城市水資源承載力定量評(píng)估研究

李帥瑩

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

20世紀(jì) 80 年代末水資源承載能力概念在國(guó)內(nèi)逐步被研究和關(guān)注，最早進(jìn)行探索和研究的城市是我國(guó)北方部分地區(qū)[1]。目前，水資源承載能力評(píng)估方式、主要指標(biāo)體系都已經(jīng)得到不同程度的研究，水資源學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)研究是區(qū)域水資源的承載能力[2-6]。資源承載能力的大小目前較多的看法認(rèn)為受很多綜合因素的影響，包括區(qū)域自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、供需水結(jié)構(gòu)變化以及水資源總量等綜合因素[7-14]。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者提出了水資源承載能力的定義的不同觀點(diǎn)，但這些觀點(diǎn)大都研究的方向有所不同[15]。本文基于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度預(yù)測(cè)的情景下，在不同歷史演變時(shí)期，以維護(hù)水資源持續(xù)發(fā)展為前提，通過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源優(yōu)化配置，提出基于三次平衡模型的城市水資源能力評(píng)估方法，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的支撐能力最大化。

1 評(píng)估方法

1.1 評(píng)估指標(biāo)

結(jié)合遼陽(yáng)市水資源變化的特點(diǎn)，從水資源可利用和水資源總量人均水平、土地需水模數(shù)三方面建立水資源承載主體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。選擇生態(tài)環(huán)境用水率建立水資源承載客體中環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)表

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)與評(píng)分

結(jié)合遼陽(yáng)市水資源特點(diǎn)，對(duì)遼陽(yáng)市水資源承載能力的影響程度劃分為8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并基于國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，確定不同指標(biāo)的影響程度劃分的標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

當(dāng)?shù)乇硭|(zhì)達(dá)標(biāo)率小于50%作為其中一個(gè)較為特殊的評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行分析，其具有一票否決性。即地表水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率如果低于50%，即認(rèn)為地區(qū)水資源承載能力突破極限，

需要對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞原因進(jìn)行分析，采用相對(duì)應(yīng)的治理措施。為對(duì)不同等級(jí)水資源承載能力進(jìn)行評(píng)定，主要?jiǎng)澐諺1，V2，V3三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行0～1之間的賦分，數(shù)值越高表明水資源承載能力的各等級(jí)影響因素程度越高，具有較高的水資源開(kāi)發(fā)潛力，數(shù)值越低則具有較低的水資源開(kāi)發(fā)潛力。

1.3 三次評(píng)估模型

根據(jù)遼陽(yáng)市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和水資源配置狀況，繪制遼陽(yáng)市水資源承載能力模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖1所示。

圖1 基于三次平衡模型的遼陽(yáng)市水資源承載能力模型結(jié)構(gòu)圖

2 評(píng)估結(jié)果

2.1 區(qū)域水資源數(shù)據(jù)

為客觀分析遼陽(yáng)市水資源總體情況，在原有《遼陽(yáng)市水資源評(píng)價(jià)》(數(shù)據(jù)系列為1956～2015年)基礎(chǔ)上，將系列延長(zhǎng)至2017年，重點(diǎn)對(duì)水量、水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到遼陽(yáng)市水資源總量，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 遼陽(yáng)市行政分區(qū)多年平均水資源總量表 單位：萬(wàn)m3

2.2 三次平衡分析結(jié)果

在供水平衡的“二次平衡”分析的基礎(chǔ)上，水資源“三次平衡”分析立足區(qū)域水資源變化特點(diǎn)，通過(guò)節(jié)水措施對(duì)需水要求進(jìn)行增長(zhǎng)速度的壓縮，并通過(guò)管理和水價(jià)調(diào)整作為輔助措施對(duì)需水要求的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行有所抑制。通過(guò)中水回用等措施在水資源供給方面進(jìn)行當(dāng)?shù)刂兴昧克降奶嵘＿M(jìn)一步挖掘供水潛力通過(guò)水資源開(kāi)源等一系列措施，在增加供給和抑制需水要求的耦合作用下，供需缺口在水資源“三次平衡”分析下可以得到較大程度的遞減，這樣就可以推求城市“三次平衡分析”的結(jié)果。本文對(duì)遼陽(yáng)市內(nèi)部水資源潛力進(jìn)行挖掘，降低用水率和提升用水效率的基礎(chǔ)上對(duì)其“三次平衡”進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 遼陽(yáng)市三次平衡分析結(jié)果 單位：萬(wàn)m3

從分析結(jié)果可看出，遼陽(yáng)市在90%用水保證率下將處于超載狀況，而分別在75%和50%的用水保證率下，且處于基本可承載狀態(tài)。通過(guò)遼陽(yáng)市供水工程和節(jié)水措施的同步建設(shè)，遼陽(yáng)市總體水資源供給量在2030年和2035年總體可以達(dá)到城市需水總量的要求，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間的總體保證率程度不高。

2.3 評(píng)估結(jié)果

結(jié)合遼陽(yáng)市三次平衡以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度分析結(jié)果，對(duì)遼陽(yáng)市水資源承載能力進(jìn)行模糊綜合評(píng)估。

(1)評(píng)價(jià)矩陣R的計(jì)算

在基準(zhǔn)年2020年的基礎(chǔ)上對(duì)未來(lái)不同水平年2025、2030和2035年的各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5，并對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 遼陽(yáng)市水資源承載能力多目標(biāo)情景分析預(yù)測(cè)表

表6 遼陽(yáng)不同保證率各指標(biāo)對(duì)應(yīng)于各個(gè)等級(jí)的隸屬度表

(2)矩陣A的確定

將水資源承載能力評(píng)估的各項(xiàng)指標(biāo)x1，x2，L，x3按照不同權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。則權(quán)重系數(shù)為：A={0.12，0.17，0.12，0.12，0.1，0.1，0.1，0.12}

表7 遼陽(yáng)市水資源承載能力評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

(3)綜合評(píng)分值計(jì)算

水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)合指標(biāo)因素確定隸屬函數(shù)，不同保證率V1，V2，V3的隸屬度在不同年份指標(biāo)確定基礎(chǔ)上進(jìn)行隸屬度矩陣R的分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)水資源承載能力進(jìn)行綜合評(píng)估。

表8 遼陽(yáng)市水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表

2.4 未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展組合方案下水資源承載能力分析結(jié)果

結(jié)合遼陽(yáng)市城市發(fā)展規(guī)劃相關(guān)成果，對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用優(yōu)化配置、優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及生態(tài)保護(hù)措施等因素進(jìn)行綜合分析，采用規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)，分析遼陽(yáng)市在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和適度增長(zhǎng)情景下國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(cè)的不同方案組合情況，見(jiàn)表9，并對(duì)不同組合方案下的遼陽(yáng)市GDP值進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表10，針對(duì)三次平衡模型的水資源承載能力評(píng)價(jià)模型對(duì)遼陽(yáng)市未來(lái)水資源承載能力優(yōu)化方案進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表11。

表9 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)方案組合

表10 遼陽(yáng)市GDP預(yù)測(cè)結(jié)果

表11 遼陽(yáng)市不同方案的承載能力分析結(jié)果

經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)情景下，預(yù)計(jì)遼陽(yáng)市2019年GDP將達(dá)到2001億元，202530年將達(dá)到3223億元，2035年將達(dá)到4817億元；2019—2025年GDP年均增長(zhǎng)率為22.5%，2025—2030年GDP年均增長(zhǎng)率為10.0%，2031—2035年GDP年均增長(zhǎng)率為8.0%。在經(jīng)濟(jì)適度增長(zhǎng)情景下，預(yù)計(jì)遼陽(yáng)2030年將達(dá)到2087.6億元，2035年將達(dá)到3090.2億元，為根據(jù)遼陽(yáng)市目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及水資源承載能力的研究結(jié)果分析，宜選取方案Ⅳ，即經(jīng)濟(jì)和人口均適度增長(zhǎng)符合當(dāng)前的供用水需求。遼陽(yáng)市水資源可利用水量在不考慮引調(diào)水新增、節(jié)水戰(zhàn)略以及中水回用等措施的投入使用前提下，不能承載區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)需水的要求，屬于水資源承載能力較低的狀況。

3 結(jié)論

(1)遼陽(yáng)市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)需水要求在考慮加大非常規(guī)水源利用以及外調(diào)水后，可得到有效滿(mǎn)足，2019年水資源承載綜合評(píng)估值從0.448提升到2035年的0.528，當(dāng)?shù)厮Y源承載能力得到一定程度的提升。

(2)建議大力推進(jìn)清潔生產(chǎn)，加快技術(shù)改造工業(yè)節(jié)水技術(shù)和工業(yè)的推廣力度，通過(guò)高新技術(shù)提升用水循環(huán)的水平，同時(shí)通過(guò)節(jié)水管理力度，提高工業(yè)用水重復(fù)使用的效率， 2025年達(dá)到82%以上，2030年達(dá)到88%以上，2035年達(dá)到90%以上。

本文未能完全考慮水質(zhì)影響，考慮水綜合安全程度，以后的研究中還需重點(diǎn)對(duì)水環(huán)境承載能力進(jìn)行重點(diǎn)分析。