北方八省市水资源承载力研究

2013-08-17温利华刘红耀姚海娇张广录

水土保持研究 2013年6期

温利华，刘红耀，姚海娇，张广录

（1．邯郸学院地理与旅游系，河北邯郸056005；2．邢台市农业科学研究院，河北邯郸054005；3．中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，石家庄050021）

中国是水资源短缺的国家，加之旱涝灾害频繁、水资源地区分布不均、水土资源布局不匹配，水的供需矛盾已日趋尖锐，水资源短缺和水环境恶化已成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素［1－2］。伴随可持续发展理论的提出，人们在对社会可持续发展与水环境相互关系有了深刻认识的基础上提出了水资源承载力的概念，它是水资源支撑的社会、经济、生态环境可持续发展的阈值［3－4］。施雅风等对水资源承载力做了科学定义，认为水资源承载力是某一地区的水资源，在一定社会和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态系统时，最大可承载的农业、工业、城市规模和人口水平，是一个随社会经济和科学技术水平发展变化的综合目标，它往往是水资源紧缺和贫水地区制约社会发展的瓶颈因素，对一个国家或地区的综合发展有至关重要的影响［5－7］。国外研究通常将水资源承载力纳入可持续发展理论；国内相关研究起步较晚，研究领域主要集中在城市水资源承载力和流域水资源承载力两个方面，多侧重个案研究，而对北方资源性缺水地区缺乏整体、系统的研究，省域间的比较研究相对薄弱甚至尚未开展［8－10］。目前常用的水资源承载力评价方法往往借助数学统计模型，主要有趋势法、系统动力学方法、主成分分析法、熵权法、神经网络法等［11－12］。

我国北方省份多为资源性缺水地区，水资源总量少，经常出现连续枯水年导致水资源匮乏和水资源量衰减，不能适应经济发展的需要，如京津华北地区、西北地区、辽河流域、辽东半岛、胶东半岛地区。自上世纪70年代末的农村经济体制改革以来，京津冀及周边地区逐渐发展成为我国经济较发达地区和重要的工业基地和高新技术产业基地，在国家经济发展中占据重要战略地位，但水资源强度开发与水资源短缺制约了北方诸多城市的可持续发展，水资源、水环境和生态问题尤其突出，主要表现为河道断流干涸、湿地萎缩、河口生态恶化、地下水严重超采、水土流失加剧、水污染加剧、生物多样性减少等，如何解决经济社会发展与水资源供需的矛盾，加强我国北方省域内可利用水资源的管理，实现水资源与社会、经济和生态环境的协调发展，是当前迫切需要解决的重要课题之一［13－15］。模糊综合评判方法可以在对影响水资源承载能力的各个因素进行单因素评价基础上，通过综合评判矩阵对其承载能力作出多因素综合评价，从而可以较全面地分析研究区水资源承载能力的状况。鉴于此，本文应用模糊评判模型，以京、津、冀、晋、豫、鲁、蒙、辽8省（自治区、直辖市）为研究对象，综合评价北方诸省市水资源的承载力和开发利用状况，为水资源的优化利用和社会、经济、生态可持续发展提供依据。

1 数据来源和研究方法

1．1 数据来源

本文所使用的统计数据包括水资源数据、人口数据和社会经济数据。其中水资源数据包括水资源利用率、缺水率、灌溉率、降水量、人均占有水资源量、生态用水率6个指标，根据数据的可获取性，采用2009年为水平年进行研究，数据均来源于2009年各省市区水资源公报。人口和社会经济数据均来源于《中国统计年鉴》。

1．2 研究方法

1．2．1 模糊综合评判模型给定评判因素集合U＝｛u1，u2，…，um｝和评语集合Z＝｛z1，z2，…，zn｝。然后进行单因素评判，确定各评判因素ui（i＝1，2，…，m）对评价等级zj（j＝1，2，…，n）的隶属度rij。则m个评判因素的评判决策矩阵为：

R为U到Z上的一个模糊关系。给各评判因素分配权数A＝｛a1，a2，…，am｝（0≤ai≤1，∑m ai＝1），则i＝1应用模糊变换可得到综合评判结果：

1．2．2 评判因素的选取、分级和评分根据我国北方水资源现状及利用特点，全面分析其影响因素，并参考全国水资源供需分析中的指标体系［15］，选取评价指标。各指标含义如下：

（1）水资源利用率（u1）：现状75%频率的供水量／水资源总量（%）；

（2）缺水率（u2）：现状75%频率的缺水量／供水量（%）；

（3）耕地灌溉率（u3）：灌溉面积／耕地面积（%）；

（4）降水量（u4）：研究水平年内平均降水量（mm）；

（5）人均占有水资源量（u5）：区域水资源总量／总人口（m3／人）；

（6）生态用水率（u6）：生态用水量／总水量（%）。

按照这6个评价因素对水资源承载力的影响程度，并借鉴其他水资源评价标准［16］，将其划分为3个等级，每个因素各等级数量指标见表1。其中z1级表示水资源承载能力较差；z3级表示水资源承载能力较强；z2级情况介于以上两级之间。为了更好地反映各级水资源承载能力情况，对评判等级进行0～1区间的评分α1＝0．05，α2＝0．5，α3＝0．95，以便反映各等级因素对承载能力的影响程度，其值越高，水资源开发容量的潜力就越大。

表1 综合评价指标的分级值

1．2．3 评价因素隶属度计算公式参照相关文献［16－17］，根据各评价因素的实际数值，按照各因素的分级指标分析推求评判矩阵R隶属函数rij的值。采用模糊处理消除不同等级之间数值相差不大而等级相差一级的跳跃现象，使其各级间平滑过渡。对评价因素u1，u2，u3各评价级隶属函数计算公式为：

对于评价因素u4，u5，u6各评作级隶属函数计算公式为：

表2 各评价指标对应的评价等级临界值

2 水资源承载能力综合评价

2．1 评价过程

将北方各省市2009年各评判因素的指标值（表3）和ki的值（表2）代入隶属度函数，计算出各分区及整个研究区每个评判因素对各个等级的隶属度rij，从而求出综合评价矩阵R的值（表4）。

表3 水资源承载力评价因素指标统计

表4 水资源承载力综合评价矩阵R

2．2 评价结果及分析

由表5可以看出，2009年该研究区对z1，z2，z3和的隶属度分别为0．225，0．383，0．392，z2，z3隶属度高于z1，综合评分值为0．575，表明我国北方水资源开发已有一定规模，水资源承载力开发仍有一定潜力。8个评价子区中，北京、天津、河北三省市水资源承载较为脆弱，综合评分值分别为0．250，0．255，0．221，对z1的隶属度在0．7以上，对z3的隶属度在0．2以下，这说明三省市水资源开发利用已有相当的规模，进一步开发利用的潜力已相当小，特别是河北对z3的隶属度仅为0．088，说明河北水资源开发程度已接近饱和，承载力相当脆弱，京津冀模糊评价数据表明：北京、天津凭借政治地位和经济上的优势，工农业生产用水及人民生活用水需求逐年增加，南水北调中线工程向北京的供水主要来自河北，而同样缺水的河北只能通过引黄河水获得有限的水资源，剩下的办法只有大量开采地下水，地下水位持续下降，将使河北水资源面临严峻考验。

山西、内蒙古、辽宁、山东、河南五省区综合评分值在0．5～0．7之间，对z1的隶属度在0．1～0．3之间，对z2、z3的隶属度在0．3～0．5之间，明显高于对z1的隶属度，可见这五省市的水资源承载能力相对较强，水资源的开发利用尚有较大的空间。

探讨各评价指标对z1、z2和z3的隶属度之间的关系有助于根据水资源在利用和管理中存在的问题提出相应的对策，各评价指标中京津冀三省市中u1（水资源利用率）对z1的隶属度达0．895，u2（缺水率）对z1的隶属度高达0．953，u5（人均占有水资源量）对z1的隶属度高达0．850，可见城市扩展和人口的急剧增加，制约了京津冀都市圈水资源可持续利用和生态环境的可持续发展，三省市水资源供需平衡仍维持在较低水平。

另外考虑生态用水u6对z3的隶属度，北京、天津分别高达0．926和0．762，可见经济发达地区生态环境保护意识增强，通过行政手段实现生态用水补给的成效明显；灌溉率u3对z1的隶属度数据显示，除山西、内蒙古、辽宁滨海地区以外，其余省份均在0．6左右，可见北方农业灌溉用水量占有较大比重，应适度修正以追求粮食高产为目的的高耗水或低用水效率的农作模式，在保证灌溉面积不变的情况下，实行节水灌溉技术，逐步减少农业用水量。

表5 研究区水资源承载力综合评价结果

3 结论及建议

应用模糊评价模型对北方八省市水资源承载力进行了分析评价，结果表明：总体来看，八省市水资源开发利用已有一定规模，但仍有一定潜力，但8个评价分区水资源承载状况差异很大。京津冀水资源开发程度已接近于饱和，承载力相当脆弱，进一步开发利用的潜力已相当小，其它各省区水资源开发仍有一定潜力。通过对各评价指标与评价等级的关系矩阵分析，结合各省实际情况对北方水资源管理提出以下对策：

（1）北方水资源供需状况相对平衡，但随着经济和社会的发展，水资源短缺问题会日益凸显，京津冀都市圈水资源短缺形势已相当严峻，今后要在充分利用自产水资源的前提下，全面实行高科技、现代化的节水技术，加强社会大众的节水意识，将水资源保护和管理提升到战略高度；加大跨流域调水工程的实施力度，防治长时间持续超采地下水给北方生态农业造成的严重负面影响。

（2）对辽宁省、山东省、河南省而言，分析各指标对z1、z2和z3的隶属度，可以发现近年来影响这些省份水资源承载力变化的主要因素是人口压力和农业灌溉用水的增加，人口与环境的矛盾仍然突出，应继续坚持计划生育促进人口长期均衡发展；大力发展农业节水，加强灌区节水改造和田间高效节水灌溉，提高农业节水水平；合理调整经济布局和产业结构，大力发展低耗水产业，完善农业、工业、生活用水体系，从而提高水资源承载力。

（3）山西和内蒙古属于资源型极度缺水地区，改善气候条件及提高生态环境质量是该区域实现水资源可持续利用的根本，应进一步保持水土涵养水源，提高地区植被覆盖率，建立适应半干旱气候变化、应对农业资源性缺水的替代型农业生产新体系，加速发展以提高水资源利用效率、利用效益为中心和区域经济同步发展的节水高效型农业生产模式。

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