摘要: 水资源承载能力是指某一区域某一时期内水资源系统能够支撑社会经济系统的最大规模。建立水资源支撑人口最大化目标函数、以可供水量和社会经济系统最大用水量为约束条件的水资源承载能力模型, 对北部湾经济区水资源承载能力进行了研究。结果表明: 在75%的来水频率下, 北部湾经济区水资源可以承载规划水平年2015年和2020年的社会经济发展, 2020年水资源承载能力比2015年的大, 海南片水资源承载能力比广东、广西片的大。

关键词: 水资源承载能力; 模型; 指标体系; 北部湾经济区

国内关于水资源承载能力的研究始于20世纪80 年代中后期[1]。目前, 建立水资源承载能力模型的方法有系统动力学方法[2]、目标综合分析与多级灰关联评价相结合的方法[3]、基于欧氏贴近度的模糊物元模型方法[4]、基于模拟和优化的控制目标反推模型(COIM 模型) 方法[5-6] 等。水资源承载能力可以采用数值计算方法或计算机模拟技术进行求解[7]。笔者在总结前人研究成果的基础上, 采用计算机模拟技术方法对北部湾经济区水资源承载能力进行了研究。

1 水资源承载能力基本理论

1. 1 水资源承载能力的概念

不同的学者对水资源承载能力概念的表述有所不同[6, 8-11], 但都强调时空限制和最大社会经济规模这两方面。因此, 笔者认为, 水资源承载能力是指某一区域、某一时期内水资源系统能够支撑社会经济系统的最大规模。

1. 2 评价模型

(1)目标函数。以社会经济规模最大化为目标、以可供水量为约束条件, 构建水资源承载能力模型。社会经济包括人口、工业产值、农业产值、国内生产总值(GDP)、耕地面积等指标, 所以是一个多目标问题, 即

F = {f1, f2,…, fn} (1)

式中: F 为水资源承载能力; f1 ~ fn 为社会经济规模的表征指标。

在实际求解的过程中, 通常以人口的最大化为目标, 以社会经济系统内部相互约束关系和可供水量为约束条件, 构成单目标求解问题, 即

Max(P) (2)

式中: P 为总人口。

(2)约束条件。约束条件如下:

式中: W用、W供分别为水资源利用量和可供水量; W生活、W工业、W农业、W其他分别为生活、工业、农业用水量和其他用水量; Y工业、Y农业、P 分别为工业产值、农业产值、人口数; a工业、a农业、a生活分别为工业、农业、人均用水定额。

由于在模型约束方程中加入了社会经济系统内部相互制约方程, 因此能够制约人口、工业、农业主要指标之间的关系,在确定最大人口数的同时也就确定了相应的其他指标, 如工业产值、农业产值等。

从式(3)可以看出, 方程组中既包含了水资源的约束条件,又包含了社会经济系统内部之间的相互约束关系, 在可供水量一定的情况下, 工业、农业、生活总用水量的最大量是一定的,当工业规模增大时, 工业用水量必然增大, 势必会减少农业和生活用水量, 因此必将减小农业规模和人口规模。

1. 3 评价方法

评价一个区域水资源是否“超载”或“可承载”, 可以用水资源承载能力指数I[12] 来表示:

I = Ps/Pc (4)

式中: P s为预测的社会经济规模; Pc为满足水资源承载能力的社会经济规模。

本文用人口数量来表示社会经济规模。当I> 1 时, 说明已经超出水资源承载能力, 且I越大超载越严重; 当I = 1时, 说明处于水资源承载能力临界状态; 当I < 1时, 说明在水资源承载能力范围之内, 且I值越小可承载的空间越大。根据水资源承载能力指数I 值的分布区间, 进行承载程度分级, 见表1。

表1 承载程度分级[12]

1. 4 评价指标

水资源承载能力评价涉及水资源和社会经济两个方面, 所以水资源承载能力评价指标也分为水资源和社会经济两类。

指标体系分为三个层次, 见表2。

表2 水资源承载能力评价指标体系

表3 来水频率为75%条件下水资源承载能力计算结果

2 北部湾经济区水资源承载能力计算

北部湾经济区位于中国南部, 包括广西壮族自治区的南宁市、北海市、钦州市、防城港市, 广东省的湛江市、茂名市, 海南省的海口市、澄迈县、临高县、儋州市、东方市、昌江县和乐东县。根据上述水资源承载能力计算模型, 选取总人口、城镇人口、工业增加值和国内生产总值(GDP) 4个社会经济指标, 计算北部湾经济区水资源承载能力。

计算过程中所用到的计算条件说明如下:①采用来水频率为75% (偏枯水年) 的水文条件; ②经济社会条件采用规划水平年2015年、2020年预测结果; ③各规划水平年用水、耗水条件采用节水指标进行预测。

北部湾经济区水资源承载能力计算结果见表3。来水频率为75%情况下, 规划水平年2015年和2020年北部湾经济区水资源承载能力指数分别为0. 841 2和0. 799 6, 属于“可承载”范围。2015年可承载人口为4 030万人, 其中城镇人口1 897万人, 可承载工业增加值5 099亿元, 可承载国内生产总值11 166亿元, 比预测的2015年的社会经济规模要大; 2020年可承载人口为4 406万人, 其中城镇人口2 251万人, 可承载工业增加值8 979亿元, 可承载国内生产总值18 453亿元, 比预测的2020年的社会经济规模要大。

从表3可以看出: 在75%的来水频率下, 北部湾经济区水资源可以承载规划水平年2015年和2020 年的社会经济发展,2020年比2015年的水资源承载能力大, 海南片比广东、广西片的水资源承载能力大。

参考文献:

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[12] 胡瑞. 淮河流域水资源承载能力研究[D ]. 郑州: 郑州大学, 2009.

作者简介: 马兴华(1983-) , 男, 广西南宁人, 助理工程师, 硕士研究生, 研究方向为水文水资源。