盧方園， 賈德彬， 高瑞忠， 蘇文旭， 趙 航， 楊麗娜

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

在全球生態(tài)安全治理過程中，荒漠化是面臨的最大挑戰(zhàn)之一，不僅對(duì)生態(tài)造成惡劣影響，還對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)有重大影響，沙漠化是荒漠化的一種典型類型，也是危害最大的一種荒漠化類型［1-2］。近年來(lái)，沙漠化治理逐漸引起高度關(guān)注。因此，正確協(xié)調(diào)沙漠化防治的各方面關(guān)系十分關(guān)鍵。黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)防護(hù)帶和經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，對(duì)黃河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已成為國(guó)家重要部署，同時(shí)黃河流域又是生態(tài)環(huán)境脆弱帶［3-5］。為此，本研究以典型荒漠化生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)——庫(kù)布齊沙漠為研究區(qū)，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析庫(kù)布齊沙漠地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水時(shí)空變化特征以及動(dòng)態(tài)模擬不同參數(shù)方案下水資源承載狀態(tài)，為庫(kù)布齊沙漠生態(tài)環(huán)境的改善與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

水資源承載力是對(duì)區(qū)域水資源承載狀態(tài)的重要衡量指標(biāo)，正確評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力，既是合理調(diào)控區(qū)域水資源配置的前提基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的必要條件［6-8］。水資源承載力發(fā)展初期的研究方法多偏向于靜態(tài)研究，例如層次分析法、模糊評(píng)價(jià)法等，該時(shí)期的研究方法往往忽略了人口-經(jīng)濟(jì)-水資源系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)系［9-11］，因此，在后續(xù)研究中系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）、多目標(biāo)情景規(guī)劃等動(dòng)態(tài)研究方法逐步改善了初期研究方法的缺點(diǎn)，更綜合、完整地考慮水資源承載力在整體系統(tǒng)中的變化［12-14］。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)就是在其研究過程中可用于分析多層次、非線性、復(fù)雜的系統(tǒng)問題，水資源承載力作為一個(gè)包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)環(huán)境等眾多影響因素的復(fù)雜問題，需要可以處理多重復(fù)雜問題系統(tǒng)的研究方法來(lái)解決，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是應(yīng)用于水資源承載力動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)研究的重要方法［15］。但是，在運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)水資源承載力進(jìn)行仿真模擬時(shí)，僅考慮水資源供需補(bǔ)給關(guān)系容易忽略社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口等變量的影響［16］。因此，有研究逐漸考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、糧食能源等系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)之間的相互作用。如利用區(qū)域的SD 模型，建立水環(huán)境承載力預(yù)警體系，并確定當(dāng)前區(qū)域超載情況［17］。同時(shí)，也有學(xué)者運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)水資源與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的響應(yīng)關(guān)系［18-20］。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

庫(kù)布齊沙漠(39°30′28″～40°41′28″N，107°18′54″～111°30′46″E)位于黃河以南的鄂爾多斯高原北部邊緣，沙漠總長(zhǎng)約400 km，寬度為30～80 km，總面積約1.39×104km2。所處區(qū)域有杭錦旗、準(zhǔn)格爾旗、達(dá)拉特旗3 個(gè)旗縣，主要種植玉米、葵花、小麥等作物。1999—2019 年3 個(gè)旗的三產(chǎn)結(jié)構(gòu)由36.8:39.7:23.4調(diào)整為9.5:53:37.5，且GDP 由29.94×108元上升至659.17×108元。該區(qū)域年均降水量約200～400 mm，年均蒸發(fā)量2162 mm，降水量分布不均，呈西北遞減［21-23］。水資源總量稀少，區(qū)域用水結(jié)構(gòu)中農(nóng)業(yè)需水量最多，由于沒有充足的水資源支撐，加之水資源開發(fā)利用過度，庫(kù)布齊沙漠出現(xiàn)湖泊萎縮，綠洲土地沙化等問題。庫(kù)布齊沙漠水資源承載狀況復(fù)雜，是研究的重點(diǎn)區(qū)域。由于數(shù)據(jù)獲取有限，本研究?jī)H覆蓋庫(kù)布齊沙漠的行政區(qū)域（圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖Fig.1 Location map of the study area

庫(kù)布齊沙漠供水系統(tǒng)由3 部分組成：地表水供水、地下水供水和再生水供水（污水回用），其中地表用水量包括蓄水利用量、引提水量。圖2 能夠更加清晰地表明區(qū)域內(nèi)的水資源系統(tǒng)與社會(huì)供需水系統(tǒng)之間的關(guān)系［24］。

圖2 研究區(qū)水的社會(huì)循環(huán)過程Fig.2 Social cycle process of water in the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和氣象水文數(shù)據(jù)，時(shí)間序列為1999—2019 年。所有統(tǒng)計(jì)資料均以庫(kù)布齊沙漠內(nèi)3 個(gè)旗縣為行政單元統(tǒng)計(jì)，具體數(shù)據(jù)來(lái)源參考《鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)年鑒》《鄂爾多斯市水資源公報(bào)》《全國(guó)第二次污染源普查生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《內(nèi)蒙古自治區(qū)用水定額》《鄂爾多斯市城市總體規(guī)劃（2011—2030）》。

1.3 研究方法

1.3.1 關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)指標(biāo)識(shí)別方法 運(yùn)用Pearson 相關(guān)性分析、主成分分析法進(jìn)行關(guān)鍵指標(biāo)識(shí)別。Pearson相關(guān)性分析方法用于判別2 個(gè)變量間的相關(guān)性，變化范圍在-1～1 之間，一般0.7 以上說(shuō)明關(guān)系非常緊密；0.4～0.7 之間說(shuō)明關(guān)系緊密；0.2～0.4 說(shuō)明關(guān)系一般。主成分分析則是通過降維、正交變換等原理考慮多個(gè)變量的相關(guān)性。

1.3.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型（SD） 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的原理是通過掌控系統(tǒng)各個(gè)指標(biāo)之間的反饋關(guān)系進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行動(dòng)態(tài)性和整體性分析［25］。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建庫(kù)布齊沙漠區(qū)域內(nèi)各旗縣水資源承載狀態(tài)模擬模型，再利用整體建模方法，空間耦合各旗縣模型，構(gòu)建庫(kù)布齊沙漠承載狀態(tài)模擬模型。

水資源承載狀態(tài)仿真模型由人口、經(jīng)濟(jì)、水資源和水污染排放子系統(tǒng)內(nèi)變量組成，可充分明確該區(qū)域水資源與社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的發(fā)展情況。構(gòu)建該仿真模型的關(guān)鍵在于建立4 個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，從而建立各變量與水資源承載狀態(tài)值間的聯(lián)系，從機(jī)理上揭示承載狀態(tài)演變規(guī)律［26］。

1.3.3 數(shù)據(jù)與參數(shù)處理 模型中選取的主要參數(shù)均通過常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法確定，個(gè)別參數(shù)參考鄂爾多斯地區(qū)指標(biāo)參數(shù)值，主要參數(shù)方程見表1。依據(jù)1999—2019 年各旗縣總用水量及生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水，結(jié)合人口、工業(yè)產(chǎn)值、灌溉面積計(jì)算居民生活用水定額、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值用水量和畝均灌溉用水量［27］。經(jīng)計(jì)算，各旗縣居民生活用水定額約為每人85～95 L·d-1，各旗縣間無(wú)明顯差異，其中城鎮(zhèn)居民生活用水定額略高于農(nóng)村，生活用水系統(tǒng)引入人口增長(zhǎng)率、城市化率，確保合理計(jì)算生活用水量；各旗縣萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量通過工業(yè)用水量與工業(yè)產(chǎn)值比值計(jì)算得出［28］，區(qū)分不同旗縣間工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率、單位工業(yè)產(chǎn)值耗水量；該區(qū)污水集中處理率≥85%，工業(yè)排污系數(shù)和生活污水排放系數(shù)均參考排污系數(shù)手冊(cè)以及歷年公開的排污系數(shù)數(shù)據(jù)，分別取均值0.5和0.8。

表1 SD模型主要參數(shù)及方程Tab.1 Main parameters and equations in the SD model

2 庫(kù)布齊沙漠社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水特征

2.1 庫(kù)布齊沙漠社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析

由圖3 可知，1999—2019 年庫(kù)布齊沙漠區(qū)域人口呈不斷上升趨勢(shì)，由72.03×104人上升至84.56×104人。準(zhǔn)格爾旗、杭錦旗、達(dá)拉特旗分別占庫(kù)布齊沙漠區(qū)域人口的39.1%、17%、43.9%（2019年），且?guī)觳箭R沙漠區(qū)域以農(nóng)村人口為主，各旗農(nóng)村人口占比均在75%～85%之間。1999—2019 年庫(kù)布齊沙漠區(qū)域的農(nóng)作物播種面積由19.49×104hm2增至30.07×104hm2。由于2000 年當(dāng)?shù)卣烁€林還牧的原因，2002年準(zhǔn)格爾旗農(nóng)作物播種面積下降了45%，2002年后農(nóng)作物播種面積逐漸回升。1999—2019 年杭錦旗和達(dá)拉特旗農(nóng)作物播種面積也呈現(xiàn)先逐步下降后上升的趨勢(shì)，與準(zhǔn)格爾旗趨勢(shì)一致。1999—2019 年種植結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一定變化，玉米、向日葵成為主要種植作物，玉米作為3 個(gè)旗主要種植糧食作物，占比約65%～95%。庫(kù)布齊沙漠1999—2019年GDP呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)，其中第二產(chǎn)業(yè)GDP占比最大，約占40%～60%之間，工業(yè)用水以火力發(fā)電和開采煤炭為主。達(dá)拉特旗與準(zhǔn)格爾旗第二產(chǎn)業(yè)增速均最快，杭錦旗第二、三產(chǎn)業(yè)增速趨于一致。

由于連接器型預(yù)制光纜的插接衰減與連接器尺寸隨芯數(shù)增多逐步增大，目前在工程中應(yīng)用的連接器預(yù)制光纜主要包括4、8、12芯三種，單端損耗為0.25～0.75 dB，24芯預(yù)制光纜應(yīng)用較少[5]。

圖3 1999—2019年庫(kù)布齊沙漠區(qū)域的人口、種植結(jié)構(gòu)、播種面積和GDP產(chǎn)值變化Fig.3 Changes in population,planting structure,sown area and GDP output value in the Kubuqi Desert from 1999 to 2019

2.2 庫(kù)布齊沙漠水資源現(xiàn)狀分析

2019 年，庫(kù)布齊沙漠區(qū)域供水量8.50×108m3，而實(shí)際需水量達(dá)到9.18×108m3，缺水量為0.68×108m3，區(qū)域水資源供需矛盾突出。農(nóng)業(yè)灌溉方面，供給水源主要來(lái)源于地下水，占總用水量的82%，為緩解該區(qū)域干旱程度，2015年起實(shí)施了生態(tài)引水工程，在黃河凌汛高水位時(shí)將部分凌汛水引入庫(kù)布齊沙漠北緣低洼地，每年連續(xù)引水使區(qū)域出現(xiàn)較多湖泊濕地，形成水生態(tài)治理區(qū)，緩解了該地區(qū)水分對(duì)植被生長(zhǎng)的限制作用，從而極大改善了庫(kù)布齊北緣生態(tài)環(huán)境。通過分水引流，不僅為黃河緩解了汛期壓力，還將水害轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，提高了洪水的利用程度，推進(jìn)了水資源管理方案的實(shí)施。但是水資源緊缺問題依舊是困擾沙漠地區(qū)治理的重要問題，在庫(kù)布齊沙漠水生態(tài)綜合治理工程實(shí)施后，多年累計(jì)引黃河水2.94×10 m3。由于加大生態(tài)恢復(fù)力度以及推進(jìn)節(jié)水建設(shè)，庫(kù)布齊沙漠區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率取得了明顯提升，農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)由2015年的0.5078提高到了0.5520，但是目前高效節(jié)水普及率依舊不高，多以渠道節(jié)水為主，節(jié)水還有一定的提升空間，生活和工業(yè)用水也由1999年的7.6%增長(zhǎng)至2019年的22.8%。運(yùn)用Pearson 相關(guān)性分析、灰色關(guān)聯(lián)度以及主成分分析法對(duì)該區(qū)域用水影響指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，由表2可知，在可利用水量指標(biāo)內(nèi)，地表水資源量對(duì)可利用水量影響較大；在負(fù)荷指標(biāo)里，農(nóng)業(yè)用水量及農(nóng)業(yè)用水量的驅(qū)動(dòng)指標(biāo)對(duì)用水量影響最大。

表2 水資源承載狀態(tài)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)指標(biāo)Tab.2 Key driving indicators of water resources carrying status

3 結(jié)果與分析

3.1 庫(kù)布齊沙漠現(xiàn)狀水資源系統(tǒng)仿真模擬

模型以1999—2019 年的各區(qū)域人口、土地、水資源、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，時(shí)間邊界為1999—2035 年，其中1999—2019 年為歷史邊界，2020—2035 年為模型仿真預(yù)測(cè)時(shí)段，時(shí)間步長(zhǎng)為1 a，以2019 年作為仿真模擬的預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型由初始參數(shù)值、常量以及表函數(shù)構(gòu)成。根據(jù)模型的歷史性檢驗(yàn)結(jié)果，確定模型的有效性［25-26］。

3.1.1 SD 模型驗(yàn)證 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型有效性檢驗(yàn)的目的在于判斷模型是否能夠準(zhǔn)確合理地反映出系統(tǒng)的特征及變化規(guī)律，對(duì)模型進(jìn)行歷史性檢驗(yàn)，是為了驗(yàn)證模型的運(yùn)行結(jié)果是否符合實(shí)際情況［29-32］。通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真模擬1999—2019 年的數(shù)據(jù)與真實(shí)獲取的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)驗(yàn)證模型的有效性，當(dāng)誤差小于10%時(shí)可認(rèn)為模型是有效的。因本文變量較多，故列舉部分指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，選取農(nóng)業(yè)人口、工業(yè)用水量、有效灌溉面積、林牧漁畜業(yè)需水量以及用水總量作為檢驗(yàn)指標(biāo)。由模型驗(yàn)證結(jié)果（圖4）可知，在所選取的變量中，達(dá)拉特旗林牧漁畜業(yè)需水量的相對(duì)誤差絕對(duì)值相對(duì)較大，但超10%的年份個(gè)數(shù)較少，其他變量的相對(duì)誤差絕對(duì)值都在10%以下，大多數(shù)小于5%。綜合來(lái)看，模型擬合誤差均在允許范圍內(nèi)，模型擬合效果較好。

圖4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素模擬結(jié)果與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差及用水量模擬值與觀測(cè)值對(duì)比Fig.4 Relative error between the simulation results of social economic factors and the statistical data,and the comparison of the simulated and observed water consumption values

3.1.2 基于SD 的社會(huì)水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在建模過程中，通過對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析掌握，確定系統(tǒng)內(nèi)部主要變量之間的正負(fù)反饋關(guān)系，由此建立區(qū)域內(nèi)的變量因果反饋關(guān)系圖［33-34］。借助系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立庫(kù)布齊沙漠所處行政區(qū)內(nèi)的旗縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水模型，對(duì)縣域用水情況進(jìn)行全面了解。其中各旗縣的總用水量包括生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生態(tài)用水，并考慮引入黃河水量對(duì)該區(qū)域供水總量的影響，因此，在模型建立過程中將引提水量加入到供水系統(tǒng)中；利用缺水系數(shù)反映該地區(qū)水資源短缺程度。由生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、供水以及排污子系統(tǒng)構(gòu)成模型。

在旗縣承載狀態(tài)流圖的基礎(chǔ)上，選取81個(gè)變量建立庫(kù)布齊沙漠區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水系統(tǒng)模型（圖5），以保證模型完整性與合理性。模型中包含狀態(tài)變量12個(gè)，速率變量12個(gè)，輔助變量51個(gè)，固定量6個(gè)，模型主要參數(shù)及方程見表1。其中農(nóng)業(yè)用水約占庫(kù)布齊沙漠區(qū)域總用水量的82%，因此農(nóng)業(yè)用水子系統(tǒng)是模型的重點(diǎn)。

圖5 庫(kù)布齊沙漠常規(guī)發(fā)展模式水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖Fig.5 Dynamic flow diagram of water resource carrying capacity system in Kubuqi Desert

3.1.3 庫(kù)布齊沙漠常規(guī)發(fā)展模式下承載狀態(tài)預(yù)測(cè)常規(guī)發(fā)展模式是在不改變庫(kù)布齊沙漠水資源承載力模型中任何初始變量參數(shù)的前提條件下，維持目前的發(fā)展趨勢(shì)，分析庫(kù)布齊沙漠水資源承載力的變化情況。通過仿真模型運(yùn)行后得出預(yù)測(cè)年份的主要指標(biāo)預(yù)測(cè)值及指標(biāo)變化趨勢(shì)如表3 和圖6 所示。根據(jù)表3 可知，依照常規(guī)模式發(fā)展模擬后，達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗和杭錦旗均在2025 年和2035 年呈現(xiàn)超載狀態(tài)（缺水指數(shù)＞1），2019年準(zhǔn)格爾旗處于承載臨界狀態(tài)。杭錦旗承載狀態(tài)略高于達(dá)拉特旗，主要原因是庫(kù)布齊沙漠地區(qū)的黃河引水工程是利用杭錦旗的獨(dú)特地勢(shì)特點(diǎn)將處于凌汛期的黃河水引入該地區(qū)，因此杭錦旗承載狀態(tài)相對(duì)良好。

表3 常規(guī)發(fā)展模式下仿真模擬的承載狀態(tài)值Tab.3 Simulation and simulation load-bearing state values in conventional development mode

圖6 基于SD模型預(yù)測(cè)2000—2035年主要指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.6 Based on the SD model to predict the change trend of main indicators from 2000 to 2035

3.2 不同情景承載狀態(tài)調(diào)控SD模型模擬結(jié)果分析

3.2.1 調(diào)控情景設(shè)計(jì) 生活需水量參數(shù)的調(diào)控參照《內(nèi)蒙古自治區(qū)行業(yè)用水定額》要求，2025年鄂爾多斯市城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民人均生活需水定額分別為135 L·人-1·d-1和60 L·人-1·d-1，2035 年為150 L·人-1·d-1和80 L·人-1·d-1（表4）?？紤]庫(kù)布齊沙漠區(qū)域用水以農(nóng)田灌溉用水為主，主要受灌溉面積、灌溉方式及畝均灌溉定額影響，因此根據(jù)《鄂爾多斯市國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃綱要》《內(nèi)蒙古自治區(qū)用水定額》及《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》，分別假定庫(kù)布齊沙漠區(qū)域內(nèi)的3個(gè)旗縣農(nóng)作物播種面積保持不變，在此條件下保持現(xiàn)狀灌溉用水方式（S1）和實(shí)施滴灌不同灌溉普及率水平產(chǎn)生的用水變化（滴灌用水量是噴灌的1/3）；其他參數(shù)依據(jù)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬后得出，不做額外設(shè)定。

表4 庫(kù)布齊沙漠區(qū)域需水情景及參數(shù)調(diào)控Tab.4 Regional water use scenarios and parameter adjustments in the Kubuqi Desert

3.2.2 不同情景模擬結(jié)果分析 通過《鄂爾多斯市國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃綱要》《鄂爾多斯市政府工作報(bào)告》等文件中的參數(shù)進(jìn)行仿真模擬，至2035 年庫(kù)布齊沙漠人口增長(zhǎng)至101.73×104人，較2019 年增長(zhǎng)20.3%。依據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的預(yù)測(cè)，至2035 年庫(kù)布齊沙漠GDP 較2019 年增加73.67%。在模擬過程中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)工業(yè)、生活兩方面的需水量呈不斷增加趨勢(shì)，面對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，這一結(jié)果呈必然趨勢(shì)，因此在不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)下只能通過提高工業(yè)用水效率、利用節(jié)水高效用水等措施降低用水量增長(zhǎng)率。農(nóng)業(yè)是庫(kù)布齊沙漠區(qū)域最主要的用水部門，多用于灌溉用水，因此應(yīng)加強(qiáng)用水效率管理，提高灌溉保證率、減少水資源浪費(fèi)才能有效緩解該區(qū)域用水緊張局面。根據(jù)調(diào)控情景模擬結(jié)果如圖7。

圖7 S1～S4不同情景方案下模擬趨勢(shì)Fig.7 Simulation trend under different scenarios of S1-S4

在S1 情景下，灌溉需水量維持現(xiàn)狀不發(fā)生改變，2035 年庫(kù)布齊沙漠需水量達(dá)9.76×108m3，較2019 年增加3.38×108m3，若按此方案發(fā)展，在可預(yù)見范圍內(nèi)水資源供需嚴(yán)重不平衡。在S2～S4情景下2035 年庫(kù)布齊沙漠區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)需水總量分別達(dá)8.73×108m3、7.80×108m3、6.87×108m3；由模擬結(jié)果可知，當(dāng)實(shí)際條件達(dá)到S3情景條件即可呈現(xiàn)需水總量小于供水總量，呈現(xiàn)可載狀態(tài)，若想實(shí)現(xiàn)2035 年庫(kù)布齊沙漠呈現(xiàn)可載狀態(tài)，2025 年滴灌普及率應(yīng)≥25%，2035年達(dá)到50%。

依據(jù)假設(shè)的4 種情景預(yù)測(cè)結(jié)果，在農(nóng)田灌溉面積維持不變條件下，滴灌普及率越高，灌溉需水量越低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)需水量隨之降低。在農(nóng)作物種植面積占有量大的達(dá)拉特旗推廣滴灌具有顯著效果，在75%的滴灌普及率條件下，可為達(dá)拉特旗節(jié)約25%的用水量。庫(kù)布齊沙漠農(nóng)業(yè)節(jié)水需從提高滴灌普及率方面考慮。

綜上所述，退耕還林等措施依舊是目前對(duì)該區(qū)域環(huán)境整治的重點(diǎn)措施，但能夠采取節(jié)水的措施有限，不能僅僅依賴于節(jié)水成效，應(yīng)該將研究重點(diǎn)放在水資源高效利用方面以及有效的水、能源和糧食管理體系，現(xiàn)狀水資源用水管理制度對(duì)糧水之爭(zhēng)的局面造成一定的加劇影響。因此，在未來(lái)研究中可深入地考慮更多對(duì)該地區(qū)水資源高效利用和生態(tài)恢復(fù)治理的影響。

4 結(jié)論

本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)該區(qū)水資源系統(tǒng)現(xiàn)狀情況以及未來(lái)不同情景下狀態(tài)進(jìn)行模擬。通過仿真計(jì)算得到主要結(jié)論如下：

（1）在1999—2019 年期間，社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水量大幅增長(zhǎng)（增幅88%），農(nóng)業(yè)用水量及其驅(qū)動(dòng)指標(biāo)對(duì)區(qū)域可利用水量具有顯著影響。農(nóng)業(yè)用水占比呈逐漸下降趨勢(shì)；生活和工業(yè)用水占比小，但總體呈上升趨勢(shì)。

（2）對(duì)2019—2035 年常規(guī)模式水資源承載狀態(tài)模擬后，研究區(qū)水資源承載力將處于超載狀態(tài)，且需水總量達(dá)11.90×108m3；2019 年達(dá)拉特旗和杭錦旗呈現(xiàn)超載狀態(tài)（缺水指數(shù)＞1），準(zhǔn)格爾旗處于承載臨界狀態(tài)。

（3）根據(jù)不同設(shè)計(jì)情景下調(diào)控方案進(jìn)行預(yù)測(cè)（S2～S4），當(dāng)?shù)喂啾ＷC率控制到50%以上的條件下呈現(xiàn)可載狀態(tài)，需水量為7.80×108m3。說(shuō)明控制庫(kù)布齊沙漠用水量的增加主要依靠減少農(nóng)業(yè)用水、加大農(nóng)業(yè)節(jié)水的途徑實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，有效緩解沙漠水資源危機(jī)。