水利工程論文-區(qū)域水資源承載力研究摘要：從水資源、環(huán)境、人口、發(fā)展之間的關(guān)系入手，分析探討了水資源承載力的內(nèi)涵及研究思路。在此基礎(chǔ)上，建立了區(qū)域水資源承載力研究的模型體系，提出了提高區(qū)域水資源承載力的主要方針策略。關(guān)鍵詞：水資源承載力內(nèi)涵模型體系策略隨著當(dāng)今世界出現(xiàn)的人口壓力、資源短缺和環(huán)境惡化，資源、環(huán)境、人口、發(fā)展之間的矛盾日益尖銳。如何在有限的空間內(nèi)承受越來(lái)越大的壓力，如何協(xié)調(diào)資源、環(huán)境、人口、發(fā)展之間的關(guān)系，如何處理好開(kāi)發(fā)與保護(hù)、人口與資源以及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，已成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一1。水資源承載力研究正是從資源、環(huán)境、人口、發(fā)展之間的關(guān)系入手，研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)、水資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)以及開(kāi)發(fā)的速度、規(guī)模、容量等的關(guān)系，研究不同時(shí)期水資源開(kāi)發(fā)利用、經(jīng)濟(jì)適度發(fā)展與人口合理承載的動(dòng)態(tài)關(guān)系，為國(guó)家決策、規(guī)劃、計(jì)劃和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1水資源承載力的內(nèi)涵與研究思路1.1水資源承載力定義聯(lián)合國(guó)教科文組織給資源承載力的定義2是：“一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的資源承載力是指在可以預(yù)見(jiàn)到的期間內(nèi)，利用本地能源及其自然資源和智力、技術(shù)等條件，在保證符合其社會(huì)文化準(zhǔn)則的物質(zhì)生活水平條件下，該國(guó)家或地區(qū)能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量?！彼鳛橐环N資源，其承載力研究符合上述定義內(nèi)容，同時(shí)，它也具有本身的一些特點(diǎn)，在本研究中，水資源承載力定義如下：“水資源承載力是指在一個(gè)地區(qū)或流域的范圍內(nèi)，在具體的發(fā)展階段和發(fā)展模式條件下，當(dāng)?shù)厮Y源對(duì)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境的最大支撐能力?！?.2水資源承載力的特點(diǎn)水資源承載力具有動(dòng)態(tài)性、多目標(biāo)性和極限性三個(gè)特點(diǎn)。動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，人類開(kāi)發(fā)利用水資源的能力越來(lái)越強(qiáng)；另一方面由于節(jié)水和技術(shù)進(jìn)步，單方水的利用效率越來(lái)越高，可生產(chǎn)出更多的糧食及工業(yè)品。承載力的動(dòng)態(tài)性也使承載力數(shù)值具有階段性的特點(diǎn)。承載力的多目標(biāo)性體現(xiàn)在區(qū)域發(fā)展模式和水資源開(kāi)發(fā)利用方式的多樣性上，這些多樣性使得某一區(qū)域的需水量和供水量均不相同，且相關(guān)的發(fā)展指標(biāo)差異也很大，從而導(dǎo)致承載力數(shù)值不僅與區(qū)域發(fā)展模式有關(guān)，也與水資源配置模式有關(guān)，承載力計(jì)算應(yīng)在區(qū)域水資源合理配置的基礎(chǔ)上進(jìn)行。承載力的極限性主要體現(xiàn)在某一可預(yù)見(jiàn)的發(fā)展階段中，在水資源合理配置的條件下對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的最大支撐能力。1.3水資源承載力研究的基本原則動(dòng)態(tài)性原則。在分析時(shí)，必須考慮系統(tǒng)內(nèi)各有關(guān)部門之間在不同時(shí)期相互關(guān)系的變化趨勢(shì)、各部門經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、各部門需水變化趨勢(shì)。一致性原則。必須使部門經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度與水資源可支持的速度相一致。戰(zhàn)略性原則。一個(gè)地區(qū)的水資源承載能力研究只有把近期和遠(yuǎn)期結(jié)合起來(lái)，對(duì)遠(yuǎn)期水資源承載力作出較為客觀的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，使水資源支持區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展近期與遠(yuǎn)期相協(xié)調(diào)，水資源的永續(xù)利用才得以實(shí)現(xiàn)。生態(tài)性原則。生態(tài)環(huán)境因素是承載力研究的重要因素之一。良好的生態(tài)環(huán)境必將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。反之，惡劣的生態(tài)環(huán)境必然對(duì)承載力產(chǎn)生負(fù)作用，如水源的污染降低水資源的承載力。整體性原則。在水資源承載力研究時(shí)，必須把區(qū)域內(nèi)水資源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、人口系統(tǒng)做為一個(gè)大系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，研究各子系統(tǒng)間的內(nèi)在聯(lián)系及其內(nèi)部各要素之間相互影響、相互制約的關(guān)系。1.4水資源承載力研究的思路步驟水資源承載力研究是屬于評(píng)價(jià)、規(guī)劃與預(yù)測(cè)一體化性質(zhì)的綜合研究,它以水資源評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，以水資源合理配置為前提，以水資源潛力和開(kāi)發(fā)前景為核心，以系統(tǒng)分析和動(dòng)態(tài)分析為手段，以人口、資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)。由于受水資源總量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)條件以及水環(huán)境質(zhì)量的影響，在研究過(guò)程中，必須充分考慮水資源系統(tǒng)、宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)以及水環(huán)境系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)與制約的關(guān)系。在水資源系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)區(qū)域水資源的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、水資源的潛力和水資源的優(yōu)化配置的研究，確定在不同水平年、不同配置方案下的可供水量大小。在宏觀經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會(huì)的發(fā)展規(guī)模水平的研究，確定在不同水平年、不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生活標(biāo)準(zhǔn)及節(jié)水水平下的各部門用水定額和用水效率的大小。在水環(huán)境系統(tǒng)，根據(jù)不同的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平，預(yù)測(cè)BOD排放率及排放總量大小。在以上研究的基礎(chǔ)上，建立水資源、經(jīng)濟(jì)、人口、環(huán)境、社會(huì)相聯(lián)系的水資源承載力多目標(biāo)核心模型，以可供水量、用水水平和BOD排放總量為模型入口，研究不同水平年、不同策略方案下的水資源所能承載的經(jīng)濟(jì)、人口規(guī)模。將模型計(jì)算得出的水資源承載力與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)相比較，若發(fā)展目標(biāo)高于水資源的承載能力，則需調(diào)整戰(zhàn)略，提高水資源承載力，承載力提高到本年度的最大時(shí)，若發(fā)展目標(biāo)還高于水資源的承載能力，則說(shuō)明制定的發(fā)展目標(biāo)已超過(guò)水資源的承載能力，需適當(dāng)調(diào)低；若水資源承載力與發(fā)展目標(biāo)相協(xié)調(diào)，可得到與水資源承載力相協(xié)調(diào)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模、發(fā)展速度以及保證水資源可持續(xù)利用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的各種戰(zhàn)略和方案。2水資源承載力多目標(biāo)分析評(píng)價(jià)核心模型水資源承載力研究涉及水資源、宏觀經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、水環(huán)境等眾多因素，各因素之間相互促進(jìn)、相互制約，由此構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于這樣一個(gè)大系統(tǒng)，試圖用一個(gè)數(shù)學(xué)模型或用一個(gè)目標(biāo)來(lái)描述，并用某一個(gè)最優(yōu)化技術(shù)求解，都是相當(dāng)困難的。為此將整個(gè)系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)模型既可單獨(dú)運(yùn)行，又可配合運(yùn)行，子系統(tǒng)模型之間通過(guò)多目標(biāo)核心模型的協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)變量相連接。在這些模型之中，多目標(biāo)核心模型為總控模型，它是將各子系統(tǒng)模型中的主要關(guān)系提煉出來(lái)，根據(jù)變量之間的相互關(guān)系，對(duì)整個(gè)大系統(tǒng)內(nèi)的各種關(guān)系進(jìn)行分析和協(xié)調(diào)。而子系統(tǒng)模型對(duì)系統(tǒng)局部狀態(tài)進(jìn)行較詳細(xì)的分析。圖1水資源承載力模型體系如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)模型包括宏觀經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模型、需水預(yù)測(cè)模型、水工程規(guī)劃模型、水環(huán)境分析、水資源供需分析等子模型。宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展模型在擴(kuò)大再生產(chǎn)、投入產(chǎn)出、調(diào)入調(diào)出、積累消費(fèi)等關(guān)系的約束下，對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值及各部門結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的優(yōu)化。需水預(yù)測(cè)模型可預(yù)測(cè)不同水平年各部門各行業(yè)的用水定額，并根據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展模型優(yōu)化的各部門產(chǎn)值和社會(huì)發(fā)展水平，預(yù)測(cè)各部門需水量。水工程規(guī)劃模型根據(jù)工程的可行性研究報(bào)告和規(guī)劃資料，確定其工程投資、運(yùn)行費(fèi)、可供水量以及最優(yōu)開(kāi)工次序等。水環(huán)境分析子模型根據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展模型優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，預(yù)測(cè)不同地區(qū)的污染程度以及治理水平。水資源供需協(xié)調(diào)分析模型進(jìn)行供用水的分析模擬，即根據(jù)某水平年需水條件，對(duì)各分區(qū)進(jìn)行供水模擬，計(jì)算供水保證程度，并提出符合實(shí)際的分水、調(diào)水方案與合理的工程規(guī)模。以上各子模型負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)局部進(jìn)行較為詳細(xì)的模擬和優(yōu)化，多目標(biāo)核心模型則從整體角度協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、水資源開(kāi)發(fā)利用之間的關(guān)系，并進(jìn)行區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，從而選擇合適的發(fā)展策略，使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、水資源和環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。圖2水資源承載力多目標(biāo)分析決策核心模型框圖水資源承載力多目標(biāo)分析評(píng)價(jià)核心模型如圖2所示。在選取目標(biāo)時(shí)，既要反映各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和依賴關(guān)系，數(shù)量又要適宜，為此，模型選取國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）最大、承載人口（POP）最多、糧食產(chǎn)量（FOOD）最大、污染負(fù)荷量（BOD）最小等目標(biāo)來(lái)反映水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等的承載能力。由于影響各目標(biāo)的主要因素是相通的，且這些目標(biāo)之間又存在相互依存、相互制約的關(guān)系，因此不可能追求單個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化，只能追求整體的最優(yōu)。3陜西關(guān)中水資源承載力分析3.1關(guān)中地區(qū)基本情況關(guān)中地區(qū)人口、面積、經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及水資源開(kāi)發(fā)利用等情況如表1所示。3.2主要規(guī)劃工程3關(guān)中地區(qū)主要有六大規(guī)劃工程：九大灌區(qū)改造；城市供水工程；黃河、渭河、徑河、洛河水利工程；跨流域調(diào)水工程；污水回用工程；節(jié)水工程。九大灌區(qū)改造。改造工程的目的是改變工程老化失修面貌、增加供水能力及挖掘水資源潛力。主要工程規(guī)劃有渠首加閘、水庫(kù)加高、渠道襯砌及烴惠渠西郊水庫(kù)等。表1關(guān)中地區(qū)概況(選擇1995年為現(xiàn)狀水平年)人口與面積分區(qū)面積55384km2人口2047.92萬(wàn)人農(nóng)業(yè)人口1525.41萬(wàn)人非農(nóng)業(yè)人口522.51萬(wàn)人耕地面積17584萬(wàn)m2平原面積23182km2山區(qū)面積32202km2經(jīng)濟(jì)與社會(huì)GDP740.04億元第一產(chǎn)業(yè)142.71億元第二產(chǎn)業(yè)317.93億元第三產(chǎn)業(yè)279.40億元糧食產(chǎn)量605.86萬(wàn)t人均糧食占有量295.842kg人均GDP3613.580元水資源多年平均降水量648.6mm多年平均自產(chǎn)地表水資源量73.30億m3地下水資源量50.0億m3多年平均水資源總量89.7億m3水利工程總供水量520616萬(wàn)m3地表水供水206875萬(wàn)m3地下水供水313404萬(wàn)m3蓄水工程供水58310萬(wàn)m3引水工程供水94846萬(wàn)m3提水工程供水52213萬(wàn)m3污水回用337萬(wàn)m3城市供水工程。關(guān)中城市供水近期主要由地下水和現(xiàn)有供水工程挖潛解決，中遠(yuǎn)期要通過(guò)大中型水利工程供水。黑河引水工程主要給西安市供水，涇河?xùn)|莊水庫(kù)將給西安、咸陽(yáng)、銅川供水，寶雞將有片山頭水庫(kù)、鳳閣嶺水庫(kù)，渭南有秦嶺山前水庫(kù)供水，銅川由桃曲坡水庫(kù)及馬欄河引水供水。黃河、渭河、徑河、洛河水利工程。主要有黃河甘澤坡抽水，徑河?xùn)|莊水庫(kù)、洛河南溝門水庫(kù)以及支流黑河水庫(kù)、亨口水庫(kù)等水利工程?？缌饔蛘{(diào)水工程。主要有省內(nèi)南水北調(diào)及運(yùn)期西線南水北調(diào)關(guān)中引水。污水回用工程。主要有西安北石橋、辛家廟、三橋、大白楊；銅川、寶雞各一處。預(yù)計(jì)新增污水處理120萬(wàn)m3。節(jié)水工程?！熬盼濉逼陂g關(guān)中計(jì)劃發(fā)展205萬(wàn)畝節(jié)水灌溉面積，主要推廣地埋管及噴、滴灌，完善渠系襯砌。關(guān)中近期2000年到中期2010年主要工程有：九大灌區(qū)改造、西安黑河工程、亨口水庫(kù)、東雷抽黃二期工程、南溝門水庫(kù)、節(jié)水灌溉等；遠(yuǎn)期：以黃河及省內(nèi)南水北調(diào)為主。3.3不同備選方案下的關(guān)中水資源承載力提高關(guān)中地區(qū)水資源承載力可采取提高節(jié)水水平、提高污水回用程度、充分開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)厮约翱缌饔蛘{(diào)水等工程性措施。其中提高節(jié)水水平應(yīng)作為第一優(yōu)先措施，其次是污水回用和開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)厮Y源，最后是跨流域調(diào)水。以下從四種不同的備選方案來(lái)分析水資源的承載力。零方案。以現(xiàn)狀供水為基礎(chǔ)，不考慮開(kāi)源，同時(shí)保持現(xiàn)有用水水平及污水回用水平，以此來(lái)考察現(xiàn)有水資源的承載力能力。該方案可作為水資源承載力的基礎(chǔ)參考方案。低方案。本方案只考慮在現(xiàn)狀條件下提高節(jié)水水平和污水處理回用率，不考慮當(dāng)?shù)亻_(kāi)源及區(qū)外調(diào)水。中方案。考慮節(jié)水、污水回用及當(dāng)?shù)亻_(kāi)源。高方案。此方案在中方案的基礎(chǔ)上加強(qiáng)黃河過(guò)境水的開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)增加區(qū)外調(diào)水。黃河過(guò)境水的開(kāi)發(fā)利用工程主要有東雷二期抽黃工程、禹門口抽黃工程、甘澤坡抽黃工程及大柳樹(shù)抽黃工程等，預(yù)計(jì)總可增水量1520億m3。區(qū)外調(diào)水主要從兩江（嘉陵江、漢江）調(diào)水，預(yù)計(jì)總共可增水量69億m3。根據(jù)水資源承載力模型，上述四種方案下的關(guān)中水資源承載力計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2關(guān)中水資源承載能力方案時(shí)段/年承載人口/萬(wàn)人GDP/億元GDP增速/%糧食產(chǎn)量/萬(wàn)tBOD排放量/萬(wàn)t可供水量/億m3零方案2000201020202071.781050.67565.601080.521508.011940.627.803.382.55655.900396.010228.05010.449628.870067.097054.546954.546954.5469低方案2000201020202119.101404.751073.151105.202016.902715.808.306.203.02667.410552.820425.76015.040020.080061.790057.133058.635359.8073中方案2000201020202194.582325.201754.881148.503377.206015.809.1711.385.90691.180865.390696.22815.104020.106062.017064.049690.7800106.600高方案2000201020202207.702366.002459.801150.753397.528459.049.2311.439.55690.220873.090958.94016.629030.390052.510076.8400103.600131.000期望值2000201020202208.422387.682477.531151.783428.178497.459.2511.679.55695.540888.650982.93015.10402