基于水資源剛性約束條件下的城市綜合承載分析

許杰玉

(北京清華同衡規劃設計研究院，北京 100085)

2019年9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會講話中強調，要把水資源作為最大的剛性約束，堅決抑制不合理用水需求[1]；2020年1月3日，在中央財經委員會第六次會議講話中再次強調，要堅持以水而定、量水而行、節水為重。水資源是事關國計民生的基礎性自然資源和戰略性經濟資源，是生態環境的控制性要素，也是經濟社會發展的基礎性、先導性、控制性要素，水的承載空間決定了經濟社會的發展空間，與國土空間規劃之間存在著相互制約、協調互動的復雜關系[2- 5]。國土空間規劃的重要理念之一就是基于資源環境承載能力分析經濟社會布局和發展方向，并從經濟社會發展和生態環境保護兩方面給出發展和保護邊界，水資源是國土空間規劃三大空間布局(城鎮空間、農業空間、生態空間)的剛性約束與土地利用開發的支撐條件，城鎮開發邊界的確定、農業空間的劃定都需要在資源環境承載能力評價的基礎上進行，其中就包括水資源承載力評價[6- 8]。因此，水資源作為最大剛性約束，主要體現在以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，以可開發利用的水資源作為前提條件，約束倒逼經濟社會發展規模與結構，使得“四定”落到實處。2020年初，巴州和靜縣國土空間規劃啟動編制。本文以和靜縣為例，通過合理協調水在國民經濟發展和生態環境健康之間的平衡，計算基于水資源剛性約束條件下的農業灌溉規模與城鎮建設用地規模承載，為和靜縣國土空間規劃的城鎮開發邊界與城市發展規模的確定、農業空間的劃定提供科學依據與有效支撐。

1 研究區域概況

和靜縣位于新疆維吾爾自治區天山中段南麓，巴音郭楞蒙古自治州(以下簡稱“巴州”)焉耆盆地西北部。境內多山、多河，是新疆開都河、伊犁河、渭干河、庫爾什河等重要水系的源頭，素有新疆“水塔”之稱[9]。多年平均地表水年徑流量約為57.57億m3，地下水儲量約為42.08億m3，平原區每年地下水總補給量約4.41億m3，水資源占全州水資源總量的比例超50%，水能資源富集，是巴州主要的水源涵養地。和靜縣水資源雖然儲備充沛，但缺乏骨干水源工程，且夏季產生大量棄水，導致水資源未得到充分利用。目前，和靜縣城市供水仍以地表水為主，2019年和靜縣地表水供水量為2.5456億m3，占全縣供水總量的73.2%；地下水供水量為0.9339億m3，占全縣供水總量的26.8%。近幾年隨著地下水井的關停整治以及節水型社會的逐步推進，2019年和靜縣年地下水供水量已經低于1.35億m3的地下水可開采量。在用水方面，和靜縣農業用水占絕對主導地位的用水結構并未發生改變，2019年農業用水占總全縣用水量的80.79%。隨著對生態環境保護需求的日益增大，和靜縣人工生態與環境用水量增幅較大，由2013年的0.02億m3增加到2019年的0.49億m3，但和靜縣用水總量一直未超過 “三條紅線”中4.731億m3的用水總量控制目標。在用水效率方面，和靜縣現狀綜合用水效率在巴州總體處于偏上水平，但與全國平均水平仍有較大差距，提升潛力較大。2019年，和靜縣萬元GDP用水量為396.35m3/萬元，較2013年(686.32m3)提高了42.3%，但與巴州、全國平均水平仍有較大差距；和靜縣萬元工業增加值用水量為46.18m3/萬元，低于巴州21.31m3/萬元的平均水平，用水效率提升空間大。

圖1 2019年和靜縣用水結構

圖2 2014—2019年人工生態與環境用水占比

為解決新疆用水總量大、農業用水占比高、用水效率和效益低等節水方面突出問題，確保實現2030年用水總量控制目標，新疆率先落實國家節水行動方案，發布并實施了《新疆用水總量控制方案》、《新疆退地減水工作實施方案》，將國家下發的新疆用水總量控制指標以及退地減水任務落實到各地州、各兵團師，落實到地方縣級行政區和兵團團場[10- 11]。和靜縣認真落實用水總量控制制度，并同步推進退地減水，對非法開荒和無用水指標、低產田等實施退地，2019年度全縣完成退減或休耕灌溉面積1.9116萬畝。

表1 和靜縣、巴州、新疆與全國用水指標對比

2 研究思路與方法

2.1 技術思路與方法

堅持把水資源作為最大的剛性約束，控制水資源消耗總量，強化水資源承載能力剛性約束，促進經濟社會發展和用水方式轉變。和靜縣水資源承載力主要受全縣供水總量、社會用水結構、各部門用水水平和用水效率等因素制約。在落實“三條紅線”用水總量控制指標前提下，穩步提升和靜縣人工生態與環境用水，重點協調農業用水與城鎮用水，以水定需、量水而行、因水制宜，促進人口經濟與資源環境相均衡，以水資源利用效率和效益的全面提升推動經濟增長和轉型升級，初步實現城鎮發展規模、人口規模、產業結構和布局等經濟社會發展要素與水資源協調發展。根據巴州歷年水資源公報，和靜縣用水結構可歸納為農業用水、城鎮綜合用水和生態用水，和靜縣水資源承載關系示意圖如圖3所示。其中城鎮綜合用水包括工業用水、城鎮生活用水和城鎮環境用水。和靜縣農村生活用水占比較小，為便于分析和計算，在承載規模分析中忽略不計。

圖3 和靜縣水資源承載關系示意圖

本文采用定額法計算和靜縣農業承載規模與城鎮承載規模。其中，農業規模為水資源承載的農業灌溉面積，包括耕地和林果灌溉面積；城鎮規模為水資源承載的城鎮建設面積。

CTCC城鎮規模承載力=(TWS水資源可供總量-W人工生態與環境用水-W農業用水)/CLWC地均綜合用水量

ASCC農業規模承載力=W農業用水/WCPM畝均用水量

式中，CTCC城鎮規模承載力—城鎮建設用地規模，km2；TWS水資源可供總量—水資源可供水量，億m3；W人工生態與環境用水—人工生態與環境用水量，億m3；W農業用水—農業用水量，億m3；CLWC地均綜合用水量—地均綜合用水量，萬m3/(km2·a)；ASCC農業規模承載力—農業灌溉面積，萬畝；WCPM畝均用水量—畝均灌溉用水量，m3/畝。

2.2 用水指標的選取

(1)綜合灌溉畝均用水量指標：2019年和靜縣綜合灌溉畝均毛用水量為498m3/畝，低于巴州2019年灌溉水平(529m3/畝)。根據巴州水利局《水資源開發利用大綱》，到2025年巴州綜合灌溉畝均毛用水量將降至530m3，2035年降至520m3。根據關于印發《巴州地方”十三五“水資源消耗總量和強度雙管控行動方案》，和靜縣規劃到2020年農田灌溉水有效利用系數為0.62(2019年為0.6)，基于上位規劃要求及和靜縣綜合灌溉畝均毛用水量現狀水平及未來變化趨勢，本次擬采取兩種灌溉模式：①保持現狀灌溉水平，畝均灌溉毛用水量為498m3/畝，農田灌溉水有效利用系數為0.6；②灌溉在現狀水平上略有提升，農田灌溉水有效利用系數為0.62，畝均灌溉毛用水量為480m3/畝。

(2)地均綜合用水指標：根據SL 367—2006《中華人民共和國水利行業標準—城市綜合用水量標準》，西北諸河區小城市(P<20萬)土地綜合用水量指標為85萬～130萬m3/(km2·a)，中等城市(20萬≦P<50萬)為100萬～150萬m3/(km2·a)。和靜縣現狀城市規模為小城市，且2035年常住人口超過20萬的可能性較低，因此，本次承載計算的地均用水量選取上限，為130萬m3/(km2·a)。

3 水資源綜合承載計算與分析

3.1 水資源可供水量的確定

和靜縣作為新疆水塔，是開都河、伊犁河等18條河流的的源頭，水資源豐富，根據和靜縣水系分布情況，地表水資源利用共分為五個區，分別是開都河灌區、黃水溝灌區、哈合仁溝灌區、莫呼查汗溝灌區、烏拉斯臺河灌區，地表水可利用量為33.87億m3，和靜縣地下水開采則是通過五大灌區內的現有機井取用。目前五大灌區內共有機井 785 眼，其中開都河流域灌區內共有機井 408 眼，黃水溝、莫呼查汗溝、泉水溝和哈合仁溝流域灌區內共有機井 268 眼，烏拉斯臺河流域灌區內共有 109 眼，地下水可開采量為1.35億m3。根據《關于印發新疆用水總量控制方案的函》(新水函〔2018〕6號)、《巴州地方水資源管理“三條紅線”控制指標分解方案》的分配指標，2025年和靜縣用水總量控制目標為4.736億m3， 2030年用水總量控制目標為4.761億m3。用水總量控制目標遠低于和靜縣可利用水資源量，因此，和靜縣的水資源綜合承載則通過基于“三條紅線”的用水總量控制目標進行計算分析，2035年用水總量暫時按照2030年紅線總量指標執行，而落實用水總量控制目標的關鍵是將灌溉面積控制在合理的范圍，控制農業用水量。本次分三種情景進行相應的分析計算，一是保持現狀灌溉面積情景，二是落實自治區和水利部門退地指標情景，三是落實農業“兩區”建設任務的情景。

3.2 保持現狀灌溉面積情景

2018年和靜縣現有灌溉面積57.22萬畝，其中耕地29.76萬畝、園地0.66萬畝、林地24.24萬畝、牧草地2.56萬畝。和靜縣人工生態與環境用水在現狀的基礎上穩步提升，同時參考《巴州地方水資源管理“三條紅線”控制指標分解方案》，到2025年與2035年，人工生態與環境用水占用水總量的15%，分別為0.71億、0.714億m3。在現狀灌溉水平下，農業用水量為2.85億m3；進一步提高節水水平下，農業用水量為2.747億m3。和靜縣供水總量(即“三條紅線”用水總量控制目標)扣除人工生態與環境用水、農業用水，即為城鎮綜合用水，綜上計算可得在現狀灌溉水平下，2025年、2035年和靜縣城鎮綜合用水分別為1.176億、1.197億m3，可承載的城鎮建設規模分別為90.5、92.1km2；進一步提高節水水平下，2025年、2035年和靜縣城鎮綜合用水分別為1.279億、1.3億m3，可承載的城鎮建設規模分別為98.4、100.0km2。

表2 和靜縣水資源量與可利用水資源量 單位：億m3

表3 和靜縣“三條紅線”用水總量控制目標 單位：億m3

3.3 落實自治區和水利部門退地指標情景

根據自治區《關于印發新疆退地減水工作實施方案的通知》(新退減〔2019〕1號)，明確要求各地州人民政府，根據《關于印發新疆用水總量控制方案的函》(新水函〔2018〕6號)中確定的退減面積實施計劃，統籌協調落實退地減水工作，并將退減土地面積細化落實到各鄉鎮(團鎮)的地塊坐標。其中，和靜縣2016—2020年需要退減農業灌溉面積9.5萬畝，每年退減1.9萬畝；2020—2030年不再退減灌溉面積，退減至53.42萬畝。即在2018年灌溉面積的基礎上繼續退減3.8萬畝。人工生態與環境用水與保持現狀灌溉面積情景一樣，在現狀灌溉水平下，農業用水量為2.660億m3，2025年、2035年和靜縣城鎮綜合用水分別為1.365億、1.387億m3，可承載的城鎮建設規模分別為105.0、106.7km2；進一步提高節水水平下，農業用水量為2.564億m3，2025年、2035年和靜縣城鎮綜合用水分別為1.461億、1.483億m3，可承載的城鎮建設規模分別為112.4、114.1km2。

表4 基于現狀灌溉面積的水資源承載 單位：億m3

表5 落實水利部門退地指標的水資源承載 單位：億m3

3.4 落實農業“兩區”建設任務情景

為保障糧食生產和重要農產品生產，根據《關于建立糧食生產功能區和重要農產品生產保護區的實施意見》(新政發〔2018〕28號)，自治區下達巴州“兩區”建設任務為480萬畝，其中和靜縣為28萬畝。保持現狀園地、林地、畝草場等用地的灌溉面積不變，退減現狀耕地灌溉面積。即在現狀2018年的基礎上退減1.76萬畝的耕地。

落實農業“兩區”建設任務，到2025年和2035年，和靜縣農業灌溉面積退減至55.46萬畝，人工生態與環境用水與保持現狀灌溉面積情景一樣，2025年與2035年分別為0.71億m3、0.714億m3。在現狀灌溉水平下，2025年、2035年和靜縣農業用水量均為2.762億m3，城鎮綜合用水分別為1.264億m3、1.285億m3，可承載的城鎮建設規模分別為97.2、98.8km2；進一步提高節水水平下，2025年、2035年農業用水量均為2.662億m3，和靜縣城鎮綜合用水分別為1.364億m3、1.385億m3，可承載的城鎮建設規模分別為104.9、106.5km2。

3.5 綜合承載結果分析

通過保持現狀灌溉面積情景、落實自治區和水利部門退地指標情景、落實農業“兩區”建設任務情景等三種情景的承載規模計算分析可知：和靜縣在三種情景下的可承載的城鎮建設用地規模為90.5～114.1km2，和靜縣國土空間規劃至2035年城鎮建設用地總規模為81～88km2。因此，和靜縣在嚴格落實水資源“三條紅線”用水總量控制目標的前提下，水資源綜合承載能力較大，能夠滿足未來農業承載規模和城鎮承載規模要求。但和靜縣作為全州重要的水源涵養地以及“新疆水塔”，應該在保障自身發展用水需求的基礎上，從保障全州乃至全疆水資源安全的戰略高度和要求考慮，認真落實自治區退減減水工作要求，科學合理確定農業退減面積和實施計劃，大力發展節水灌溉農業，大力推進節水型社會建設，在控制總量下允許盤活存量，實現全州的水資源合理配置和高效利用。

4 水資源保護措施與策略

和靜縣作為巴州重要的水源涵養地，為下游城市提供了良好的水源補給。為進一步提高和靜縣的水資源利用效率與水資源城市綜合承載力，提出以下幾個措施保障區域供水：

表6 基于“兩區”建設任務的退地規模 單位：萬畝

表7 基于“兩區”建設任務的水資源承載 單位：億m3

表8 不情景方案退減灌溉面積及承載力對比表

一是加強水利基礎設施建設，提高區域供水保障能力。和靜縣水資源雖然儲備充沛，但地表水資源分布相對分散，且降水在時間和空間上分布不均，夏季水量占全年水量的80%，多年平均最大月平均流量與最小月平均流量之比高達180。同時部分河流上游缺乏骨干水源工程，水量高度集中的夏季產生大量棄水，水資源未得到充分利用，2019年水資源開發利用率為5.01%，居全州末位。水資源時空分布不均、缺少骨干水源工程是導致和靜縣水資源開發利用率較低的主要原因，下一步應有序安排山區控制性水庫建設，調節河流季節性水量，修建輸水工程，提高地表水的利用率，提高城市供水保障能力。

二是實行最嚴格的水資源管控，落實水資源消耗總量和強度雙管控。嚴控用水總量，抓緊健全和完善用水總量控制制度。對此，既要有正向引導，也要有反向嚴控。正向引導主要體現為用水總量控制的考核問責。反向嚴控是在接近或超過總量時的嚴格控制，包括水資源承載能力監測預警、區域取水許可限批等。嚴管用水強度，提高各行業用水效率。至2025年，全縣農業灌溉有效利用系數提高到0.6，萬元GDP用水量不超過487.02m3/萬元，萬元工業增加值用水量不超過37.68m3/萬元。嚴控高耗水項目，推進區域經濟發展與水資源承載能力相適應，確保2025年用水總量不超4.736億m3，2035年不超4.761億m3。

三是加快農業灌溉節水，穩步實施農業退地減水。和靜縣壓減農業用水可以通過壓縮農業灌溉面積、發展高效節水灌溉和優化種植結構三種途徑實現，但綜合考慮農業退地的可操作性以及和靜縣自身水資源稟賦條件，和靜縣農業減水應以發展節水灌溉農業與提高農業用水效率為主，以農業退地減水為輔。根據水資源約束下的農業與城鎮規模承載的計算結果分析可知，和靜縣水資源承載綜合能力較大，可以承載目前的農業灌溉規模，因此，和靜縣農業退地減水下一步的重點任務首先是提高農業灌溉用水效率，保證大、中型灌區的用水效率不低于現狀水平，大力發展和完善田間高效節水灌溉，建立灌溉面積與灌溉水量、地下水量與水位“雙控制”制度，保障灌溉面積及用水占比雙減少。其次是優化農業種植結構，持續推進設施農業發展建設，大力種植特色農作物，發展紅色經濟，推動形成孜然、西梅果、紅棗等多元化的特色林果業基地，在節約用水的同時提高農業經濟效益，實現農業的可持續發展。最后是推進高標準農田建設，選擇在集中連片、現有條件較好、增產潛力大的耕地，優先選擇現有的基本農田。灌區的高標準農田建設區應具備可利用水資源條件，干、支骨干渠系及相關外部水利設施完善，水質符合灌溉水質標準，能夠滿足灌溉需求，高標準農田建設后能顯著提高水資源利用效率。

5 結語

水資源是經濟社會發展不可或缺重要自然資源，把水資源作為最大剛性約束不僅體現在宏觀層面對區域的約束，而且體現在微觀層面對用水戶的約束。在國土空間規劃中，充足的水資源支撐保障著城市的穩步健康發展，本文進行水資源不同情景下的城市綜合承載分析與計算，并提出了保障區域供水的措施與策略，在國土空間規劃中發揮著重大現實作用。建議在國土空間規劃編制過程中，城市發展規模、產業發展規模、城鎮空間、農業空間等的確定應充分考慮當地的水資源承載能力，引導城市科學發展與合理空間布局。