的局限性，且模型精度較難控制。因此，本文采用相對資源承載力法，選取水資源承載力定義中人口數量和經濟規模這2個最活躍的指標，并以新疆霍城縣為例，來評價縣域水資源承載力情況。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

霍城縣位于新疆西部，天山支脈科古爾琴山南麓，伊犁河谷西北部的開闊地帶。北鄰溫泉縣，南瀕伊犁河與察布查爾縣隔河相望，東與伊寧市接壤，西與哈薩克斯坦共和國為界，邊境線長達153 km，是中亞各國乃至中國內地陸路進入伊犁地區的門戶。全縣南北長約120 km，東西寬85 km，面積約5 460 km2。霍城縣行政隸屬于新疆伊犁哈薩克自治州，下轄10個鄉(鎮)，縣政府駐永定鎮，另外境內還有新疆生產建設兵團第4師的61團、62團、63團、64團、65團和66團6個農牧團場。

霍城縣地處歐亞大陸腹地，距海遙遠，屬溫帶大陸性半干旱氣候。夏季溫暖干燥，春季溫和濕潤，秋季天高氣爽、降溫迅速，冬季長而冷、多云霧天氣。根據霍城縣氣象站多年統計資料顯示，霍城縣多年平均氣溫9.1 ℃，多年平均日照時數2 550～3 000 h，≥10 ℃年有效積溫3 500 ℃，無霜期160～180 d。年均降水量140～450 mm，年均蒸發量1 400～1 900 mm(?20蒸發器)，年均無霜期167 d，平均風速2.7 m/s，常年主導風向為西南風和西風。

1.2 計算方法

盡管水資源是有限的，但是自然環境中水資源量的確切數值是多少，至今還沒有定論[15]。任何水體，包括河流，湖泊和地下水供水資源，都存在一個閾值，超過此閾值，生態環境就將會惡化[16]。

1.2.1 水資源承載力

在本文中，水資源承載力按下式計算[17-18]:

(1)

(2)

式中：GDPc為區域水資源可利用量所能承載的最大經濟規模，億元；GDP為區域內的國內生產總值；WD和WS分別為區域內水資源利用量和水資源可利用量，億m3；Pc為當社會發展到一定階段時，區域最大水資源可利用量所能承載的最大人口數量，萬人；[GDPP]為最低人均GDP的標準。本文中，它可以分為6個基本水平，即生活溫飽，生活小康(Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ級)和生活富裕(Ⅰ和Ⅱ級)水平，每一級所對應的標準分別為3 000、6 300、13 000、24 000、34 000和62 000元人民幣[19]。承載指數劃分標準見表1。

表1 承載指數劃分標準表

同時，本文將水量供需平衡指數(Index of Water Supply-Demand Balance，簡稱IWSD)引入到水資源承載力評價中，具體表述如下:

(3)

WD=WP+WI+WA+We

(4)

式中:WD為水資源需求量；WS為水資源可利用量。WD包括生活用水量(WP)、工業用水量(WI)、農業用水量(WA)和生態環境用水量(We)。從式(3)可知，如果IWSD<0，則表示水資源可利用量無法滿足經濟社會環境發展的需求，處于不可持續發展狀態；否則，就處于可持續發展狀態。

為了評價水資源承載力，本文采用使用承載指數來表示水資源承載狀況的3種情形，即:承載指數為超載階段、過渡階段和富余階段，如表1所示。由于單純的承載指數不能有效地識別人口和國內生產總值對水資源承載力的不同效果，所以我們引入經濟承載指數CIe和人口承載指數CIp，其表述如下：

(5)

(6)

式中:GDP0和P0分別為任意年的實際經濟規模和人口數量。

1.2.2 相對水資源承載力

本文將相對資源承載力方法(Carrying capacity of relative resources，簡稱CCRR)用于新疆霍城縣水資源承載力評價中，基于相對水資源承載力(Carrying Capacity of Relative Water Resources，簡稱CCRWR)的計算公式如下[18]:

相對水資源承載力中的人口指數:

Crp=I1×Qw1

(7)

(8)

相對水資源承載力中的經濟指數:

Cre=I2×Qw1

(9)

(10)

式中:Crp和Cre分別為相對水資源承載能力下的人口數量和經濟規模；I1和I2分別為相對水資源承載指數；Qw0和Qw1分別為參照區和研究區的水資源可利用量；Qp0和Qe0分別為參照區的人口數量和經濟規模。

2 結果分析

2.1 水資源承載力現狀評價

考慮到研究區實際狀況，本文選取生活水平為小康水平的Ⅱ階段，即13 000元人民幣，水資源承載力的各項指標計算值見表2。由表2可知，現狀實際人口未超過可承載人口數量(Pc，萬人)，霍城縣的水資源承載力低，而實際國內生產總值小于水資源可承載的經濟規模(GDPc，億元)。人口承載力指數(CIp)呈逐年下降趨勢，從2005年的1.802降低到2010年的0.771，根據表1的評價標準，處于輕微富余階段；經濟承載指數(CIe)從2005年的0.507升至2010年的0.645，增幅較緩，根據表1的評價標準，處于適當富余階段。

表2 新疆霍城縣2005—2010年水資源承載力計算表

霍城縣2005—2010年實際人口、GDP與對應可承載值變化情況對比見圖1。

圖1 霍城縣實際人口、GDP與可承載值對比圖

2.2 水資源承載力預測

參考新疆霍城縣“十二五”發展規劃，人口增長率取1.2%，國民經濟規模年均增長比例取12%，社會發展階段處于小康生活的高級階段，即24 000元，對霍城縣2011至2020年水資源承載力進行預測評價，預測結果如表3所示。

根據表3可知，預測情況下霍城縣人口數量未超過可承載人口數量(Pc)，霍城縣的水資源承載力低，而預測的國內生產總值小于水資源可承載的經濟規模(GDPc)。人口承載力指數(CIp)呈先降后升趨勢，從2010年的0.771降至2011年的0.459，之后由2011年的0.459逐漸上升到2020年的0.678。根據表1的評價標準，處于輕微富余階段；經濟承載指數(CIe)從2010年的0.645升至2020年的0.886，增幅較緩，根據表1的評價標準，處于輕微富余階段。

表3 新疆霍城縣2011—2020年水資源承載力計算表

3 討論與建議

3.1 討 論

水資源的可持續管理已成為水資源短缺區域發展的關鍵問題。目前，還沒有一個較合適的方法來評價區域的可持續發展問題，本文是對社會經濟制度和水資源關系研究的一次嘗試，且本文提出的相對水資源承載力方法(Carrying capacity of relative water resources，簡稱CCRWR)較系統動力學方法(System Dynamic Approach，簡稱SD)更加簡單、方便。雖然本模型未考慮一些因素，例如水環境條件，這是計算新疆霍城縣水資源承載力的主要因素之一。因此，在對研究區進行水資源承載力評價時，需要把重點放在對環境-社會-經濟系統和水資源的協調發展上來。但上述結果表明，CCRWR模型仍然是一個比較合適的方法。

與水有關的社會生態環境的承載能力涉及社會制度、經濟制度和環境管理體系等方面。水資源承載力評價的難點在于，它是涉及社會經濟、環境和水資源的綜合系統。系統的復雜性、不確定性和動態變化特性，導致了水資源承載力的評價在一定程度上的不可預測性。因此，有必要耦合社會制度、經濟制度和環境管理體系，并考慮其它資源的互動關系，來加強對研究區的水資源承載力研究。

3.2 建 議

研究表明，在未來一定階段，霍城縣水資源承載力狀況仍有一定富余。但是，為了保證區域國民經濟持續、健康、可持續發展，仍然應建立和實施合理的水資源開發、利用和保護措施，主要建議如下:

(1) 優化產業經濟結構。推廣農業節水灌溉技術，降低農業用水量;限制高消耗和高污染水資源的產業，并制定持續清潔生產的產業政策，以減少水資源的需求量和廢水排放量。應采取一些產業發展政策，控制大型用水產業的發展，并在未來的五年規劃(2015—2020年)及中長期發展規劃(2020—2030年)中加以明確，使有限的水資源得以高效利用。

(2) 加強水資源管理信息網絡的建設，并建立水資源監測系統。加強再生水的水資源監測系統，以確保再生水質量符合有關用水標準，避免其傷害到當地的生產、生活和生態系統。對于地下水、河流和水庫等水體的水質，應建立實時監測系統。對于用水量和廢水排放的相關信息可以通過平臺耦合監控系統進行收集和發布。

(3) 實施水價改革，建立科學合理的水價體系，并制定出完善的法律法規體系。由于水資源是一種經濟商品，選擇適當的水權和水價制度，可以明顯提高水資源的利用效率。目前的水價結構和水價體系的優化，重要的是要實現經濟結構的優化和提高水資源利用效率。

4 結 語

本文根據水資源承載力定義和CCRWR方法對新疆霍城縣2005—2010年的水資源承載力現狀進行了分析，并對2011—2020年水資源承載力的發展趨勢進行了全面研究，從上述的模擬和分析得出如下結論:

(1) 本文提出基于IWSD、CI和CCRWR方法與概念的水資源承載力模型，并用來評價新疆霍城縣水資源承載力，結果是令人滿意的，同時可以將這種方法擴展到其它地區的水資源承載力評價中。

(2) 水資源安全是社會-經濟-生態環境系統可持續發展的瓶頸。由于社會經濟的飛速發展，適當增加水資源的供應量，以提高居民生活水平顯得尤為重要。

(3) 新疆霍城縣現狀水資源承載力處于輕微富余階段，仍然有巨大的發展潛力。

(4) 應建立和實施水資源扶貧和開發計劃，如加大農業節水力度、對城鎮污水回用等，在可預見的未來實現經濟、社會與生態環境的可持續發展。

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Assessment on Bearing Capacity of Water Resources of County Region Based on Relative Resources Method

XIONG Xia-lan, LIN Xiang-hai

(Bazhou Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Kurbei, Xinjiang 841000, China)

Management of the natural resources is one of the key points of sustainable development of one region. It is also the important requirement for one social-economic system to develop sustainably. Water resources is one important support to social and economic sustainable development. In the paper, the bearing capacity of water resources is proposed to assess the regional water resources for the support ability to the scale of the local population and economic development. Furthermore, Hecheng County is taken as an example, and population and economic scale are selected as two important indexes. Based on the historic statistic data, bothCIandIWSDare assessed. ThenCCRRmethod is applied to assess the current situation and future dynamic tendency of the bearing capacity of water resources of Hecheng County. The study shows the bearing capacity of water resources of Hecheng County at present and in future 10 years is at the better tendency. However, rational policy and measures for water resources shall be established and implemented so as to secure the sustainable utilization of the water resources of Hecheng County.

bearing capacity of water resources; bearing index; supply-demand balance index; Huocheng County

2014-09-30

熊夏瀾(1980- ),女,甘肅省武威市人,工程師,主要從事水利工程規劃設計工作.

新疆水利水電工程重點學科資助(XJZDXK2002-10-05).

TV213.4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.001