郑州市水资源承载能力的定性与定量研究
研究与探讨
郑州市水资源承载能力的定性与定量研究
杨 峰1
,宋全香
2
(11河南省豫东水利工程管理局,河南开封 475002;21河南省水利勘测设计研究有限公司,河南郑州 450003)
=摘 要> 水资源作为社会经济系统存在和发展的基本因素,其承载能力状况对地区发展起着重要作用。研究水资源承载能力,是水资源安全度量和规划的基础,不仅能够给管理者提供决策依
据,而且在一定程度上能增强人们的节水意识,对促进水资源的持续利用和实现城市的可持续发展具有重要意义。本文对郑州市规划水平年的水资源承载能力进行了详细研究,不仅给出是否承载的定性判断,而且从定量方面明确地计算出了所能承载的规模,研究结果对郑州市的规划发展具有重要的参考价值。
=关键词> 水资源;承载能力;定性;定量;计算模型;河南省郑州市
中图分类号:TV213(261) 文献标识码:B 文章编号:167121408(2007)0320037203
收稿日期:2006212207
基金项目:国家社会科学基金(06CJ Y016)
河南省杰出青年科学基金(512002500)
作者简介:杨 峰(1975)),男,甘肃靖远人,工程师。
1 引 言
水资源是人类生存和发展的不可替代的自然资源,是生态环境的重要控制因素之一,是可持续发展的基础条件。伴随着城市化的进程,城市人口膨胀,产业集中,社会经济活动强度增大,出现了水资源短缺、水环境恶化等问题。研究水资源承载能力,是水资源安全度量和规划的基础,不仅能够给管理者提供决策依据,而且在一定程度上能增强人们的节水意识,对促进水资源的持续利用和实现城市的可持续发展具有重要意义。
2 郑州市概况
郑州市是河南省省会,全市总面积744612k m 2
,其中市区面积98719km 2
,辖金水、二七、中原、管城、邙山五个区。据5郑州市水资源公报6统计,1994~2001年郑州市区多年平均水资源总量为1178亿m 3
,其中地表水资源量为0154亿m 3
,地下水资源量为1166亿m 3
,重复水量为0143亿m 3
。按照2001年郑州市区人口计算,人均占有水资源量仅为6814m 3
,约占全省平均值的1/6,水资源量十分短缺,供需矛盾相当严重。2001年,郑州
市总用水量5112亿m 3
,远远超过了当地水资源总
量。在当地水资源总量不能满足需水要求的情况
下,从黄河引水2124亿m 3
,地下水超采1110亿m 3
。与此同时,水污染加剧,水环境日益恶化。2001年,郑州市污水排放总量为2115亿m 3
,污水处理量为0182亿m 3
,污水处理率仅为37198%。大量污水排入河道,引起水质恶化,经过郑州市的几条河流水质均超出其水质功能类别,不仅严重破坏了周边的生态环境,而且在一定程度上加速了水资源短缺。
3 对水资源承载能力的理解
目前,对水资源承载能力的概念虽然尚没有统一的定义,但都强调了/水资源最大支撑能力0的
含义
[1~5]
。由于对水资源承载能力定义的表述不
一、侧重点不一致,对/水资源最大支撑能力0的理解也就不同,主要有以下几种。
(1)水资源对社会经济和人口的最大支撑程度。表述为在某一发展时段,水资源合理配置下的37
水利发展研究2007#3
人口、水资源、社会经济和生态环境,与设定目标下的人口、水资源、社会经济和生态环境相比,在某种满意准则或价值准则条件下,现状对目标的满足程度[6]。一般采用模糊综合评价方法,水资源承载能力是介于0~1的一个数值,无量纲。该方法虽然直观地反映了水资源的承载状况,但对水资源承载对象表达不够明确,没有直接表达承载目的。
(2)水资源对社会经济和人口的最大承载数量。水资源承载能力不是一个数值,而是由表征社会经济发展规模的一组数值组成的集合,一般根据水资源承载能力概念建立优化模型,通过优化模型求解得到。该方法虽然清楚地表达了水资源承载能力最直接的承载目的,但没有从定性方面概括地表达出水资源在特定时期对一定区域社会经济和人口规模的承载状况。
(3)水资源的最大开发规模。在社会经济和人口规模拟定的情况下,水资源最大可供给的能力,也即水资源最大开发容量。这种对水资源承载能力的理解类似于(2),只是承载能力结果采用水资源量来表述,不如(2)更能直接地反映出水资源的承载目的。
采用既能直接地反映水资源的承载目的,又能对承载状况进行评价的综合量化方法,即在(2)的理解基础上引入水资源的承载程度来同时表达水资源承载能力的方法,无非是研究水资源承载能力的一种较为全面的方法。该量化方法既能全面地表述水资源承载能力的内涵,又能反映水资源承载能力定性和定量的特点。
4计算模型
411定性计算模型
用/水资源承载程度0[7]指标来定性地表达水资源对社会经济发展的承载程度
R=W需水量/Q可利用(1)式中,R为水资源承载程度;W需水量为水资源需求量;Q可利用为水资源可利用量,包括地表水资源可利用量、地下水资源可利用量、外调水和污水处理回用、海水淡化、雨水收集等其他可利用水。
当R>1时,说明社会经济发展对水资源的需求量已经超出水资源承载能力;当R=1时,说明社会经济发展对水资源的需求量处于水资源承载能力临界状态;当0 选取人口、工业产值和有效灌溉面积来表示水资源对社会经济发展规模的承载能力,表达式为 F={f1,f2,f3}(2)式中,F为水资源承载能力;f1、f2、f3为水资源承载的人口、工业产值和有效灌溉面积。 (1)水资源转化关系方程 Q可利用=W供水量+$W W供水量=W Co n s+W Se w W Sew=W I n river+Q Ret (3) 式中,$W为剩余水量;W供水量为供给用水户的总水量;W Co n s为实际消耗水量;W Sew为污水排放量; W Inriver为排入河道内的污水量;Q R et为污水回用量。 (2)水资源与人口、工业、农业关系方程 W L ife=A Pop#X Pop W Indu=A I n d u#X Indu W Arg=A A r g#X Arg (4) 式中,W Lif e、W Indu、W Arg分别为生活、工业和农业 需水量;A Po p 、A I ndu 、A Arg 分别为生活、工业、农业用水定额;X Po p、X I n d u、X Arg分别为人口数、工业产值、有效灌溉面积。 (3)人口、工业、农业相互制约关系方程 Y I2[(X I ndu/X Pop)[Y I1 Y A2[(X A r g/X Pop)[Y A1 (5) 式中,Y I1、Y I2分别为人均工业产值的上、下限; Y A1、Y A2分别为人均有效灌溉面积的上、下限。 (4)社会经济发展预测模型方程 当讨论规划水平年时,需要建立社会经济发展预测模型,以预测未来社会经济各项指标。关于该预测模型的种类和方法比较多,为了方便说明,把社会经济发展预测模型统一记作 Sub Mod(SES D)(6) (5)水资源量约束方程 水资源量约束方程指的是规划水平年的总供水量(W供水量)应不大于总的可利用水资源量,用方程表示为 W供水量[Q可利用(7) (6)水环境约束方程 在水资源承载能力的概念中,特别强调/以维护生态系统良性循环为前提0。因此,水资源承载 38 研究与探讨 能力计算除了应首先保证满足良好的生态环境需水量外,还应满足下列约束条件 W[W0 C[C0 (8)式中,W为污染物排放总量;W0为污染物控制目标;C为地表水体污染物浓度;C0为浓度控制目标。 以式(2)为目标函数,式(3)~式(8)为约束条件,建立水资源承载能力的定量计算模型。对于该模型的求解,本文采用以经济发展指标预测值为初始值,利用计算机模拟技术,在约束条件控制的范围内按一定步长进行寻优,所得解即为水资源对社会经济发展的最大承受能力。 5计算结果 根据5郑州市水资源公报6及有关规划,预测郑州市规划水平年的可供水资源量(见表1)。城市需水量主要由生活、生产和生态三部分组成,需水量的大小取决于城市社会经济近期和远期的发展计划和发展目标。根据5郑州市统计年鉴6 (2002)的有关数据,以2001年为基准年,预测郑州市规划水平年社会经济指标(见表2)和需水量(见表1)。 根据需水量和供水量预测结果,对规划水平年的水资源承载能力做出定性分析,确定规划水平年内水资源对所规划的社会经济发展规模是否是可承载的,计算结果见表1。 表1郑州市规划水平年水资源承载程度年份200520102015202020252030需水量/亿m36155817610110111491216113142可利用水量/亿m34196912510159111881310614147承载程度113210194701954019680196501927由表1可知,2005年承载程度R>1,说明水资源对社会经济发展规模是不可承载的;对于其他规划水平年,虽然承载程度R<1,水资源对规划经济规模处于可承载的范围之内,但承载程度均大于019,社会经济发展潜力很小。 在对各规划水平年的水资源承载能力作出定性分析的基础上,采用定量计算模型,基于可承载能力范围之内,计算水资源可承载的最大社会经济规模,结果见表2。表2郑州市社会经济指标预测值及水资源承载能力计算结果年份200520102015202020252030 总人口 /万人 预测值310185373195432155486125521199554188 承载值68190209179284126418133453191508183城镇人口 /万人 预测值300149362105419128471192507130539194 承载值60110195150268134401113436128491135农村人口 /万人 预测值101351119113127141331416914194 承载值81801412915192171201716317148 工业产值 /万元 预测值450145691180100171135712917401552101140 承载值90109373157644154115317014961871912128有效灌溉 面积/万亩 预测值391673614831125291582810126159 承载值391673614831125291582810126159 6结语 本文从定性和定量两个方面对郑州市水资源承载能力作了较为全面的研究,所得结果不仅直观地反映了其水资源的承载状况,而且详细地反映出水资源所能承载的最大社会经济规模。通过对郑州市水资源承载能力的研究结果可看出,水资源承载能力远远小于社会经济规模的预测值。从水资源承载能力的概念、内涵以及定量化研究等方面分析,增强水资源承载能力可从下面两个途径考虑:一是开源节流,二是减少水环境污染。当水资源承载能力提高到规划水平年最大时,若承载能力仍小于社会经济发展规划的预测值,那么应考虑适当缩小社会经济发展规模。 参考文献: [1]施雅风,曲耀光1乌鲁木齐河流域水资源承载能力及其合理 利用[M]1北京:科学出版社,1992121022201 [2]许有鹏1干旱区水资源承载能力综合评价研究[J]1自然资源 学报,1993,8(3):22922371 [3]李令跃,甘泓1试论水资源合理配置和承载能力概念与可持续 发展之间的关系[J]1水科学进展,2000,11(3):30723131 [4]汪恕诚1水环境承载能力分析与调控[J]1水利发展研究, 2002,(1):2261 [5]朱一中,夏军,谈戈1关于水资源承载能力理论与方法 的研究[J]1地理科学进展,2002,21(2):18021881 [6]孙富行,郑垂勇,王志红1水资源承载力综合分析评价[J]1 人民黄河,2006,28(1):372381 [7]左其亭,陈曦1面向可持续发展的水资源规划和管理[M]1 北京:中国水利水电出版社,2003111121201 (责任编辑陈海燕) 39