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        城市水資源承載力定量評估研究

        2021-02-03 07:57:04李帥瑩
        關(guān)鍵詞:遼陽市保證率需水

        李帥瑩

        (遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110000)

        20世紀(jì) 80 年代末水資源承載能力概念在國內(nèi)逐步被研究和關(guān)注,最早進(jìn)行探索和研究的城市是我國北方部分地區(qū)[1]。目前,水資源承載能力評估方式、主要指標(biāo)體系都已經(jīng)得到不同程度的研究,水資源學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)研究是區(qū)域水資源的承載能力[2-6]。資源承載能力的大小目前較多的看法認(rèn)為受很多綜合因素的影響,包括區(qū)域自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、供需水結(jié)構(gòu)變化以及水資源總量等綜合因素[7-14]。國內(nèi)很多學(xué)者提出了水資源承載能力的定義的不同觀點(diǎn),但這些觀點(diǎn)大都研究的方向有所不同[15]。本文基于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度預(yù)測的情景下,在不同歷史演變時(shí)期,以維護(hù)水資源持續(xù)發(fā)展為前提,通過社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源優(yōu)化配置,提出基于三次平衡模型的城市水資源能力評估方法,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源對城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的支撐能力最大化。

        1 評估方法

        1.1 評估指標(biāo)

        結(jié)合遼陽市水資源變化的特點(diǎn),從水資源可利用和水資源總量人均水平、土地需水模數(shù)三方面建立水資源承載主體的評價(jià)指標(biāo)。選擇生態(tài)環(huán)境用水率建立水資源承載客體中環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo),見表1。

        表1 水資源承載能力評價(jià)指標(biāo)表

        1.2 評價(jià)指標(biāo)的分級與評分

        結(jié)合遼陽市水資源特點(diǎn),對遼陽市水資源承載能力的影響程度劃分為8個(gè)評價(jià)指標(biāo)體系,并基于國內(nèi)相關(guān)研究成果,確定不同指標(biāo)的影響程度劃分的標(biāo)準(zhǔn),見表2。

        表2 評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)表

        當(dāng)?shù)乇硭|(zhì)達(dá)標(biāo)率小于50%作為其中一個(gè)較為特殊的評定指標(biāo)進(jìn)行分析,其具有一票否決性。即地表水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率如果低于50%,即認(rèn)為地區(qū)水資源承載能力突破極限,

        需要對生態(tài)環(huán)境破壞原因進(jìn)行分析,采用相對應(yīng)的治理措施。為對不同等級水資源承載能力進(jìn)行評定,主要?jiǎng)澐諺1,V2,V3三類標(biāo)準(zhǔn),對不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行0~1之間的賦分,數(shù)值越高表明水資源承載能力的各等級影響因素程度越高,具有較高的水資源開發(fā)潛力,數(shù)值越低則具有較低的水資源開發(fā)潛力。

        1.3 三次評估模型

        根據(jù)遼陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和水資源配置狀況,繪制遼陽市水資源承載能力模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖,如圖1所示。

        圖1 基于三次平衡模型的遼陽市水資源承載能力模型結(jié)構(gòu)圖

        2 評估結(jié)果

        2.1 區(qū)域水資源數(shù)據(jù)

        為客觀分析遼陽市水資源總體情況,在原有《遼陽市水資源評價(jià)》(數(shù)據(jù)系列為1956~2015年)基礎(chǔ)上,將系列延長至2017年,重點(diǎn)對水量、水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。經(jīng)過計(jì)算得到遼陽市水資源總量,結(jié)果見表3。

        表3 遼陽市行政分區(qū)多年平均水資源總量表 單位:萬m3

        2.2 三次平衡分析結(jié)果

        在供水平衡的“二次平衡”分析的基礎(chǔ)上,水資源“三次平衡”分析立足區(qū)域水資源變化特點(diǎn),通過節(jié)水措施對需水要求進(jìn)行增長速度的壓縮,并通過管理和水價(jià)調(diào)整作為輔助措施對需水要求的增長態(tài)勢進(jìn)行有所抑制。通過中水回用等措施在水資源供給方面進(jìn)行當(dāng)?shù)刂兴昧克降奶嵘?。進(jìn)一步挖掘供水潛力通過水資源開源等一系列措施,在增加供給和抑制需水要求的耦合作用下,供需缺口在水資源“三次平衡”分析下可以得到較大程度的遞減,這樣就可以推求城市“三次平衡分析”的結(jié)果。本文對遼陽市內(nèi)部水資源潛力進(jìn)行挖掘,降低用水率和提升用水效率的基礎(chǔ)上對其“三次平衡”進(jìn)行分析,結(jié)果見表4。

        表4 遼陽市三次平衡分析結(jié)果 單位:萬m3

        從分析結(jié)果可看出,遼陽市在90%用水保證率下將處于超載狀況,而分別在75%和50%的用水保證率下,且處于基本可承載狀態(tài)。通過遼陽市供水工程和節(jié)水措施的同步建設(shè),遼陽市總體水資源供給量在2030年和2035年總體可以達(dá)到城市需水總量的要求,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間的總體保證率程度不高。

        2.3 評估結(jié)果

        結(jié)合遼陽市三次平衡以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度分析結(jié)果,對遼陽市水資源承載能力進(jìn)行模糊綜合評估。

        (1)評價(jià)矩陣R的計(jì)算

        在基準(zhǔn)年2020年的基礎(chǔ)上對未來不同水平年2025、2030和2035年的各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果見表5,并對各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行分析,結(jié)果見表6。

        表5 遼陽市水資源承載能力多目標(biāo)情景分析預(yù)測表

        表6 遼陽不同保證率各指標(biāo)對應(yīng)于各個(gè)等級的隸屬度表

        (2)矩陣A的確定

        將水資源承載能力評估的各項(xiàng)指標(biāo)x1,x2,L,x3按照不同權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表7。則權(quán)重系數(shù)為:A={0.12,0.17,0.12,0.12,0.1,0.1,0.1,0.12}

        表7 遼陽市水資源承載能力評估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

        (3)綜合評分值計(jì)算

        水資源承載能力綜合評價(jià)指標(biāo)結(jié)合指標(biāo)因素確定隸屬函數(shù),不同保證率V1,V2,V3的隸屬度在不同年份指標(biāo)確定基礎(chǔ)上進(jìn)行隸屬度矩陣R的分析,在此基礎(chǔ)上對水資源承載能力進(jìn)行綜合評估。

        表8 遼陽市水資源承載能力綜合評價(jià)結(jié)果表

        2.4 未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展組合方案下水資源承載能力分析結(jié)果

        結(jié)合遼陽市城市發(fā)展規(guī)劃相關(guān)成果,對水資源開發(fā)利用優(yōu)化配置、優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及生態(tài)保護(hù)措施等因素進(jìn)行綜合分析,采用規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測,分析遼陽市在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和適度增長情景下國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測的不同方案組合情況,見表9,并對不同組合方案下的遼陽市GDP值進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果見表10,針對三次平衡模型的水資源承載能力評價(jià)模型對遼陽市未來水資源承載能力優(yōu)化方案進(jìn)行分析,結(jié)果見表11。

        表9 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展預(yù)測方案組合

        表10 遼陽市GDP預(yù)測結(jié)果

        表11 遼陽市不同方案的承載能力分析結(jié)果

        經(jīng)濟(jì)高速增長情景下,預(yù)計(jì)遼陽市2019年GDP將達(dá)到2001億元,202530年將達(dá)到3223億元,2035年將達(dá)到4817億元;2019—2025年GDP年均增長率為22.5%,2025—2030年GDP年均增長率為10.0%,2031—2035年GDP年均增長率為8.0%。在經(jīng)濟(jì)適度增長情景下,預(yù)計(jì)遼陽2030年將達(dá)到2087.6億元,2035年將達(dá)到3090.2億元,為根據(jù)遼陽市目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及水資源承載能力的研究結(jié)果分析,宜選取方案Ⅳ,即經(jīng)濟(jì)和人口均適度增長符合當(dāng)前的供用水需求。遼陽市水資源可利用水量在不考慮引調(diào)水新增、節(jié)水戰(zhàn)略以及中水回用等措施的投入使用前提下,不能承載區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對需水的要求,屬于水資源承載能力較低的狀況。

        3 結(jié)論

        (1)遼陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對需水要求在考慮加大非常規(guī)水源利用以及外調(diào)水后,可得到有效滿足,2019年水資源承載綜合評估值從0.448提升到2035年的0.528,當(dāng)?shù)厮Y源承載能力得到一定程度的提升。

        (2)建議大力推進(jìn)清潔生產(chǎn),加快技術(shù)改造工業(yè)節(jié)水技術(shù)和工業(yè)的推廣力度,通過高新技術(shù)提升用水循環(huán)的水平,同時(shí)通過節(jié)水管理力度,提高工業(yè)用水重復(fù)使用的效率, 2025年達(dá)到82%以上,2030年達(dá)到88%以上,2035年達(dá)到90%以上。

        本文未能完全考慮水質(zhì)影響,考慮水綜合安全程度,以后的研究中還需重點(diǎn)對水環(huán)境承載能力進(jìn)行重點(diǎn)分析。

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