基于外調水潛力的吉林省水資源承載力分析

佟劍杰，賀華翔，婁安宇

(1.吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021；2.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

伴隨經濟社會高質量發展對水資源的強勁需求，水資源供需矛盾日趨嚴峻，水資源承載力作為區域水資源開發利用上限，是水資源管理中剛性約束的重要抓手，科學評估區域水資源承載力對貫徹落實水資源剛性約束的應用實踐具有重要意義。隨著國家級工程建設推進，外調水潛力將逐漸成為衡量區域水資源承載力的重要指標。在以往研究中，水資源承載力指標體系中的常用指標主要包括城鎮化率、產水模數、供水模數、GDP增長率、農業用水比例、人均生活日用水量、地下水開采系數、年徑流量，均涉及水資源、社會經濟、生態環境復合系統等[1- 4]，并未考慮外調水潛力對指標體系構成的影響，因此有必要將外調水潛力納入區域水資源承載力分析當中。

較為成熟的水資源承載力評價方法如運用主成分分析法，分析了影響南京市水資源承載力的主要驅動因子[5]。白露采用Logistic關聯模型構建水資源、社會經濟、生態環境各系統與承載力等級的關聯關系，利用風險矩陣綜合確定各子系統的承載力[6]。金菊良分別采用基于投影尋蹤權重優化、動態評價的半偏減法集對勢方法，基于集對分析和風險矩陣構建了水資源承載力評價模型，并在安徽省和引黃灌區得到應用[7- 9]；田培采用改進熵權TOPSIS模型，通過對24項指標的空間自相關分析和耦合協調性分析，評價長江中游城市群的水資源承載能力[10]；李少朋采用改進TOPSIS模型，對江蘇省水資源承載力進行了綜合評價[11]；鄭江麗引入系統演變過程序參量，構建的基于系統協調性的承載力評估模型在廣州市得到應用[12]；此外，還包括系統動力學模型和綜合評價法等多種方法[13]。綜合評價法可以形象、直觀地對樣本進行分類或評價，有效避免了各類評價因素權重確定的人為任意性，該方法目前應用較為普遍。

本文采用綜合評價法，創新性地在水資源系統中增加了外調水潛力指標，結合社會、經濟、生態系統中的指示性指標，構建了區域水資源承載力計算模型，對于本地水資源匱乏，依靠跨流域調水滿足水資源需求地區的水資源承載能力評價有較好的借鑒意義。

1 區域水資源承載力計算方法

充分考慮調水工程建成后，外調水供水潛力對區域水資源承載力的支撐性作用，在水資源系統中增加外調水潛力指標，重新定義水資源復合系統承載壓力指數的內涵。主要計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

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T=?1P1+ρ?2P2+…+?nPn

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式中，WCZ—區域承載力評價值；ZHI—區域水資源復合系統協調指數；ZCI—區域水資源復合系統承載壓力指數；α、β—待定權重；PeI、PpI—同等權重；Vmin為國民經濟最低用水量；Vmax—區域水資源最大可用水量，根據用水總量控制指標確定；GDPmin、GDPmax—用水量Vmin、Vmax對應的國內生產總值；Pc—當前人口規模，Pmax為某一社會發展水平，人口承載規模的上限值；T—系統綜合評價函數；C—協調系數；n—系統個數；?—各系統權重；Pi—序參量對各系統的總有序度；ρk—第i系統第k項序參量的權重系數；Yik—第i個系統第k個序參量變量的有序度；ZCP—水資源系統壓力指數；ZCS—水資源系統承壓指數；N1、N2、N3、N4—水資源系統、經濟系統、社會發展系統、生態系統；ωi—指標因子權重，Xi—指標評價值，兩者均采用熵權法確定[14]。綜合指標度量標準如下所示：

(10)

2 案例分析

2.1 研究區概況

吉林省土地總面積為18.74萬km2，處于北半球的中緯地帶，接近亞寒帶。全省形成了顯著的溫帶大陸性季風氣候特點，四季分明，春季干燥風大，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長。吉林省多年平均年降水量608.4mm，由東部山區向西部平原呈遞減趨勢。吉林省有五大水系，19條主要江河。根據水資源調查評價最新成果，吉林省多年平均水資源總量為400.02億m3。其中，地表水資源量為342.95億m3，地下水資源量為124.50億m3，重復計算量為67.43億m3。

2019年全省常住人口2601.64萬人，GDP 11707.37億元，工業增加值3596.15億元，耕地面積10545.05萬畝，耕地實際灌溉面積2576.74萬畝。2019年全省總供水量為115.21億m3，其中地表水供水量為74.82億m3，占總供水量的64.9%；地下水供水量為38.99億m3，占總供水量的33.8%；其他水源供水量為1.40億m3，占總供水量的1.2%。2019年全省用水量為115.21億m3，其中農業用水量85.25億m3(農田灌溉用水量80.90億m3)，工業用水量11.22億m3，生活用水量12.30億m3，生態環境補水量6.46億m3。

吉林省包括長春市、吉林市、四平市、遼源市、通化市、白山市、松原市、白城市、延邊朝鮮族自治州等9個市(州)，以及長白山保護開發區和梅河口市2個省直管行政區。

2.2 指標篩選及數據來源

按照水資源承載力主要影響因素，結合水資源、經濟、社會、生態環境各系統特征[15]及其在前述文獻中高頻出現的指標，篩選確定了反映區域水資源承載力評價指標13項，見表1。

考慮以往區域水資源承載力評價指標體系中，以本地水資源為主要指標體系，未考慮已建、在建調水工程實施對區域水資源承載力變化的影響。按照國家水網布局的完善與推進，外調水源成為區域水資源配置格局的重要組成部分。基于此，本文以現狀水資源稟賦及其開發利用條件基礎，結合《松遼流域綜合規劃》《吉林省水中長期供求規劃報告》提出的吉林省未來規劃發展水平，在已篩選的13項水資源、社會、經濟、生態系統指標基礎上，考慮增加外調水潛力指標，形成13項指標(方案1)與14項指標(方案2)兩套對比方案，分析不考慮外調水潛力和考慮外調水潛力條件下，區域水資源承載力結果的差異性，并結合當前的實際情況進行合理性分析。

表1 水資源承載力評價指標表

表2數據來源自《吉林省第三次水資源調查評價報告》《吉林統計年鑒2020》《2019年吉林省水資源公報》《吉林省中西部供水工程可行性研究報告》等各地市實施最嚴格水資源管理考核自查報告，具體情況見表2。

表2 吉林省水資源、社會、經濟、生態相關基礎數據

2.3 綜合評價結果

本文以行政區為單元，在數據標準化后進行的區域水資源承載力綜合評價，計算結果見表3。按照式(10)提出的綜合指標度量標準進行了各行政區承載力等級評價如圖1所示。

表3 吉林省不同分區水資源承載力評價結果

圖1 不同方案下各區域承載能力評估情況對比

根據水資源承載力評價結果顯示，可得到如下結論：

(1)區域承載力綜合評價結果越小，說明區域承載等級越高，只有長春市和四平市瀕臨超載，其他市處于適宜等級，該結論與《中國水資源承載力綜合評價研究》中吉林省水資源承載力的評價結果基本相符。

(2)兩個方案對比后發現，考慮外調水潛力指標(方案2)后，除四平市之外其他市(區、州)的區域承載能力有明顯提升，其中梅河口市提高1個等級，其他市(區、州)仍處于同一等級，說明各市(區、州)的外調水工程布局(由外調水潛力表征)與區域發展承載狀態、協調狀態較為相符。

(3)長春市作為吉林省省會城市、未來省內的發展核心，區域水資源承載力處于瀕臨超載狀態，幾乎沒有本地水資源開發利用潛力，主要依靠外調水工程支撐社會經濟發展。

(4)四平市區域承載力評價結果出現反轉，究其原因是受用水總量控制指標和地下水開采率限制雙重影響，未來2.04億m3的外調水潛力對支撐131.9萬人和GDP達到1250.7億元的發展規模，仍然處于緊平衡的狀態(瀕臨超載)，應綜合考慮四平市區域水資源限制要素、合理定人、定產、定地，真正發揮水資源最大剛性約束管控作用。

3 結論與建議

3.1 主要結論

本文采用綜合評價法，從水資源、社會、經濟、生態4大系統遴選了13項基本指標，結合外調水潛力指標，構建了2套指標體系，對比分析考慮外調后各區域水資源承載力的變化情況，有效識別重點區域的承載力變化情況：①有外調水支援情況下長春市、四平市仍然處于緊平衡狀態；②區域水資源利用協調水平較高，但水資源量(含外調水量)短缺仍是制約社會經濟發展的瓶頸問題。

與以往水資源承載力評價相比，本文將外調水潛力作為水資源系統重要指標之一，是基于國家水網建設為背景下的適應性考慮，呼應了“水資源合理配置的重要水源指標應當作為評價指標體系中的重要因素之一”這一觀點，豐富了的水資源承載力指標體系，對于外調水影響區域供水格局具有重要指示作用。

3.2 建議

隨著吉林省社會經濟高質量發展，以及國家大水網建設布局推進，區域水資源承載力會因外調水供給發生轉變，有必要針對新時期吉林省社會經濟發展狀況，立足于國家對吉林省的戰略部署，重新核算吉林省水資源承載力，為指導吉林省水資源可持續利用、落實水資源最大剛性約束發揮積極作用。特別要針對重點區域發展特征，如長春市經濟社會發展用水需求較為強勁、四平市水資源極度匱乏、導致產業布局處于劣勢等，優化外調水布局、落實水資源最大剛性約束制度，探索出一條水資源承載力與社會經濟相協調的發展之路。