陜西省榆林市水資源人口承載規(guī)模研究

黨麗娟，徐 勇，王志強(qiáng)

（1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

在我國(guó)以往的城市發(fā)展規(guī)劃中，主要考慮能夠反映城市本身空間尺度和社會(huì)經(jīng)濟(jì)能力的指標(biāo)，如人口、土地、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等，而一個(gè)城市能否可持續(xù)發(fā)展最終取決于資源條件。水資源的豐欠關(guān)乎城市的可持續(xù)發(fā)展，缺水問(wèn)題往往成為約束和限制城市發(fā)展的重要因子。榆林市地處我國(guó)生態(tài)脆弱帶和水土流失嚴(yán)重地帶，人均水資源占有量?jī)H為全國(guó)平均水平的38.6%［1－2］，屬重度缺水地區(qū)，水資源及生態(tài)環(huán)境承載力弱。隨著榆林市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，用水需求日益增加，特別是作為支柱的能源化工產(chǎn)業(yè)人口吸引力較強(qiáng)，用水需求量大，水資源供給已經(jīng)成為決定城市發(fā)展規(guī)模的剛性約束條件。此外，隨著煤炭資源的開(kāi)發(fā)，北部地區(qū)采空區(qū)面積日益擴(kuò)大［3］，對(duì)地下水產(chǎn)生了較大影響，出現(xiàn)部分地區(qū)地下水位下降、河流來(lái)水量減少［4－5］，地表沉陷等問(wèn)題日益突出。在節(jié)能減排要求日益強(qiáng)化的背景下，榆林所面臨的環(huán)境約束進(jìn)一步趨緊，導(dǎo)致人均水資源量直逼承載力下限。作為承載力研究的重要著眼點(diǎn)之一，也是衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志［6］，水資源承載力的提高也就意味著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的增強(qiáng)，對(duì)水資源承載力分析實(shí)際上也是對(duì)區(qū)域人口與經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境關(guān)系的綜合性研究［7］。因此，開(kāi)展水資源承載力的研究對(duì)于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

目前，關(guān)于人口承載力已經(jīng)從土地資源等單一環(huán)境因素過(guò)渡到復(fù)雜多重因素綜合作用的研究［8－9］，而近年來(lái)，水資源的短缺直接限制了土地資源的開(kāi)發(fā)和利用，以及生態(tài)環(huán)境的狀況，從而影響了工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人口的規(guī)模，制約著城市的發(fā)展。另一方面，關(guān)于水資源的調(diào)查、評(píng)價(jià)以及開(kāi)發(fā)規(guī)劃等研究越來(lái)越重視用水節(jié)水等微觀方面的技術(shù)提高［10］，而以水資源的時(shí)空分布特征為基礎(chǔ)，從宏觀角度上研究區(qū)域內(nèi)城市人口規(guī)?？刂啤⑷丝诜植家约俺鞘袃?nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整等研究較為缺乏。因此，本研究為進(jìn)一步探索如何解決水資源與區(qū)域人口發(fā)展要求之間的矛盾，將水資源承載力作為主要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)其承載人口規(guī)模進(jìn)行量化和預(yù)測(cè)，判斷城市承載狀況，并提出提高人口承載力的政策建議，使城市人口設(shè)置與區(qū)域水資源承載力協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1 區(qū)域特征與研究方法

榆林市位于陜西省最北部，東經(jīng)107°28′—111°15′，北緯36°57′—39°35′，總面積4.4萬(wàn)km2，占全省總土地面積的21.2%。榆林地處中溫帶干旱、半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，日照充足、四季分明。年均氣溫10℃，全市多年平均年降水量為397.7mm，是陜西省降水量最少的地區(qū)。地勢(shì)從西向東、從西北向東南傾斜，境內(nèi)平均海拔1 000～1 800m。全市地貌大體以古長(zhǎng)城為界，北部為風(fēng)沙草灘區(qū)，地勢(shì)平緩，沙丘連綿，約占全市總面積的42%；南部為黃土丘陵溝壑區(qū)，地面支離破碎，易引發(fā)水土流失，約占總面積的58%。境內(nèi)河流主要有黃河水系和陜西省唯一的內(nèi)陸水系，黃河流經(jīng)府谷、神木、佳縣、吳堡、綏德、清澗6縣，共270km，其支流無(wú)定河為全市最大河流，流域面積占全市總面積的79.8%；內(nèi)陸水系較大的有八里河和紅堿淖，北部風(fēng)沙區(qū)還有大小不等的海子，分布在神木、定邊縣北部的沙漠閉流區(qū)，流域面積占全市總面積的10.8%。榆林地區(qū)土壤呈現(xiàn)較為典型的非地帶性土壤分布，市域內(nèi)植被主要有7種類(lèi)型，分別是草場(chǎng)植被、落葉闊葉灌叢、落葉闊葉林、沙生植被、草甸、鹽生植被、沼澤及水生植被。

榆林市水資源總量少，時(shí)空分布不均，北豐南貧、季差劇烈。全市多年平均水資源總量為32.01億m3，其中地表水資源量為22.90億m3，地下水資源量為24.78億m3，水資源可利用總量為12.75億 m3，人均地表水資源量550m3，僅為全國(guó)平均值的1／4，耕地畝均水資源僅為165m3，為全國(guó)平均值的1／9，屬資源性缺水地區(qū)。根據(jù)1952—2010年的徑流實(shí)測(cè)資料，全市平均降水量減小5.14%，地表水資源量減少了13.4%，主要河流近20a來(lái)的徑流呈現(xiàn)出減小態(tài)勢(shì)，徑流量削減量最大的皇甫川為36.0%。在煤、氣、油等北部能源富集的榆陽(yáng)、神木、府谷、橫山、靖邊、定邊六縣區(qū)水資源總量為22.7億m3，占全市總量的70.9%，水資源相對(duì)豐富，為北部縣區(qū)能源開(kāi)發(fā)建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。相比之下，南部丘陵區(qū)地形破碎，且河流含沙量大，地下水埋藏深，可開(kāi)采量小，開(kāi)發(fā)利用難度較大，加之人口密度大，人均水資源量低，嚴(yán)重制約南部縣區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

2 水資源承載力的研究方法與模型

本文所要探討的水資源人口承載力是指流域在不同階段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，在考慮區(qū)域水資源稟賦、開(kāi)發(fā)利用潛力以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平和結(jié)構(gòu)、資源開(kāi)發(fā)和利用的前提下，流域水資源能夠維系和支撐的人口總量，即一個(gè)區(qū)域在水資源的約束下能夠達(dá)到的最大承載人口數(shù)量。

2.1 關(guān)鍵指標(biāo)的選取

水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅是水資源承載力大小的評(píng)判依據(jù)，而且也是水資源承載力大小的決策工具，選取能反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模的指標(biāo)體系成為問(wèn)題的核心。水資源承載力的大小受到諸多因素的影響，主要包括水資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口與生態(tài)和環(huán)境狀況等指標(biāo)［11］。指標(biāo)的選取既要反映“水資源系統(tǒng)—社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)—生態(tài)系統(tǒng)”中的水資源數(shù)量與質(zhì)量、開(kāi)發(fā)利用狀況及其動(dòng)態(tài)變化對(duì)水資源承載力的影響，又要反映被承載的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模、結(jié)構(gòu)及發(fā)展水平變化對(duì)承載力的影響，以及水資源系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)狀況。

在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取有不同的做法。其一從定義出發(fā)，直接選取可支持人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模等人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)，作為衡量水資源承載力大小的依據(jù)；其二從水資源可供水量、需水量、可承載人口規(guī)模等方面綜合考慮建立水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)的選取直接關(guān)系著水資源承載力計(jì)算的結(jié)果，不同的指標(biāo)選取，計(jì)算結(jié)果也大相徑庭。以北京市為例，根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，水資源人口承載力最大值為2 000萬(wàn)人，最小值僅為130萬(wàn)人，承載力值的巨大差異與水資源量指標(biāo)的選取有密切關(guān)系，已有的研究中僅對(duì)水資源量這一指標(biāo)就劃分了天然水資源總量、供水總量、生活用水量三類(lèi)，這三者之間的數(shù)量差異直接導(dǎo)致了水資源人口承載力的不同計(jì)算結(jié)果。

2.2 建立評(píng)價(jià)模型

國(guó)內(nèi)外對(duì)資源承載力量化的計(jì)算方法大體分成兩大類(lèi)：一是評(píng)價(jià)方法，從分析水資源承載力系統(tǒng)中的現(xiàn)象入手構(gòu)建指標(biāo)體系，構(gòu)建評(píng)價(jià)方法及模型，綜合評(píng)判水資源對(duì)某種發(fā)展規(guī)模的支撐程度，主要方法如模糊評(píng)價(jià)法、灰關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法、主成分分析法等，這類(lèi)方法局限于水資源承載力系統(tǒng)中各個(gè)因素的表象上，在指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法的選擇上主觀性較大，因此最終結(jié)果只能用于定性判斷；二是規(guī)劃方法，通常從水資源承載力系統(tǒng)中各個(gè)因素的相互作用關(guān)系入手，構(gòu)建數(shù)學(xué)方程模擬各個(gè)因素的發(fā)展，通過(guò)變量將數(shù)學(xué)方程耦合成水資源承載力量化模型，目的在于計(jì)算最大承載規(guī)模。主要有常規(guī)趨勢(shì)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、多目標(biāo)綜合分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和遺傳算法（GA）等，此類(lèi)方法在探索各個(gè)因素的相互作用關(guān)系上有所突破，但這種方法過(guò)程復(fù)雜，涉及的參變量不好掌握，容易得出不合理的結(jié)論。

本文基于可持續(xù)發(fā)展理論框架，在趙建世［12］、石培基［13］等學(xué)者提出的城市適度規(guī)模計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模型（1），（2）對(duì)水資源約束下的城市人口適度發(fā)展規(guī)模進(jìn)行計(jì)算與分析，該模型指標(biāo)量較少，容易獲取，且全面反映了城市發(fā)展中缺水、污水等水資源問(wèn)題，能夠很好地解決城市發(fā)展過(guò)程中人口規(guī)模與水資源之間需求與制約的關(guān)系。

式中：pr（t）——城 市 適 度 規(guī) 模 人 口 數(shù) 量 （人 ）；p（t）——該年實(shí)際城鎮(zhèn)人口數(shù)量（人）；wn——可利用水資源總量（m3）；we——城鎮(zhèn)居民生活供水量（m3）；ws——地表徑流量（m3／s）；wc——河流自凈能力（m3）；Q——徑流總量（m3）；q——污水流量（m3）；wce（t）——污水排放總量（m3）；sp（t）——人均污水排放量（m3／s）；qp（t）——城鎮(zhèn)居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)（m3／人）；β——污徑比；Cq——COD含量（mg／L）；CQ——河水水質(zhì)濃度（mg／L）；C0——上游來(lái)水水質(zhì)濃度（mg／L）；c1——水量承載能力（人）；c2——水質(zhì)承載能力（人）；z——水資源超載程度。

z值代表水資源的超載程度，當(dāng)z＞1時(shí)，區(qū)域或流域處于超載狀態(tài)，值越大，超載程度越嚴(yán)重；當(dāng)z＜1時(shí)，說(shuō)明區(qū)域或流域的承載潛力大，值越小，其水資源的承載潛力越大，可容納的人口量越大。在應(yīng)用上述方法模型時(shí)，需要考慮的關(guān)鍵因子是區(qū)域的水資源量、水資源可利用量、不同水平年人均生活需水量、耗水量。

3 榆林重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)水資源的人口承載量分析

3.1 水資源承載力的各項(xiàng)指標(biāo)分析

3.1.1 榆林市供水量與供水結(jié)構(gòu)分析 供水量主要包括地表水源供水、地下水源及其他水源供水。在各供水水源中，地表水源供水量所占比例最大，占總供水量的62%，其中引水工程供水量占38%；集雨工程和污水處理再利用供水量相對(duì)較少，僅占0.2%；微咸水在榆林市利用率已達(dá)到1.3%。在1980—2010年期間，研究區(qū)總供水量有較大增長(zhǎng)，地表水源供水所占比例有所下降。2010年，全市各類(lèi)水利工程年供水量6.92億m3，占全市水資源總量的30.19%；其中地表水4.42億m3，占總供水量的59.47%；地下水2.48億m3，占總供水量的40.38%；其他供水量約占0.02億 m3（附圖6）。

由于受地理位置影響，水利工程分布不均，造成各分區(qū)供水能力有余有缺。從人均供水能力的空間分布情況來(lái)看，人均供水能力由北向南、由東向西呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。各縣（區(qū)）中人均供水能力最大的是榆陽(yáng)區(qū)，為861.01m3／人；其次是橫山縣、神木縣，人均供水能力均達(dá)到400m3／人以上；再次是米脂縣和府谷縣，人均供水能力均達(dá)到100m3／人以上，其余各縣的人均供水能力都在100m3／人以下（圖1）。本文根據(jù)區(qū)域水資源情況、供水工程設(shè)施、來(lái)水條件、產(chǎn)業(yè)需水情況，結(jié)合引黃取水、區(qū)域調(diào)水工程，提出不同水平年不同降水條件下的區(qū)域可供水量。詳見(jiàn)表1。

根據(jù)榆林市對(duì)國(guó)家級(jí)能源化工基地的建設(shè)要求，未來(lái)將新增大批煤炭開(kāi)采、煤電轉(zhuǎn)化、煤化工等產(chǎn)能，水資源需求將大幅增長(zhǎng)；加之該地區(qū)屬于半干旱地區(qū)，降雨量少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，當(dāng)?shù)刈援a(chǎn)徑流量少，水資源開(kāi)發(fā)條件較差，將來(lái)水資源的缺乏勢(shì)必難以支撐國(guó)家能源化工基地建設(shè)的需求。

3.1.2 榆林市用水量與用水結(jié)構(gòu)分析 用水量分為社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)系統(tǒng)用水，社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水按生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)3部門(mén)劃分。其中，榆林市用水大戶為農(nóng)田灌溉用水，占總用水量的64.71%，其次是工業(yè)用水，占總量的18.73%，林、牧、漁、畜業(yè)用水占6.37%，居民生活用水、城鎮(zhèn)公共用水分別占8.51%，1.17%，生態(tài)環(huán)境用水僅占0.50%。在1980—2010年間，榆林市人均總用水量由213m3／a下降到176 m3／a，單位GDP用水量、工業(yè)用水指標(biāo)、農(nóng)田灌溉用水指標(biāo)下降趨勢(shì)顯著，而城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村居民用水指標(biāo)則逐年略有上升。

圖1 2010年榆林市水資源人均供水能力空間分布情況

表1 榆林市可供水量的預(yù)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì) 億m3

（1）生活用水。生活用水包括城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水。城鎮(zhèn)生活用水包括城鎮(zhèn)公共設(shè)施和流動(dòng)人口用水，靠地表水供給；農(nóng)村生活用水包括大小牲畜飲水，以取地下水為主。由于農(nóng)村住宅一般沒(méi)有給排水設(shè)施，用水定額低，耗水率較高，因此近似認(rèn)為農(nóng)村生活用水量基本是消耗水量。在1980—2010年，隨著人民生活水平不斷提高，生活配套設(shè)施日益完善，生活用水定額呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。人均城鎮(zhèn)生活用水指標(biāo)增長(zhǎng)到69L／d，農(nóng)村生活用水指標(biāo)增長(zhǎng)到39L／d，分別增長(zhǎng)了50%，48%。

從圖2中可以看出，2010年的城鎮(zhèn)人均用水量表現(xiàn)出比往年減少的趨勢(shì)。事實(shí)上，由于該年人口城鎮(zhèn)化呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，大量的農(nóng)村人口轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)人口，原本增加的城鎮(zhèn)用水量在人均水平上呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。生活用水量占總用水量的比重較小，但對(duì)用水保證程度要求較高、對(duì)水質(zhì)好壞也有較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。目前，榆林市的所有中小河流上改建的庫(kù)壩已基本建成，解決水瓶頸制約的唯一出路，只能從黃河干流引水。

圖2 城鎮(zhèn)、農(nóng)村人均用水量變化趨勢(shì)

（2）生產(chǎn)用水。農(nóng)業(yè)用水包括灌溉用水和林牧漁用水兩部分。1980—2010年，全市農(nóng)業(yè)用水量呈緩慢上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為0.3%；農(nóng)田實(shí)灌面積增加了2.25萬(wàn)hm2，農(nóng)田灌溉用水量增加了137萬(wàn)m3；林牧漁業(yè)面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由1980年的0.17萬(wàn)hm2發(fā)展到2010年的0.61萬(wàn)hm2，用水量增加了3 160萬(wàn)m3。隨著農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的改進(jìn)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，單位面積灌溉用水量下降了1 551.58m3。歷年農(nóng)業(yè)用水情況見(jiàn)表2。

表2 榆林市農(nóng)業(yè)用水情況統(tǒng)計(jì)

工業(yè)用水包括火電和一般工業(yè)用水。1980—2010年，榆林市工業(yè)用水量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率達(dá)9.78%，全市工業(yè)用水量在30a間增加了10.89倍。從行政分區(qū)來(lái)看，工業(yè)用水量增長(zhǎng)最快的是神木縣，年均增長(zhǎng)達(dá)到13%；全市生產(chǎn)用水量占總用水量的91.44%。隨著工藝的改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，萬(wàn)元產(chǎn)值用水量明顯下降，30a來(lái)降低了401 m3，單方水GDP產(chǎn)出增加了15倍。受到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況、用水管理水平及節(jié)水水平等因素的影響，各年份及各地區(qū)的增長(zhǎng)率并不均衡。歷年主要工業(yè)部門(mén)用水情況見(jiàn)表3。

表3 榆林市歷年工業(yè)用水情況統(tǒng)計(jì)

（3）生態(tài)用水。1980—2010年間，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對(duì)城市的綠化及景觀環(huán)境建設(shè)的力度也不斷加強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境用水量呈逐年上升趨勢(shì)，從1980年的81萬(wàn)m3增至2010年的344萬(wàn)m3。年均增長(zhǎng)最快的是神木縣，其余各縣在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也相應(yīng)地加大了對(duì)生態(tài)環(huán)境需水的重視。

3.1.3 人均用水量法預(yù)測(cè)供、需水量 根據(jù)榆林市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)分析，從1980年改革開(kāi)放初期到現(xiàn)在，榆林市人口發(fā)生了很大的變化。1980—2010年榆林市人口凈增量為131.41萬(wàn)人，常住人口年均自然增長(zhǎng)率7.5‰，年平均增長(zhǎng)率為1.53%，榆陽(yáng)區(qū)人口增長(zhǎng)率最高，為2.1%，最低為吳堡縣0.9%。2000年以來(lái)城鎮(zhèn)人口年均增長(zhǎng)3.2%，農(nóng)業(yè)人口從2003年開(kāi)始逐年減少，市內(nèi)出現(xiàn)了以榆林主城區(qū)為中心，以神木、靖邊、綏德為副中心，以其他縣城和中心城鎮(zhèn)為重點(diǎn)，形成勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移和人口集聚格局。由于能源化工基地的建設(shè)與高速發(fā)展，神木縣、榆陽(yáng)區(qū)等經(jīng)濟(jì)迅速膨脹，吸引大量外來(lái)人口流入，造成這些地區(qū)人口呈不穩(wěn)定、急速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

按照用水類(lèi)型進(jìn)行預(yù)測(cè)，將水資源需求劃分為生活需水、河道外生產(chǎn)需水、河道外生態(tài)環(huán)境需水以及河道內(nèi)需水。以2010年為基準(zhǔn)年，采取人均用水量法分別預(yù)測(cè)近遠(yuǎn)期水平年2015年和2020年的需水量。計(jì)算公式如下：

式中：W預(yù)測(cè)——預(yù)測(cè)水平年總需水量；W生產(chǎn)——預(yù)測(cè)水平年生產(chǎn)需水量；W生活——實(shí)際生活總需水量；E水——生 態(tài) 需 水 量；GDPn——預(yù) 測(cè) 年 GDP 值；UGDP——預(yù)測(cè)年份發(fā)展水平下萬(wàn)元GDP所需水量；P總——預(yù)測(cè)水平年人口數(shù)；w人均——現(xiàn)狀年人均用水量；Δw——人均用水量調(diào)整數(shù)，可從人均用水曲線的趨勢(shì)求得；P城，P農(nóng)——城市、農(nóng)村人口總數(shù)；α城，α農(nóng)——城市、農(nóng)村人口用水定額。

根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)、水價(jià)水平，結(jié)合生活用水習(xí)慣和現(xiàn)狀用水水平，參照建設(shè)部門(mén)已制定的城鎮(zhèn)用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)地區(qū)或城市生活用水定額，擬定城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用水定額，并以2010年的生活需水量為基準(zhǔn)，采用人均綜合用水量加趨勢(shì)微調(diào)方法對(duì)2015年、2020年在不同保證率下的需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)人均用水量的變動(dòng)趨勢(shì)對(duì)預(yù)測(cè)值加以修正，以保證預(yù)測(cè)成果更加接近實(shí)際。

（1）生活需水量。以2010年為基準(zhǔn)年，2015年和2020年各縣區(qū)常住人口根據(jù)《榆林市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》確定的年均自然增長(zhǎng)率7.5‰進(jìn)行預(yù)測(cè)。榆林市各縣區(qū)城鎮(zhèn)常住人口數(shù)根據(jù)城鎮(zhèn)化率預(yù)測(cè)，2015年、2020年城鎮(zhèn)化率分別為52%，60%。按照《城市居民生活用水量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T50331—2002），根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、人均收入水平、水價(jià)水平、節(jié)水器具推廣與普及情況，結(jié)合生活用水習(xí)慣和現(xiàn)狀用水水平，參照建設(shè)部門(mén)已制定的城市（鎮(zhèn)）用水標(biāo)準(zhǔn)，參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)地區(qū)或城市生活用水定額［14］，分別擬定各水平年城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用水定額，建議2015年城鎮(zhèn)生活需水定額取119 L／（人·d），農(nóng)村生活需水定額取51L／（人·d）；2020年城鎮(zhèn)生活需水定額為134L／（人·d），農(nóng)村生活需水定額為56L／（人·d）。經(jīng)測(cè)算，到2015年、2020年榆林市生活需水量分別為9 914.7萬(wàn)m3和1 259.1萬(wàn) m3（附圖7）。

（2）生產(chǎn)需水量。生產(chǎn)需水量包括農(nóng)業(yè)需水、工業(yè)需水、建筑業(yè)需水和第三產(chǎn)業(yè)需水?？紤]到榆林市灌溉面積比較分散，已經(jīng)處于較高的灌溉水平，要進(jìn)一步提高灌溉效率，降低畝均用水量的難度很大，因此建議農(nóng)業(yè)用水維持現(xiàn)狀不變，即農(nóng)業(yè)的增長(zhǎng)主要靠技術(shù)進(jìn)步、制度創(chuàng)新、管理水平提高等因素完成。根據(jù)榆林市農(nóng)業(yè)發(fā)展指標(biāo)和擬定的定額，預(yù)測(cè)各規(guī)劃水平年的需水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

工業(yè)需水預(yù)測(cè)中，分別將采掘業(yè)、火力發(fā)電、煤化工、鹽化工作為主要耗水戶進(jìn)行測(cè)算。榆林市用水量較大的采掘業(yè)主要包括煤炭、石油、天然氣的開(kāi)采，單位產(chǎn)品用水定額采用《陜西省行業(yè)用水定額》（2010年修訂）的規(guī)定值；火力發(fā)電用水量按照裝機(jī)容量、年利用小時(shí)數(shù)和裝機(jī)取水定額確定，年利用小時(shí)數(shù)按照5 500h計(jì)，裝機(jī)取水定額按照《陜西省行業(yè)用水定額》確定；煤化工和鹽化工由于產(chǎn)品眾多，且缺乏部分產(chǎn)品的用水定額，通過(guò)借鑒并引用歷年煤炭及轉(zhuǎn)化、鹽化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。建筑業(yè)需水量預(yù)測(cè)采取萬(wàn)元產(chǎn)值用水量指標(biāo)計(jì)算。榆林市2009年建筑業(yè)用水指標(biāo)為16m3／萬(wàn)元，隨著施工技術(shù)進(jìn)步，2015年和2020年可分別按照節(jié)水10%和20%計(jì)算。通過(guò)分析，采用2001—2009年建筑業(yè)總產(chǎn)值序列作為回歸樣本，通過(guò)線性回歸進(jìn)行趨勢(shì)外推2015年和2020年的總產(chǎn)值，預(yù)測(cè)榆林市第二產(chǎn)業(yè)的需水量，2015年為88 863.08萬(wàn) m3，2020年為138 198.22萬(wàn) m3。

表4 不同保證率下榆林市農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì) 萬(wàn)m3

第三產(chǎn)業(yè)需水采用萬(wàn)元產(chǎn)值用水量指標(biāo)計(jì)算。結(jié)合用水現(xiàn)狀分析，預(yù)測(cè)各規(guī)劃水平年的需水定額，進(jìn)行需水量的預(yù)測(cè)。以2005—2010年第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值序列為樣本進(jìn)行趨勢(shì)外推，預(yù)計(jì)榆林市第三產(chǎn)業(yè)的需水量，2015年為4 404.07萬(wàn) m3，2020年為10 983.68萬(wàn) m3。

（3）河道外生態(tài)環(huán)境需水。河道外生態(tài)環(huán)境需水主要包括城市生態(tài)環(huán)境需水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水，農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水已經(jīng)在農(nóng)村居民生活用水定額中考慮，在此不再重復(fù)計(jì)算?？紤]到河道內(nèi)需水量不參與河道外水資源供需平衡分析，因此在預(yù)測(cè)分析中不予計(jì)算。城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境美化依據(jù)城市人口多少及人均生態(tài)環(huán)境美化需水量確定。結(jié)合榆林市實(shí)際情況，根據(jù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的規(guī)模及需要，城市生態(tài)環(huán)境需水主要考慮綠地需水，預(yù)計(jì)2015年和2020年榆林市城鎮(zhèn)人均綠地面積分別為7.5m2和9m2，預(yù)計(jì)榆林市生態(tài)環(huán)境需水量，2015年為14 840.09萬(wàn)m3，2020年為24 438.90萬(wàn) m3。

綜合榆林市生活、生產(chǎn)和生態(tài)（環(huán)境）三大用水戶需水量，在不同保證率下需水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。50%代表年的需水量2010年為13 6708.3萬(wàn)m3，2015年為190 014.2萬(wàn) m3，2020年為261 015.8萬(wàn)m3；75%代表年的需水量2010年為145 687.3萬(wàn)m3，2015年為199 379.9萬(wàn) m3，2020年為271 939.6萬(wàn)m3；95%代表年的需水量2010年為154 467.8萬(wàn)m3，2015年為208 614.8萬(wàn) m3，2020年為280 643.9萬(wàn)m3。

3.1.4 人均水資源量變化趨勢(shì)分析 根據(jù)1980—2010年的人均水資源量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，榆林市水資源與人口的空間分布極不均衡，全市水資源總量較少，人均用水量在全國(guó)屬于相對(duì)較低水平。榆林市人均占有水資源量由1998年的1 180m3下降到2010年的892m3（圖3），年均遞減2.3%，僅為全省人均占有量1 300m3的68.6%，為全國(guó)人均占有量2 300m3的38.8%。全市有67%的縣區(qū)人均水資源量低于1 000m3，現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際公認(rèn)的Malin Falkenmark缺水標(biāo)準(zhǔn)［15］，人均水資源量最低的子洲縣，只有227m3。

人口與水資源矛盾表現(xiàn)最為突出的為吳堡縣，人均水資源量多年平均值僅為218.17m3／人，居民的日常生活用水得不到保障；神木縣的水資源量相對(duì)較豐富，人均水資源量多年平均值為2 484.5m3／人，其次是榆陽(yáng)區(qū)，值為2 407.67m3／人；定邊縣與靖邊縣處于周期性用水緊張狀態(tài)。

表5 榆林市不同保證率下需水量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì) 萬(wàn)m3

圖3 2010年榆林市人均水資源量空間分布情況

3.2 榆林市水資源承載人口規(guī)模計(jì)算

本文以2010年的水資源數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從供用水量、人均水資源量?jī)蓚€(gè)角度分析水資源對(duì)人口發(fā)展的可持續(xù)條件，結(jié)合不同水平年的需水量預(yù)測(cè)結(jié)果，運(yùn)用水資源承載力及城市人口適度規(guī)模模型，計(jì)算榆林市水量承載能力c1（人）、水質(zhì)承載能力c2（人）、城市適度規(guī)模pr（人）以及超載度z。模型參數(shù)的確定，人均污水排放量sp（t）取2010年榆林市人均排放量，sp（t）為9.22t／人；一般來(lái)講河流具有自凈能力的徑污比最低限為20，河流自凈能力可按wc＝0.05ws計(jì)算。模型計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 榆林市水資源承載力及區(qū)域人口適度規(guī)模 萬(wàn)人

根據(jù)對(duì)榆林市水量、水質(zhì)承載力的計(jì)算，榆林市未來(lái)將以水量超載型為主。通過(guò)對(duì)超載度的計(jì)算，z值為1.02～1.08，水資源的人口承載力均處于超載狀態(tài)，超載程度隨時(shí)間的增大呈現(xiàn)出加重的趨勢(shì)。以2010年作為基礎(chǔ)參照數(shù)據(jù)，根據(jù)對(duì)人口增長(zhǎng)趨勢(shì)的一元線性回歸分析，計(jì)算出未來(lái)水資源的城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口承載力，如表7所示。

表7 榆林市城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口適度規(guī)模及超載度 萬(wàn)人

結(jié)果顯示，在未來(lái)10a內(nèi)，榆林市城鎮(zhèn)人口處于超載狀態(tài)，隨著時(shí)間的增加，超載狀態(tài)居高不下；而農(nóng)村人口在未來(lái)10a內(nèi)人口在水資源承載范圍之內(nèi)，且呈現(xiàn)出承載能力逐漸加強(qiáng)的趨勢(shì)。到2015年，水資源能夠承載的城鎮(zhèn)人口的超載程度達(dá)到1.89；到2020年，超載程度降至1.73，超載形勢(shì)嚴(yán)峻。由于城鎮(zhèn)化是未來(lái)必然的發(fā)展趨勢(shì)，因此未來(lái)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的集聚勢(shì)必會(huì)造成人口的增長(zhǎng)，從而加重人與水資源之間的矛盾，城鎮(zhèn)化與水資源相互制約的作用會(huì)更加明顯。

4 結(jié)論與討論

水資源人口承載力作為衡量人與自然協(xié)調(diào)程度的重要指標(biāo)之一，其水量和水質(zhì)的承載力對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)同樣具有深遠(yuǎn)影響。本文通過(guò)對(duì)水資源承載力的概念、內(nèi)涵、指標(biāo)體系、模型方法進(jìn)行理論總結(jié)，結(jié)合榆林市實(shí)例，利用人口適度發(fā)展規(guī)模預(yù)測(cè)模型對(duì)區(qū)域水資源人口承載力進(jìn)行分析計(jì)算。結(jié)果表明，在未來(lái)10a內(nèi)，榆林市水資源處于水量型超載狀態(tài)，在超載人群中，尤以城鎮(zhèn)人口為重，且超載程度隨時(shí)間呈現(xiàn)出加重的趨勢(shì)，超載度高達(dá)1.89，農(nóng)村人口尚有承載余地?？梢?jiàn)，榆林市作為能源化工基地在一味強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)化和追求人口數(shù)量并不能保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。相反，設(shè)定過(guò)高的城鎮(zhèn)化率對(duì)城市良性發(fā)展造成障礙：未來(lái)生活、工業(yè)用水量的增長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)擠占農(nóng)業(yè)灌溉用水，部分原設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)灌溉功能的水庫(kù)改為以生活供水或工業(yè)供水為主，使得原本存在供水缺口的農(nóng)業(yè)用水無(wú)法得以保證。再者，大規(guī)模的資源開(kāi)發(fā)不僅給國(guó)民經(jīng)濟(jì)各用水部門(mén)之間造成很多矛盾，而且產(chǎn)生巨大的生態(tài)環(huán)境壓力。

在未來(lái)的研究中，為進(jìn)一步緩解榆林市這個(gè)重度缺水、其產(chǎn)業(yè)布局又以煤化工、鹽化工、煤電等高耗水行業(yè)為主的地區(qū)在未來(lái)水資源的人口超載情況下的惡性發(fā)展問(wèn)題，應(yīng)將水資源的產(chǎn)業(yè)承載力、生態(tài)承載力納入研究中，會(huì)使得研究結(jié)果更加精確；此外，也可從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的角度，以人口中心遷移和空間布局為重點(diǎn)，側(cè)面解決人水壓力，從而提高水資源承載力的潛力，為打造能源化工基地水資源保障體系提供科學(xué)依據(jù)。

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