摘要: 水資源承載能力是指某一區域某一時期內水資源系統能夠支撐社會經濟系統的最大規模。建立水資源支撐人口最大化目標函數、以可供水量和社會經濟系統最大用水量為約束條件的水資源承載能力模型, 對北部灣經濟區水資源承載能力進行了研究。結果表明: 在75%的來水頻率下, 北部灣經濟區水資源可以承載規劃水平年2015年和2020年的社會經濟發展, 2020年水資源承載能力比2015年的大, 海南片水資源承載能力比廣東、廣西片的大。

關鍵詞: 水資源承載能力; 模型; 指標體系; 北部灣經濟區

國內關于水資源承載能力的研究始于20世紀80 年代中后期[1]。目前, 建立水資源承載能力模型的方法有系統動力學方法[2]、目標綜合分析與多級灰關聯評價相結合的方法[3]、基于歐氏貼近度的模糊物元模型方法[4]、基于模擬和優化的控制目標反推模型(COIM 模型) 方法[5-6] 等。水資源承載能力可以采用數值計算方法或計算機模擬技術進行求解[7]。筆者在總結前人研究成果的基礎上, 采用計算機模擬技術方法對北部灣經濟區水資源承載能力進行了研究。

1 水資源承載能力基本理論

1. 1 水資源承載能力的概念

不同的學者對水資源承載能力概念的表述有所不同[6, 8-11], 但都強調時空限制和最大社會經濟規模這兩方面。因此, 筆者認為, 水資源承載能力是指某一區域、某一時期內水資源系統能夠支撐社會經濟系統的最大規模。

1. 2 評價模型

(1)目標函數。以社會經濟規模最大化為目標、以可供水量為約束條件, 構建水資源承載能力模型。社會經濟包括人口、工業產值、農業產值、國內生產總值(GDP)、耕地面積等指標, 所以是一個多目標問題, 即

F = {f1, f2,…, fn} (1)

式中: F 為水資源承載能力; f1 ~ fn 為社會經濟規模的表征指標。

在實際求解的過程中, 通常以人口的最大化為目標, 以社會經濟系統內部相互約束關系和可供水量為約束條件, 構成單目標求解問題, 即

Max(P) (2)

式中: P 為總人口。

(2)約束條件。約束條件如下:

式中: W用、W供分別為水資源利用量和可供水量; W生活、W工業、W農業、W其他分別為生活、工業、農業用水量和其他用水量; Y工業、Y農業、P 分別為工業產值、農業產值、人口數; a工業、a農業、a生活分別為工業、農業、人均用水定額。

由于在模型約束方程中加入了社會經濟系統內部相互制約方程, 因此能夠制約人口、工業、農業主要指標之間的關系,在確定最大人口數的同時也就確定了相應的其他指標, 如工業產值、農業產值等。

從式(3)可以看出, 方程組中既包含了水資源的約束條件,又包含了社會經濟系統內部之間的相互約束關系, 在可供水量一定的情況下, 工業、農業、生活總用水量的最大量是一定的,當工業規模增大時, 工業用水量必然增大, 勢必會減少農業和生活用水量, 因此必將減小農業規模和人口規模。

1. 3 評價方法

評價一個區域水資源是否“超載”或“可承載”, 可以用水資源承載能力指數I[12] 來表示:

I = Ps/Pc (4)

式中: P s為預測的社會經濟規模; Pc為滿足水資源承載能力的社會經濟規模。

本文用人口數量來表示社會經濟規模。當I> 1 時, 說明已經超出水資源承載能力, 且I越大超載越嚴重; 當I = 1時, 說明處于水資源承載能力臨界狀態; 當I < 1時, 說明在水資源承載能力范圍之內, 且I值越小可承載的空間越大。根據水資源承載能力指數I 值的分布區間, 進行承載程度分級, 見表1。

表1 承載程度分級[12]

1. 4 評價指標

水資源承載能力評價涉及水資源和社會經濟兩個方面, 所以水資源承載能力評價指標也分為水資源和社會經濟兩類。

指標體系分為三個層次, 見表2。

表2 水資源承載能力評價指標體系

表3 來水頻率為75%條件下水資源承載能力計算結果

2 北部灣經濟區水資源承載能力計算

北部灣經濟區位于中國南部, 包括廣西壯族自治區的南寧市、北海市、欽州市、防城港市, 廣東省的湛江市、茂名市, 海南省的?？谑小⒊芜~縣、臨高縣、儋州市、東方市、昌江縣和樂東縣。根據上述水資源承載能力計算模型, 選取總人口、城鎮人口、工業增加值和國內生產總值(GDP) 4個社會經濟指標, 計算北部灣經濟區水資源承載能力。

計算過程中所用到的計算條件說明如下:①采用來水頻率為75% (偏枯水年) 的水文條件; ②經濟社會條件采用規劃水平年2015年、2020年預測結果; ③各規劃水平年用水、耗水條件采用節水指標進行預測。

北部灣經濟區水資源承載能力計算結果見表3。來水頻率為75%情況下, 規劃水平年2015年和2020年北部灣經濟區水資源承載能力指數分別為0. 841 2和0. 799 6, 屬于“可承載”范圍。2015年可承載人口為4 030萬人, 其中城鎮人口1 897萬人, 可承載工業增加值5 099億元, 可承載國內生產總值11 166億元, 比預測的2015年的社會經濟規模要大; 2020年可承載人口為4 406萬人, 其中城鎮人口2 251萬人, 可承載工業增加值8 979億元, 可承載國內生產總值18 453億元, 比預測的2020年的社會經濟規模要大。

從表3可以看出: 在75%的來水頻率下, 北部灣經濟區水資源可以承載規劃水平年2015年和2020 年的社會經濟發展,2020年比2015年的水資源承載能力大, 海南片比廣東、廣西片的水資源承載能力大。

參考文獻:

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作者簡介: 馬興華(1983-) , 男, 廣西南寧人, 助理工程師, 碩士研究生, 研究方向為水文水資源。