GIS圖形疊置法在水資源承載力分析中的應用

賀 珺，韋紅衛，褚 珣

（北京國環清華環境工程設計研究院有限公司，北京 100084）

水資源承載力是個廣義的概念，它是自然資源承載力的一部分，非人力可決定。但在特定研究領域，有前置條件的情況下，它又可得出承載能力能否滿足需求的結果，是一個量化的具體概念。在規劃環境影響評價中，水資源承載力分析是不可或缺的內容，也是區域可持續發展的重要參考依據。

圖形疊置法作為地理信息系統（GIS）的一種分析方法，可利用GIS 平臺建立規劃區環境影響評價體系，有效地使規劃區邊界矢量化，將規劃區中的敏感點、監測點位、規劃產業布局等各類數據信息可視化、數字化、矢量化，其可以直觀明了地顯示空間分布和位置關系，得到很多技術人員的認可，在區域規劃環評中得到廣泛的應用。本文以鄂爾多斯市能源基地規劃環評為典型案例，在區域水資源可利用現狀的基礎上，結合基地規劃建設的電源裝機規模，以電源點空間布局規模為基礎預測總需水量，分別從不同供水情景進行水資源承載力分析，從而確定基地的合理規模和布局。其間運用空間矢量圖疊置的方法，將資源利用與空間布局相結合，運用定量與定性融合的思路綜合論證分析，用以研究區域水資源承載力分析結果的可靠性。

1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區西南部的鄂爾多斯市，地處黃河上中游的鄂爾多斯高原，東、西、北三面被黃河環繞。黃河是鄂爾多斯市唯一的過境河流，河流境內全長為728 km。據磴口水文站實測資料計算，此處黃河多年平均流量為306.2 億m，國家、內蒙古自治區分配給鄂爾多斯市的黃河用水指標為7.0 億m。黃河是鄂爾多斯市社會經濟發展的重要供水水源。

鄂爾多斯市本地水資源可利用總量為14.74 億m（不含黃河初始水權水量），其中，地表水可利用量為2.41 億m，地下水可開采量為12.54 億m，二者重復計算量為0.21 億m。若考慮黃河初始水權7 億m水資源量，則水資源可利用總量約為21.74 億m。鄂爾多斯市以煤炭采選、煤化工、煤電和金屬冶煉等為主導產業，結合相關產業規劃，對鄂爾多斯市各行業需水量進行預測，近期規劃年工業需水量將達到5.39 億m，遠期規劃年工業需水量達5.95 億m。生活、農業需水量預測主要采用綜合用水指標方法，分別預測規劃年近期和遠期的需水量。近期規劃年生活、生態及農業需水總量約為12.16 億m，遠期規劃年約為11.85 億m。近期規劃年需水總量約為17.55 億m，隨著節水工程的實施，遠期規劃年農業需水量有所降低，工業需水量有所增大，約為17.8 億m。水資源供需平衡分析表明，近期規劃年全市水資源量富余0.18 億m，但遠期規劃年全市水資源缺口約有0.22 億m。

2 水資源承載力分析的技術思路

在規劃環評資源承載力分析中，重要任務是判斷規劃實施后水資源承載能力是否能夠滿足區域未來的可持續發展需求。規劃宏觀層面既涉及區域環境質量，又涵蓋產業規模，評價維度既包括空間布局，又要考慮遠距離傳輸，既包括區域產業結構對資源的需求與競爭，又要考慮產業基礎設施建設的匹配，涉及的領域廣泛，致使評價難度較大。除提高水資源利用效率和節約用水之外，還要從規劃和技術層面進一步挖掘其他可利用的非常規水資源，這給環評工作帶來新的挑戰。

從全市域水資源承載力和煤電行業水資源承載力兩個角度切入，分別對需水量、可用水資源量及供需平衡進行分析，旨在為能源基地找到更多可用的水資源，盡可能承載目標裝機規模。首先從單一的供水方式角度分析，結合城市總體規劃和受評規劃的目標，分析城市水資源承載力的支撐能力。雖然黃河過境內蒙古，但分配的黃河水權指標有限，且早已分配完畢。水資源短缺是內蒙古的普遍現狀，故基本可以判定單一供水無法支撐規劃發展目標。結合鄂爾多斯市產業規劃及能源基地的規劃電源點分布，按照“優先取用礦井疏干水和再生水，不足部分補充黃河地表水”的原則，選擇能源基地水源方案進行論證。

煤電行業具有特殊性，目前，鄂爾多斯市已實現水權轉讓一期工作，并且已開始進行跨盟市水權轉讓工作。全市再生水回用率達到55%，結合煤電行業對水資源的需求，從基地電源點分布出發，利用GIS技術，對電源點、再生水廠及礦井水分布進行布局疊置分析，從空間分布上直觀分析能源基地供水采用再生水的可行性。

3 水資源承載力分析

3.1 再生水供水分析

規劃遠期，鄂爾多斯市新建及擴建12 座污水處理廠，新增污水日處理規模達到36 萬m，污水處理廠覆蓋主要城鎮及所有工業園區。

考慮鄂爾多斯市再生水實際使用情況，近期規劃年和遠期規劃年可供給能源基地的再生水量分別為959 萬m和2 920 萬m。項目執行中，運用GIS 技術轉換所有電源點和再生水廠的位置坐標，結合電源點、再生水廠和區域人口分布的位置關系（見圖1），GIS圖形疊置法可較為準確地判斷電源點與再生水廠的距離，同時疊置人口規模的分布，判斷再生水廠的污水來源。

圖1 人口、電源點及再生水廠的位置關系

通過GIS 疊置分析功能判定，鄂爾多斯市的東勝污水處理廠、南郊污水處理廠均距離東勝區人口集中分布區域較近。通過分析這兩座污水處理廠的現狀運行及規劃情況可知，二者未來供給電源點再生水是可實現的，近期規劃年可供給能源基地的再生水量為189 萬m，遠期規劃年可供給能源基地的再生水量為1 081 萬m。準格爾旗薛家灣污水處理廠距離人口集中分布區域較近，遠期規劃年該污水處理廠可供給能源基地的再生水量約為364 萬m。

綜上分析，2020年，可供給能源基地的再生水合計約1 445 萬m。

3.2 礦井水供水分析

鄂爾多斯市地下水資源豐富，煤炭開采涌水量不可忽視。根據實地調研和水資源論證報告，上海廟礦區的疏干水涌水量較大，同時規劃電源點臨近礦區（見圖2），考慮既有煤礦對疏干水的涌水量、使用及分配量，結合水文地質圖，其礦井水未來作為能源基地供水水源是可以實現的。相比而言，準格爾礦區礦井水自用目前都較為緊張，還需要補充新鮮水。該礦區的煤炭開采設計和環評都考慮了外部調水。其礦井水供給能源基地有難度，且水資源量不穩定。

圖2 電源點與礦井的位置關系

根據水資源論證報告預測分析，上海廟礦區可供給能源基地的礦井疏干水約為521 萬m。

綜上，目前確定鄂爾多斯市未供給基地的新鮮水資源量4 391 萬m（含已獲得水資源指標的891 萬m和跨盟市水權轉讓預留給基地的3 500 萬m黃河水）。考慮鄂爾多斯現狀煤電裝機供水量及已批在建裝機供水量，未來能源基地常規水資源可供水量約為1.08 億m。

考慮再生水可供水量和礦井水水量，近期規劃年及遠期規劃年基地綜合可供水量分別為11 476 萬m和12 732 萬m，如表1所示。

表1 能源基地供水量統計

3.3 不同供水情景的水資源平衡分析

3.3.1 常規水資源供給平衡分析

考慮鄂爾多斯市現狀項目及在建項目的供水量，未來能源基地新鮮水可供水量約為1.08 億m。近期規劃年常規水資源滿足基地規劃發展需求，但遠期規劃年常規水資源不能滿足發展需求，缺口約為0.05 億m。

3.3.2 非常規水資源供給平衡分析

目前，鄂爾多斯市再生水回用率約為55%，根據實地調研，蒙泰東勝熱電聯產項目一期、國電布連電廠、康巴什熱電廠均采用再生水作為供水水源。此外，煤礦開采產生的礦井涌水也可考慮作為能源基地供水水源，在不影響礦井開采及礦區用水的情況下，上海廟礦區可將礦井水作為供水水源。因此，基地水資源供需平衡應考慮非常規水資源供給。

3.3.3 綜合水資源平衡分析小結

考慮常規水資源和非常規水資源綜合供水情景，規劃年（近期、遠期）的綜合水資源量均能夠支撐能源基地的規劃裝機規模。能源基地未來開發利用非常規水資源是必經之路，非常規水資源的利用不僅對能源基地的發展至關重要，也對緩解鄂爾多斯市未來水資源緊缺的局面具有重要意義。

4 結語

鄂爾多斯市要通過行政方式在主導工業行業范圍對水資源進行初始配置，根據初始配置水權指標對全市現有煤電及煤化工行業用水進行分配，針對新建項目根據水資源論證報告和可分配水量確定初始配置水權。本文通過GIS圖形疊置法分析鄂爾多斯市再生水資源和礦井水資源的區位分布，綜合判斷規劃電源點取用非常規水資源的可行性，結合人口規模及人口分布的矢量圖，明確非常規水資源對能源基地建設的支撐作用。能源基地采用綜合水資源供水的方式，可供水資源量能滿足能源基地的發展規模，不存在水資源缺口，但仍要提高用水效率，樹立節水意識，加大節水力度。當前，要以供水能力確定發展需求，切實做到以水定產，依據“優先取用礦井疏干水和再生水，不足部分補充黃河地表水”的原則配置水資源。