秦 萌,王潤峰

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127)

0 前言

新疆地處歐亞大陸中心,是我國西北的邊陲,屬干旱、半干旱地區(qū)。由于降水稀少,蒸發(fā)強烈,水資源成為是新疆可持續(xù)發(fā)展最關(guān)鍵的基礎(chǔ)性自然資源,水資源能否高效利用、有效保護和合理配置,關(guān)系到新疆經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境保護與恢復(fù)等事業(yè)的成敗。目前隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,新疆工農(nóng)業(yè)及生活用水快速增加,水資源短缺、供水壓力增大以及其它問題也日益嚴峻,合理利用和優(yōu)化配置有限水資源的要求也越來越多,對水資源開發(fā)利用的研究已經(jīng)是社會經(jīng)濟發(fā)展的迫切要求。本文通過對新疆水資源現(xiàn)狀及開發(fā)利用現(xiàn)狀進行分析和評價,可以為今后優(yōu)化配置水資源提供一定依據(jù),對政府進行宏觀調(diào)控具有參考意義。

1 新疆水資源概述

1.1 水資源現(xiàn)狀

新疆位于內(nèi)陸干旱區(qū),水資源主要由降水、高山冰雪融水補給,由河流經(jīng)山區(qū)排泄到平原,通過水循環(huán),蒸發(fā)消耗或消失于沙漠之中。而降水主要是來自大西洋的盛行西風(fēng)氣流,其次是來自北冰洋的冷濕氣流,全疆平均年降水量僅145mm,為中國平均值(630 mm)的 23%,在全球同緯度各地中,新疆幾乎是最少的,產(chǎn)水模數(shù)僅為 5.3億 m3每平方公里,只有全國平均值的 18.1%,從自然生態(tài)角度來看,新疆應(yīng)屬缺水地區(qū)。

但由于新疆地幅遼闊且人口稀少,水資源總量相對于全國其它省區(qū)來說尚算豐富。據(jù)新疆統(tǒng)計年鑒,2007年新疆地表水為 816.60億 m3,地下水為 514.10億 m3,重復(fù)水為466.90億 m3,總水資源量為 863.80億 m3。2007年新疆人均占有水資源量為 4 168 m3,是全國人均占有水資源量2 200m3的 1.9倍,每公頃耕地平均占有水資源量為 20 942 m3,與全國平均相當[1]。

總體說來,新疆水資源由四部分組成：河流、湖泊、積雪、冰川和地下水。按照水文循環(huán)特征,可以把新疆河流劃分為內(nèi)陸河和外流河兩大水系,內(nèi)陸河共 570多條,外流河 6條。各河流水量相差懸殊,以小河流居多,大部分河流流程短水量小,年徑流量為 1.00×108m3以下的河流有 487條,水量僅 8.3×109m3,占河流總條數(shù)的 85.4%;年徑流量大于1.00×109m3的河流有 18條,徑流量達 5.84×1010m3的河流占河流總數(shù)的 3%[2],具體分布見新疆水系圖。

新疆湖泊眾多,湖泊總面積 55 045 km2,居全國第四位。大于 1 km2的湖泊有 139個,其中大于 100 km2的有 11個。

圖1 新疆水系圖

新疆積雪水資源豐富,冬季積雪鼎盛時期平均積雪貯量(水當量)可達 342億 m3,冰川面積達 24 479.3 km2,冰川儲量達 25 835.7億 m3,約占我國山岳冰川面積的 42%,占全國冰川總儲量的 50%。每年的冰川融水量為 178.6億 m3,對全疆每年用水都有著很強的調(diào)節(jié)作用,有人稱之為“固體水庫”[3]。由于有積雪和冰川資源的調(diào)節(jié),新疆水資源總量比較穩(wěn)定,年際變幅較小,但由于降水和融水的季節(jié)性,又導(dǎo)致新疆水資源年內(nèi)分配明顯不均,一般夏季水量集中,6～9月水量占整個年徑流量的 70～83%,大部分河流的春季水量較小,少數(shù)地區(qū)秋季也缺水。

1.2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

新疆現(xiàn)有耕地 411.354×104hm2,其中灌溉面積 393.2×104hm2。目前新疆引用地表水 496×108hm2,年均引水率62.5%,其中農(nóng)業(yè)用水占引水的 84%。在水資源開發(fā)利用過程中存在著許多問題[4]：

(1)全疆各地水資源的利用主要以地表水供水為主,導(dǎo)致部分河道下游內(nèi)徑流量銳減,引起生態(tài)嚴重惡化。

(2)水污染嚴重。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展,“三廢”排放量增加造成了水污染。

(3)水土流失嚴重。全疆水土流失面積達 10萬平方公里,占全國水土流失面積的 6.1%。由于新疆山地面積占土地總面積約 40%,森林和草地被破壞,加劇了山地侵蝕,大量泥沙下泄,帶來水庫被淤,庫容減少,調(diào)洪能力降低,洪患日趨嚴重。

(4)現(xiàn)有水利工程維護及配套差,工程效益得不到充分發(fā)揮;缺少控制性調(diào)蓄工程,為抗春旱,新疆各地大量興修平原性水庫,平原性水庫占全疆水庫總數(shù)的 95%,蒸發(fā)、滲漏量較大。

(5)水力資源理論總蘊藏量達 3 355萬千瓦,現(xiàn)利用較少。同時開采地下水僅占可開采資源總量的 10%左右,但部分地區(qū)出現(xiàn)地下水超量開采現(xiàn)象,致使地下水位不斷下降。

2 集對分析模型及應(yīng)用

目前,計算水資源開發(fā)利用程度的模式主要有集對分析法、屬性識別法、可拓方法等,本次評價采用集對分析法對新疆水資源開發(fā)利用進行評價。集對分析法是我國學(xué)者趙克勤于 1989年提出的一種處理不確定性問題的系統(tǒng)分析方法,已在多方面得到廣泛應(yīng)用,在水資源開發(fā)利用評價中,它要比屬性識別法和可拓方法更具有可操作性[5]。利用集對分析方法建立適用于新疆水資源開發(fā)利用程度的新模型并做出評判,模型概念清晰、理論嚴謹、評價結(jié)果直觀、信息利用率高。

2.1 集對分析法原理

集對分析法的基本思路是：在一定的問題背景下對集合A和 B組成的集對特性展開分析,共得 N個特性。其中有 S個為集對中兩個集合所共有,這兩個集合又在另外 P個特性上相對立,在其余 F個特性上關(guān)系不確定,則兩個集合的聯(lián)系度

其中,μ為聯(lián)系度,a為同一度,b為差異度,c為對立度,且滿足 a+b+c=1;i為差異度系數(shù),在[-1,1]中取值;j為對立系數(shù),運算時恒取 -1。聯(lián)系度的表達式同時體現(xiàn)了同一、差異、對立三者的聯(lián)系、影響與轉(zhuǎn)化。當 i=1時,差異度轉(zhuǎn)化為同一度;當 i=-1時則轉(zhuǎn)化為對立度;當 i在(-1,1)區(qū)間取值時,差異度中同一與對立各占一定比例。集對分析法認為在一個系統(tǒng)中不確定性與確定性互相聯(lián)系、影響和制約,并在一定條件下互相轉(zhuǎn)化,通過式子(2)來描述各種不確定性,從而把對不確定性的辯證認識轉(zhuǎn)換成一個具體的數(shù)學(xué)工具,由此實現(xiàn)對系統(tǒng)的評價和決策。聯(lián)系度μ與不確定系數(shù) i是該理論的基石,通過該理論可以描述隨機、模糊、灰色等常見的不確定現(xiàn)象[6]。

2.2 新疆水資源開發(fā)利用的集對分析

2.2.1 模式的建立

基于集對分析的水資源開發(fā)利用評價是將水資源評價指標與評價標準構(gòu)筑一個集對,通過兩者間的比照分析,即可獲得水資源利用評價的量化指標。若該指標處于評價級別中,則認為是同一;若處于相隔的評價級別中,則認為是對立,若指標在相鄰的評價級別中,則認為是差異;取差異系數(shù)i在[-1,1]之間變化,越接近所要評價的級別,i越接近 1,越接近相隔的評價級別,i越接近 -1。在評價過程中,對于同一、對立兩種情況很容易確定聯(lián)系度,評價中的核心是確定差異度系數(shù)和相應(yīng)的聯(lián)系度[7]。

對于一個區(qū)域水資源來說,設(shè)有 N個評價指標,其中有 S個評價指標優(yōu)于Ⅰ級標準,有 P個指標劣于Ⅲ級標準,有 F個指標界于Ⅰ和Ⅲ級之間,運用式(1)即可計算出各評價樣本的聯(lián)系度,根據(jù) a、b、c三者的大小關(guān)系可以初步分析水資源利用的情況。

從評價指標與水資源開發(fā)利用程度分級標準之間的數(shù)量關(guān)系可以看出,即使不同區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度處于同一級別,也會因評價指標數(shù)值的差異而使水資源開發(fā)利用程度有所不同。因此,對于分級標準可繼續(xù)作同一、差異、對立的集對分析。水資源開發(fā)利用程度評價的指標中一般主要包括效益型指標和成本型指標。

對于效益型指標

對于成本型指標

式(3)、(4)中：S1,S2,S3分別為評價標準的Ⅰ ,Ⅱ,Ⅲ級的門限值;x為各個被評價區(qū)域水資源狀況的指標值;m為第 m個被評價區(qū)域;n為第 n個評價指標。由聯(lián)系度(1)式進行計算,可得同一度、差異不確定度和對立度的大小以及對各個被評價區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度進行評價排序。由式(3),(4)進行計算,可得各個評價區(qū)域的平均聯(lián)系度 μmn,并由 μmn中同一度、差異不確定度和對立度的大小來確定待評價區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度所屬的等級[3]。

本文選擇以下 7個相關(guān)指標來進行新疆水資源開發(fā)利用程度評價。

式中：I1為水資源利用率;I2為灌溉率;I3為重復(fù)利用率;I4為人均擁有水量;I5為人均供水量;I6為渠系水利用系數(shù)(經(jīng)驗值);I7為供水量模數(shù)。

表1 新疆水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀評價指標值

在評判分級指標時,采用國內(nèi)一些地方所使用的分級指標(表2 )。

表2 綜合評價指標的分級值等級

其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級分別代表了水資源開發(fā)的初級階段,發(fā)展階段及成熟階段。

2.2.2 模型的計算

由(1)式計算得到各個區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度的聯(lián)系度(表3 )。

表3 各區(qū)域水資源開發(fā)利用程度的聯(lián)系度

由式(3),(4)計算得到各個評價指標對各個被評價區(qū)域水資源開發(fā)利用程度的聯(lián)系度(表 4)。

表4 新疆水資源開發(fā)利用程度評價因素指標值及其評價值

2.2.3 分析結(jié)果

各區(qū)域水資源開發(fā)利用程度的聯(lián)系度數(shù)值可以反映各區(qū)各項水資源利用指標的同一性和矛盾性,b、c的數(shù)值越高表明該區(qū)水資源開發(fā)利用程度越高,反之則越低。對新疆各分區(qū)水資源開發(fā)利用程度的聯(lián)系度排序結(jié)果是：北疆第 1,全疆和南疆并列第 2,東疆第 3。

根據(jù)各個評價指標對被評價區(qū)域的聯(lián)系度求均值,可以對評價區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度進行更準確的分級,進而確定各分區(qū)的水資源開發(fā)利用潛力如何。由表 5可以看出：新疆全疆及其各區(qū)域的水資源開發(fā)利用程度均屬于Ⅰ級,處于水資源開發(fā)利用的初級階段,北疆、東疆、南疆、全疆的Ⅰ級水平(同一度)值分別為 0.8 413,0.7 143,0.7 143和0.7 645,水資源的開發(fā)利用潛力還很大,而北疆更有潛力可挖。但從差異不確定度 b和對立度 c看,北疆、東疆、南疆、全疆的對立度依次為 0.0 438、0.2 857、0.1 991和 0.1 429,其中南疆和東疆的不協(xié)調(diào)度較大,又說明本區(qū)水資源的開發(fā)利用呈現(xiàn)一定的不協(xié)調(diào)狀態(tài)。

東疆水資源利用的不協(xié)調(diào)度最大,為 0.2 857,則是因為其原本水資源量就偏少,2007年用水總量已超過其地區(qū)水資源總量,經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主,灌溉用水比例過高(見表 5),對該區(qū)水資源的供應(yīng)造成較大壓力,屬結(jié)構(gòu)型不協(xié)調(diào)區(qū)。

南疆的不協(xié)調(diào)度為 0.1991,其原因主要是農(nóng)業(yè)用水比例過高(見表 5),畝灌溉定額過大,渠系系數(shù)較低,同時供水量模數(shù)較大,說明南疆對各河流的取水量過大,造成許多湖泊干涸、眾多河流的下游生態(tài)系統(tǒng)因缺乏必要的生態(tài)用水而衰敗,屬結(jié)構(gòu)型和管理型不協(xié)調(diào)區(qū)。

表5 新疆全疆及各分區(qū)農(nóng)業(yè)用水比例

從總體看來,北疆的水資源開發(fā)協(xié)調(diào)度最好,供水壓力相對較小。其原因應(yīng)是該區(qū)本身水資源較其它分區(qū)豐富,是全疆工業(yè)集中地區(qū),且農(nóng)業(yè)節(jié)水較好,農(nóng)業(yè)用水占總用水比例較其它區(qū)低的緣故。但該區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展水平較高,發(fā)展速度快,取水量也較大,對當?shù)卦容^好的生態(tài)環(huán)境也已經(jīng)構(gòu)成了一定壓力,且北疆是全疆工業(yè)集中區(qū),由于北疆各地區(qū)工業(yè)污水的處理不到位,亂排亂放,部分地區(qū)水資源已產(chǎn)生不同程度污染,若不注意控制管理,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和水資源的不斷開發(fā)利用,北疆會逐漸演化為污染型不協(xié)調(diào)區(qū)。

3 結(jié)論和建議

新疆水資源開發(fā)利用屬初級階段,但存在著一定程度的不協(xié)調(diào)狀態(tài),其中南疆和東疆較嚴重,主要屬用水結(jié)構(gòu)與管理上的不諧調(diào),對當?shù)厮Y源供水設(shè)施和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成一定壓力,采取一定的節(jié)水措施已經(jīng)是迫在必行。

合理開發(fā)利用和保護新疆水資源,必須實施開源與節(jié)流并舉,減少浪費,防治污染;特別是要規(guī)劃用水,實施三水統(tǒng)調(diào)、相互結(jié)合、綜合利用,建立健全管理制度。目前,新疆應(yīng)加大修復(fù)生態(tài)環(huán)境的力度,同時防止社會經(jīng)濟用水盲目擴大,但也應(yīng)充分兼顧經(jīng)濟社會發(fā)展的水資源合理需求。首先大力開展綠洲平原區(qū)節(jié)水灌溉工程建設(shè),全面發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè),通過節(jié)水措施緩解缺水問題,使新疆水資源開發(fā)利用配置格局逐步走向合理化;其次,大力開發(fā)新的隱性水資源,增加水資源的可利用量,進一步解決新疆缺水地區(qū)的水資源匱乏現(xiàn)狀。

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