水资源人口承载规模研究范文

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《水土保持研究杂志》2014年第三期

1区域特征与研究方法

榆林市位于陕西省最北部，东经107°28′—111°15′，北纬36°57′—39°35′，总面积4．4万km2，占全省总土地面积的21．2％。榆林地处中温带干旱、半干旱大陆性季风气候区，日照充足、四季分明。年均气温10℃，全市多年平均年降水量为397．7mm，是陕西省降水量最少的地区。地势从西向东、从西北向东南倾斜，境内平均海拔1000～1800m。全市地貌大体以古长城为界，北部为风沙草滩区，地势平缓，沙丘连绵，约占全市总面积的42％；南部为黄土丘陵沟壑区，地面支离破碎，易引发水土流失，约占总面积的58％。境内河流主要有黄河水系和陕西省唯一的内陆水系，黄河流经府谷、神木、佳县、吴堡、绥德、清涧6县，共270km，其支流无定河为全市最大河流，流域面积占全市总面积的79．8％；内陆水系较大的有八里河和红碱淖，北部风沙区还有大小不等的海子，分布在神木、定边县北部的沙漠闭流区，流域面积占全市总面积的10．8％。榆林地区土壤呈现较为典型的非地带性土壤分布，市域内植被主要有7种类型，分别是草场植被、落叶阔叶灌丛、落叶阔叶林、沙生植被、草甸、盐生植被、沼泽及水生植被。榆林市水资源总量少，时空分布不均，北丰南贫、季差剧烈。全市多年平均水资源总量为32．01亿m3，其中地表水资源量为22．90亿m3，地下水资源量为24．78亿m3，水资源可利用总量为12．75亿m3，人均地表水资源量550m3，仅为全国平均值的1／4，耕地亩均水资源仅为165m3，为全国平均值的1／9，属资源性缺水地区。根据1952—2010年的径流实测资料，全市平均降水量减小5．14％，地表水资源量减少了13．4％，主要河流近20a来的径流呈现出减小态势，径流量削减量最大的皇甫川为36．0％。在煤、气、油等北部能源富集的榆阳、神木、府谷、横山、靖边、定边六县区水资源总量为22．7亿m3，占全市总量的70．9％，水资源相对丰富，为北部县区能源开发建设创造了有利条件。相比之下，南部丘陵区地形破碎，且河流含沙量大，地下水埋藏深，可开采量小，开发利用难度较大，加之人口密度大，人均水资源量低，严重制约南部县区经济社会发展。

2水资源承载力的研究方法与模型

本文所要探讨的水资源人口承载力是指流域在不同阶段的社会经济和技术条件下，在考虑区域水资源禀赋、开发利用潜力以及当地经济发展水平和结构、资源开发和利用的前提下，流域水资源能够维系和支撑的人口总量，即一个区域在水资源的约束下能够达到的最大承载人口数量。

2．1关键指标的选取水资源承载力评价指标不仅是水资源承载力大小的评判依据，而且也是水资源承载力大小的决策工具，选取能反映社会经济系统发展规模的指标体系成为问题的核心。水资源承载力的大小受到诸多因素的影响，主要包括水资源禀赋、经济发展水平、人口与生态和环境状况等指标［11］。指标的选取既要反映“水资源系统—社会经济系统—生态系统”中的水资源数量与质量、开发利用状况及其动态变化对水资源承载力的影响，又要反映被承载的社会、经济系统发展规模、结构及发展水平变化对承载力的影响，以及水资源系统、社会系统、经济系统及生态环境系统之间的协调状况。在实际计算过程中，水资源承载力评价指标的选取有不同的做法。其一从定义出发，直接选取可支持人口数量、产业发展规模等人口和社会经济发展指标，作为衡量水资源承载力大小的依据；其二从水资源可供水量、需水量、可承载人口规模等方面综合考虑建立水资源承载力评价指标体系。指标的选取直接关系着水资源承载力计算的结果，不同的指标选取，计算结果也大相径庭。以北京市为例，根据现有的计算结果统计，水资源人口承载力最大值为2000万人，最小值仅为130万人，承载力值的巨大差异与水资源量指标的选取有密切关系，已有的研究中仅对水资源量这一指标就划分了天然水资源总量、供水总量、生活用水量三类，这三者之间的数量差异直接导致了水资源人口承载力的不同计算结果。

2．2建立评价模型国内外对资源承载力量化的计算方法大体分成两大类：一是评价方法，从分析水资源承载力系统中的现象入手构建指标体系，构建评价方法及模型，综合评判水资源对某种发展规模的支撑程度，主要方法如模糊评价法、灰关联评价法、主成分分析法等，这类方法局限于水资源承载力系统中各个因素的表象上，在指标体系、评价标准和评价方法的选择上主观性较大，因此最终结果只能用于定性判断；二是规划方法，通常从水资源承载力系统中各个因素的相互作用关系入手，构建数学方程模拟各个因素的发展，通过变量将数学方程耦合成水资源承载力量化模型，目的在于计算最大承载规模。主要有常规趋势法、系统动力学法、多目标综合分析法、人工神经网络（ANN）和遗传算法（GA）等，此类方法在探索各个因素的相互作用关系上有所突破，但这种方法过程复杂，涉及的参变量不好掌握，容易得出不合理的结论。本文基于可持续发展理论框架，在赵建世［12］、石培基［13］等学者提出的城市适度规模计算模型的基础上，运用模型（1），（2）对水资源约束下的城市人口适度发展规模进行计算与分析，该模型指标量较少，容易获取，且全面反映了城市发展中缺水、污水等水资源问题，能够很好地解决城市发展过程中人口规模与水资源之间需求与制约的关系。z值代表水资源的超载程度，当z＞1时，区域或流域处于超载状态，值越大，超载程度越严重；当z＜1时，说明区域或流域的承载潜力大，值越小，其水资源的承载潜力越大，可容纳的人口量越大。在应用上述方法模型时，需要考虑的关键因子是区域的水资源量、水资源可利用量、不同水平年人均生活需水量、耗水量。

3榆林重点开发区水资源的人口承载量分析

3．1水资源承载力的各项指标分析

3．1．1榆林市供水量与供水结构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，占总供水量的62％，其中引水工程供水量占38％；集雨工程和污水处理再利用供水量相对较少，仅占0．2％；微咸水在榆林市利用率已达到1．3％。在1980—2010年期间，研究区总供水量有较大增长，地表水源供水所占比例有所下降。2010年，全市各类水利工程年供水量6．92亿m3，占全市水资源总量的30．19％；其中地表水4．42亿m3，占总供水量的59．47％；地下水2．48亿m3，占总供水量的40．38％；其他供水量约占0．02亿m3（附图6）。由于受地理位置影响，水利工程分布不均，造成各分区供水能力有余有缺。从人均供水能力的空间分布情况来看，人均供水能力由北向南、由东向西呈现递减的趋势。各县（区）中人均供水能力最大的是榆阳区，为861．01m3／人；其次是横山县、神木县，人均供水能力均达到400m3／人以上；再次是米脂县和府谷县，人均供水能力均达到100m3／人以上，其余各县的人均供水能力都在100m3／人以下（图1）。本文根据区域水资源情况、供水工程设施、来水条件、产业需水情况，结合引黄取水、区域调水工程，提出不同水平年不同降水条件下的区域可供水量。详见表1。根据榆林市对国家级能源化工基地的建设要求，未来将新增大批煤炭开采、煤电转化、煤化工等产能，水资源需求将大幅增长；加之该地区属于半干旱地区，降雨量少，蒸发强烈，当地自产径流量少，水资源开发条件较差，将来水资源的缺乏势必难以支撑国家能源化工基地建设的需求。

3．1．2榆林市用水量与用水结构分析用水量分为社会经济用水和生态系统用水，社会经济用水按生活、工业、农业3部门划分。其中，榆林市用水大户为农田灌溉用水，占总用水量的64．71％，其次是工业用水，占总量的18．73％，林、牧、渔、畜业用水占6．37％，居民生活用水、城镇公共用水分别占8．51％，1．17％，生态环境用水仅占0．50％。在1980—2010年间，榆林市人均总用水量由213m3／a下降到176m3／a，单位GDP用水量、工业用水指标、农田灌溉用水指标下降趋势显著，而城镇生活、农村居民用水指标则逐年略有上升。（1）生活用水。生活用水包括城镇生活用水和农村生活用水。城镇生活用水包括城镇公共设施和流动人口用水，靠地表水供给；农村生活用水包括大小牲畜饮水，以取地下水为主。由于农村住宅一般没有给排水设施，用水定额低，耗水率较高，因此近似认为农村生活用水量基本是消耗水量。在1980—2010年，随着人民生活水平不断提高，生活配套设施日益完善，生活用水定额呈现逐年上升趋势。人均城镇生活用水指标增长到69L／d，农村生活用水指标增长到39L／d，分别增长了50％，48％。从图2中可以看出，2010年的城镇人均用水量表现出比往年减少的趋势。事实上，由于该年人口城镇化呈现爆发式增长，大量的农村人口转化为城镇人口，原本增加的城镇用水量在人均水平上呈现出降低的趋势。生活用水量占总用水量的比重较小，但对用水保证程度要求较高、对水质好坏也有较严格的标准。目前，榆林市的所有中小河流上改建的库坝已基本建成，解决水瓶颈制约的唯一出路，只能从黄河干流引水。（2）生产用水。农业用水包括灌溉用水和林牧渔用水两部分。1980—2010年，全市农业用水量呈缓慢上升趋势，年均增长率为0．3％；农田实灌面积增加了2．25万hm2，农田灌溉用水量增加了137万m3；林牧渔业面积呈增长趋势，由1980年的0．17万hm2发展到2010年的0．61万hm2，用水量增加了3160万m3。随着农业灌溉技术的改进和农业结构的调整，单位面积灌溉用水量下降了1551．58m3。历年农业用水情况见表2。工业用水包括火电和一般工业用水。1980—2010年，榆林市工业用水量总体呈增长趋势，年均增长率达9．78％，全市工业用水量在30a间增加了10．89倍。从行政分区来看，工业用水量增长最快的是神木县，年均增长达到13％；全市生产用水量占总用水量的91．44％。随着工艺的改进和产业结构的调整，万元产值用水量明显下降，30a来降低了401m3，单方水GDP产出增加了15倍。受到产业结构调整、企业经营状况、用水管理水平及节水水平等因素的影响，各年份及各地区的增长率并不均衡。历年主要工业部门用水情况见表3．（3）生态用水。1980—2010年间，随着城市化进程的不断推进，对城市的绿化及景观环境建设的力度也不断加强，生态环境用水量呈逐年上升趋势，从1980年的81万m3增至2010年的344万m3。年均增长最快的是神木县，其余各县在经济发展的同时，也相应地加大了对生态环境需水的重视。

3．1．3人均用水量法预测供、需水量根据榆林市统计年鉴数据分析，从1980年改革开放初期到现在，榆林市人口发生了很大的变化。1980—2010年榆林市人口净增量为131．41万人，常住人口年均自然增长率7．5‰，年平均增长率为1．53％，榆阳区人口增长率最高，为2．1％，最低为吴堡县0．9％。2000年以来城镇人口年均增长3．2％，农业人口从2003年开始逐年减少，市内出现了以榆林主城区为中心，以神木、靖边、绥德为副中心，以其他县城和中心城镇为重点，形成劳动力转移和人口集聚格局。由于能源化工基地的建设与高速发展，神木县、榆阳区等经济迅速膨胀，吸引大量外来人口流入，造成这些地区人口呈不稳定、急速增长的态势。按照用水类型进行预测，将水资源需求划分为生活需水、河道外生产需水、河道外生态环境需水以及河道内需水。以2010年为基准年，采取人均用水量法分别预测近远期水平年2015年和2020年的需水量。计算公式如下：根据社会经济、国民经济发展指标、水价水平，结合生活用水习惯和现状用水水平，参照建设部门已制定的城镇用水标准，同时借鉴国内外同类地区或城市生活用水定额，拟定城镇和农村居民生活用水定额，并以2010年的生活需水量为基准，采用人均综合用水量加趋势微调方法对2015年、2020年在不同保证率下的需水量进行预测，根据人均用水量的变动趋势对预测值加以修正，以保证预测成果更加接近实际。（1）生活需水量。以2010年为基准年，2015年和2020年各县区常住人口根据《榆林市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》确定的年均自然增长率7．5‰进行预测。榆林市各县区城镇常住人口数根据城镇化率预测，2015年、2020年城镇化率分别为52％，60％。按照《城市居民生活用水量标准》（GB／T50331—2002），根据经济社会发展水平、人均收入水平、水价水平、节水器具推广与普及情况，结合生活用水习惯和现状用水水平，参照建设部门已制定的城市（镇）用水标准，参考国内外同类地区或城市生活用水定额［14］，分别拟定各水平年城镇和农村居民生活用水定额，建议2015年城镇生活需水定额取119L／（人•d），农村生活需水定额取51L／（人•d）；2020年城镇生活需水定额为134L／（人•d），农村生活需水定额为56L／（人•d）。经测算，到2015年、2020年榆林市生活需水量分别为9914．7万m3和1259．1万m3（附图7）。（2）生产需水量。生产需水量包括农业需水、工业需水、建筑业需水和第三产业需水。考虑到榆林市灌溉面积比较分散，已经处于较高的灌溉水平，要进一步提高灌溉效率，降低亩均用水量的难度很大，因此建议农业用水维持现状不变，即农业的增长主要靠技术进步、制度创新、管理水平提高等因素完成。根据榆林市农业发展指标和拟定的定额，预测各规划水平年的需水量统计结果如表4所示。工业需水预测中，分别将采掘业、火力发电、煤化工、盐化工作为主要耗水户进行测算。榆林市用水量较大的采掘业主要包括煤炭、石油、天然气的开采，单位产品用水定额采用《陕西省行业用水定额》（2010年修订）的规定值；火力发电用水量按照装机容量、年利用小时数和装机取水定额确定，年利用小时数按照5500h计，装机取水定额按照《陕西省行业用水定额》确定；煤化工和盐化工由于产品众多，且缺乏部分产品的用水定额，通过借鉴并引用历年煤炭及转化、盐化工产业的发展趋势进行预测。建筑业需水量预测采取万元产值用水量指标计算。榆林市2009年建筑业用水指标为16m3／万元，随着施工技术进步，2015年和2020年可分别按照节水10％和20％计算。通过分析，采用2001—2009年建筑业总产值序列作为回归样本，通过线性回归进行趋势外推2015年和2020年的总产值，预测榆林市第二产业的需水量，2015年为88863．08万m3，2020年为138198．22万m3。第三产业需水采用万元产值用水量指标计算。结合用水现状分析，预测各规划水平年的需水定额，进行需水量的预测。以2005—2010年第三产业总产值序列为样本进行趋势外推，预计榆林市第三产业的需水量，2015年为4404．07万m3，2020年为10983．68万m3。（3）河道外生态环境需水。河道外生态环境需水主要包括城市生态环境需水和农村生态环境需水，农村生态环境需水已经在农村居民生活用水定额中考虑，在此不再重复计算。考虑到河道内需水量不参与河道外水资源供需平衡分析，因此在预测分析中不予计算。城镇生态环境美化依据城市人口多少及人均生态环境美化需水量确定。结合榆林市实际情况，根据经济和社会发展的规模及需要，城市生态环境需水主要考虑绿地需水，预计2015年和2020年榆林市城镇人均绿地面积分别为7．5m2和9m2，预计榆林市生态环境需水量，2015年为14840．09万m3，2020年为24438．90万m3。综合榆林市生活、生产和生态（环境）三大用水户需水量，在不同保证率下需水量统计结果见表5。50％代表年的需水量2010年为136708．3万m3，2015年为190014．2万m3，2020年为261015．8万m3；75％代表年的需水量2010年为145687．3万m3，2015年为199379．9万m3，2020年为271939．6万m3；95％代表年的需水量2010年为154467．8万m3，2015年为208614．8万m3，2020年为280643．9万m3。

3．1．4人均水资源量变化趋势分析根据1980—2010年的人均水资源量统计数据，榆林市水资源与人口的空间分布极不均衡，全市水资源总量较少，人均用水量在全国属于相对较低水平。榆林市人均占有水资源量由1998年的1180m3下降到2010年的892m3（图3），年均递减2．3％，仅为全省人均占有量1300m3的68．6％，为全国人均占有量2300m3的38．8％。全市有67％的县区人均水资源量低于1000m3，现已经达到国际公认的MalinFalkenmark缺水标准［15］，人均水资源量最低的子洲县，只有227m3。人口与水资源矛盾表现最为突出的为吴堡县，人均水资源量多年平均值仅为218．17m3／人，居民的日常生活用水得不到保障；神木县的水资源量相对较丰富，人均水资源量多年平均值为2484．5m3／人，其次是榆阳区，值为2407．67m3／人；定边县与靖边县处于周期性用水紧张状态。

3．2榆林市水资源承载人口规模计算本文以2010年的水资源数据、社会经济统计数据作为基础数据，从供用水量、人均水资源量两个角度分析水资源对人口发展的可持续条件，结合不同水平年的需水量预测结果，运用水资源承载力及城市人口适度规模模型，计算榆林市水量承载能力c1（人）、水质承载能力c2（人）、城市适度规模pr（人）以及超载度z。模型参数的确定，人均污水排放量sp（t）取2010年榆林市人均排放量，sp（t）为9．22t／人；一般来讲河流具有自净能力的径污比最低限为20，河流自净能力可按wc＝0．05ws计算。模型计算结果如表6所示。根据对榆林市水量、水质承载力的计算，榆林市未来将以水量超载型为主。通过对超载度的计算，z值为1．02～1．08，水资源的人口承载力均处于超载状态，超载程度随时间的增大呈现出加重的趋势。以2010年作为基础参照数据，根据对人口增长趋势的一元线性回归分析，计算出未来水资源的城镇、农村人口承载力，如表7所示。结果显示，在未来10a内，榆林市城镇人口处于超载状态，随着时间的增加，超载状态居高不下；而农村人口在未来10a内人口在水资源承载范围之内，且呈现出承载能力逐渐加强的趋势。到2015年，水资源能够承载的城镇人口的超载程度达到1．89；到2020年，超载程度降至1．73，超载形势严峻。由于城镇化是未来必然的发展趋势，因此未来区域经济的集聚势必会造成人口的增长，从而加重人与水资源之间的矛盾，城镇化与水资源相互制约的作用会更加明显。

4结论与讨论

水资源人口承载力作为衡量人与自然协调程度的重要指标之一，其水量和水质的承载力对人口、经济发展和生态环境保护同样具有深远影响。本文通过对水资源承载力的概念、内涵、指标体系、模型方法进行理论总结，结合榆林市实例，利用人口适度发展规模预测模型对区域水资源人口承载力进行分析计算。结果表明，在未来10a内，榆林市水资源处于水量型超载状态，在超载人群中，尤以城镇人口为重，且超载程度随时间呈现出加重的趋势，超载度高达1．89，农村人口尚有承载余地。可见，榆林市作为能源化工基地在一味强调城镇化和追求人口数量并不能保障区域可持续发展。相反，设定过高的城镇化率对城市良性发展造成障碍：未来生活、工业用水量的增长势必会挤占农业灌溉用水，部分原设计农业灌溉功能的水库改为以生活供水或工业供水为主，使得原本存在供水缺口的农业用水无法得以保证。再者，大规模的资源开发不仅给国民经济各用水部门之间造成很多矛盾，而且产生巨大的生态环境压力。在未来的研究中，为进一步缓解榆林市这个重度缺水、其产业布局又以煤化工、盐化工、煤电等高耗水行业为主的地区在未来水资源的人口超载情况下的恶性发展问题，应将水资源的产业承载力、生态承载力纳入研究中，会使得研究结果更加精确；此外，也可从产业经济和生态环境的角度，以人口中心迁移和空间布局为重点，侧面解决人水压力，从而提高水资源承载力的潜力，为打造能源化工基地水资源保障体系提供科学依据。

作者：党丽娟徐勇王志强单位：中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院大学