城市水資源承載力定量評估研究

李帥瑩

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

20世紀 80 年代末水資源承載能力概念在國內(nèi)逐步被研究和關注，最早進行探索和研究的城市是我國北方部分地區(qū)[1]。目前，水資源承載能力評估方式、主要指標體系都已經(jīng)得到不同程度的研究，水資源學研究的重點和熱點研究是區(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為受很多綜合因素的影響，包括區(qū)域自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展程度、供需水結構變化以及水資源總量等綜合因素[7-14]。國內(nèi)很多學者提出了水資源承載能力的定義的不同觀點，但這些觀點大都研究的方向有所不同[15]。本文基于城市社會經(jīng)濟發(fā)展程度預測的情景下，在不同歷史演變時期，以維護水資源持續(xù)發(fā)展為前提，通過社會經(jīng)濟和水資源優(yōu)化配置，提出基于三次平衡模型的城市水資源能力評估方法，從而實現(xiàn)區(qū)域水資源對城市社會經(jīng)濟的支撐能力最大化。

1 評估方法

1.1 評估指標

結合遼陽市水資源變化的特點，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價指標。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)的評價指標，見表1。

表1 水資源承載能力評價指標表

1.2 評價指標的分級與評分

結合遼陽市水資源特點，對遼陽市水資源承載能力的影響程度劃分為8個評價指標體系，并基于國內(nèi)相關研究成果，確定不同指標的影響程度劃分的標準，見表2。

表2 評價指標分級標準表

當?shù)乇硭|(zhì)達標率小于50%作為其中一個較為特殊的評定指標進行分析，其具有一票否決性。即地表水功能區(qū)水質(zhì)達標率如果低于50%，即認為地區(qū)水資源承載能力突破極限，

需要對生態(tài)環(huán)境破壞原因進行分析，采用相對應的治理措施。為對不同等級水資源承載能力進行評定，主要劃分V1，V2，V3三類標準，對不同標準進行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影響因素程度越高，具有較高的水資源開發(fā)潛力，數(shù)值越低則具有較低的水資源開發(fā)潛力。

1.3 三次評估模型

根據(jù)遼陽市社會經(jīng)濟發(fā)展狀況和水資源配置狀況，繪制遼陽市水資源承載能力模型結構網(wǎng)絡圖，如圖1所示。

圖1 基于三次平衡模型的遼陽市水資源承載能力模型結構圖

2 評估結果

2.1 區(qū)域水資源數(shù)據(jù)

為客觀分析遼陽市水資源總體情況，在原有《遼陽市水資源評價》(數(shù)據(jù)系列為1956～2015年)基礎上，將系列延長至2017年，重點對水量、水質(zhì)進行評價。經(jīng)過計算得到遼陽市水資源總量，結果見表3。

表3 遼陽市行政分區(qū)多年平均水資源總量表 單位：萬m3

2.2 三次平衡分析結果

在供水平衡的“二次平衡”分析的基礎上，水資源“三次平衡”分析立足區(qū)域水資源變化特點，通過節(jié)水措施對需水要求進行增長速度的壓縮，并通過管理和水價調(diào)整作為輔助措施對需水要求的增長態(tài)勢進行有所抑制。通過中水回用等措施在水資源供給方面進行當?shù)刂兴昧克降奶嵘?。進一步挖掘供水潛力通過水資源開源等一系列措施，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”的結果。本文對遼陽市內(nèi)部水資源潛力進行挖掘，降低用水率和提升用水效率的基礎上對其“三次平衡”進行分析，結果見表4。

表4 遼陽市三次平衡分析結果 單位：萬m3

從分析結果可看出，遼陽市在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)。通過遼陽市供水工程和節(jié)水措施的同步建設，遼陽市總體水資源供給量在2030年和2035年總體可以達到城市需水總量的要求，社會經(jīng)濟發(fā)展空間的總體保證率程度不高。

2.3 評估結果

結合遼陽市三次平衡以及社會經(jīng)濟發(fā)展程度分析結果，對遼陽市水資源承載能力進行模糊綜合評估。

(1)評價矩陣R的計算

在基準年2020年的基礎上對未來不同水平年2025、2030和2035年的各評價指標進行預測，預測結果見表5，并對各評價指標的隸屬度進行分析，結果見表6。

表5 遼陽市水資源承載能力多目標情景分析預測表

表6 遼陽不同保證率各指標對應于各個等級的隸屬度表

(2)矩陣A的確定

將水資源承載能力評估的各項指標x1，x2，L，x3按照不同權重系數(shù)進行計算，計算結果見表7。則權重系數(shù)為：A={0.12，0.17，0.12，0.12，0.1，0.1，0.1，0.12}

表7 遼陽市水資源承載能力評估指標權重計算結果

(3)綜合評分值計算

水資源承載能力綜合評價指標結合指標因素確定隸屬函數(shù)，不同保證率V1，V2，V3的隸屬度在不同年份指標確定基礎上進行隸屬度矩陣R的分析，在此基礎上對水資源承載能力進行綜合評估。

表8 遼陽市水資源承載能力綜合評價結果表

2.4 未來經(jīng)濟社會發(fā)展組合方案下水資源承載能力分析結果

結合遼陽市城市發(fā)展規(guī)劃相關成果，對水資源開發(fā)利用優(yōu)化配置、優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構以及生態(tài)保護措施等因素進行綜合分析，采用規(guī)劃數(shù)據(jù)進行相關預測，分析遼陽市在經(jīng)濟高速發(fā)展和適度增長情景下國民經(jīng)濟發(fā)展預測的不同方案組合情況，見表9，并對不同組合方案下的遼陽市GDP值進行預測，結果見表10，針對三次平衡模型的水資源承載能力評價模型對遼陽市未來水資源承載能力優(yōu)化方案進行分析，結果見表11。

表9 經(jīng)濟社會發(fā)展預測方案組合

表10 遼陽市GDP預測結果

表11 遼陽市不同方案的承載能力分析結果

經(jīng)濟高速增長情景下，預計遼陽市2019年GDP將達到2001億元，202530年將達到3223億元，2035年將達到4817億元；2019—2025年GDP年均增長率為22.5%，2025—2030年GDP年均增長率為10.0%，2031—2035年GDP年均增長率為8.0%。在經(jīng)濟適度增長情景下，預計遼陽2030年將達到2087.6億元，2035年將達到3090.2億元，為根據(jù)遼陽市目前社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀及水資源承載能力的研究結果分析，宜選取方案Ⅳ，即經(jīng)濟和人口均適度增長符合當前的供用水需求。遼陽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)域社會經(jīng)濟發(fā)展對需水的要求，屬于水資源承載能力較低的狀況。

3 結論

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

(2)建議大力推進清潔生產(chǎn)，加快技術改造工業(yè)節(jié)水技術和工業(yè)的推廣力度，通過高新技術提升用水循環(huán)的水平，同時通過節(jié)水管理力度，提高工業(yè)用水重復使用的效率， 2025年達到82%以上，2030年達到88%以上，2035年達到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對水環(huán)境承載能力進行重點分析。