石河子市水資源承載力評價研究

摘要：石河子市屬于干旱區綠洲城市，水資源已經成為影響和制約全市經濟與社會可持續發展的一個瓶頸。選取水資源利用率、產水模數等１０個指標，應用模糊綜合評判法對石河子市２００２～２００９年水資源承載力進行了評價研究。結果表明，石河子市水資源開發利用已經達到相當規模，在現有經濟技術條件下，水資源承載潛力已相對較小，水資源供需矛盾開始顯現。提出應加強水資源的綜合管理，以便科學、合理地利用有限的水資源。

關鍵詞：水資源承載力；模糊綜合評判法；石河子市

中圖分類號：ＴＶ２１１．１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）17－3719-03

Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ iｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ

ＳＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｈｏｎｇ，ＭＡ Ｙｕ－ｘｉａｎｇ，ＦＡＮ Ｊｉａ－ｈｕａ，ＭＡ Ｓｉ－ｈｕｉ，ＹＡＮＧ Ｘｉｎ－ｌｉａｎｇ，ＳＨＡＮ Ｇｕａｎｇ－ｂｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｉｈｅｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ oasis city in ａｒｉｄ ａｒｅａｓ as ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ the ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｔｙ． １０ ｉｎｄｅｘｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ and ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ were selected to evaluate ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ ２００２ ｔｏ ２００９． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｈａｄ ｒｅａｃｈｅｄ ａ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｓｃａｌｅ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ. Tｈｅｒｅ ｗａｓ ｏｎｌｙ ａ ｖｅｒｙ ｌｉｍｉｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｈａｓ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ． Ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｔｉｌｉｚｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；Ｓｈｉｈｅｚｉ ｃｉｔｙ

水資源是人類生存必不可少的基礎性自然資源，是制約自然環境、人類生存和社會發展最重要的因素之一。水資源承載力從不同研究角度出發有不同定義。施雅風等［１］認為：水資源承載力是指某一地區的水資源在一定社會歷史和科學技術發展階段，在不破壞社會和生態系統時，最大可承載（容納）的農業、工業、城市規模和人口的能力，是一個隨著社會、經濟、科學技術發展而變化的綜合目標。

國外大多將水資源承載力納入可持續發展理論中，例如Ｒｉｊｉｓｂｅｒｍａｎ等［２］將水資源承載力作為城市水資源安全保障的衡量標準；Ｈａｒｒｉｓ等［３］著重研究了農業生產區域水資源農業承載力；Ｆａｌｋｅｎｍａｒｋ等［４］用較簡單的數學計算研究了一些發展中國家的水資源使用限度。我國對水資源承載力的研究最早始于２０世紀８０年代后期，而且研究區域主要集中在干旱半干旱地區，其中以新疆水資源承載力的研究為代表。施雅風等［１］采用常規趨勢法對新疆烏魯木齊河流域的水資源承載力進行了研究；許有鵬［５］采用模糊分析法對新疆和田河流域的水資源承載力進行了研究；唐湘玲等［６］采用相對水資源承載力，對新疆石河子地區２５年水資源承載狀況的變化和區域差異進行分析。本研究應用模糊綜合評判法對石河子市水資源承載力現狀進行評價，以期為協調石河子市水資源與社會經濟發展關系提供參考。

１ 研究區概況

石河子市位于新疆北部，南臨天山北麓中段，北靠古爾班通古特大沙漠南緣，地形南高北低，海拔３６０～６００ ｍ，城市行政區域 ４６０ ｋｍ２，截至２００９年底，人口總數約為３４萬。其發展主要依靠瑪納斯河流域水源和開采地下水，流域地表水補給源主要來自地區降水和冰雪消融。市區年降水量２００～４００ ｍｍ，蒸發量達２ ０００ ｍｍ以上，屬于干旱綠洲區。水文勘測表明，市區地下水儲量８ ９８８萬ｍ３，其中，年可開采量約６ ０００萬ｍ３，地下水人均占有量（按市區人口３４萬人計）僅為２64 ｍ３。２００５年市區年地下水開采量已達６ ０５９萬ｍ３，水的需求量已達到年可開采量６ ０００萬ｍ３的警戒線。

２ 模糊綜合評判模型

２．１ 模型概述

給定兩個有限域Ｕ＝｛ｕ１，ｕ２，…ｕｉ｝，Ｖ＝｛ｖ１，ｖ２，…ｖｊ｝；對ｕｉ進行單因素評價，確定其對評價等級ｖｊ的隸屬度ｒｉｊ，得到ｍ個評價因素的評價集構造的評判矩陣Ｒ，

Ｒ＝r11 r12 … r1nr21 r22 … r2n… … … …rm1 rm2 … rmn （１）

根據各評判因素對水資源承載力大小的影響程度，分別賦予其不同的權重，得權重矩陣Ａ＝（ａ１，ａ２，…，ａｍ）。則水資源承載力的評判結果為Ｂ＝Ａ×Ｒ。

２．２ 評價因素的選取及評價等級論域的建立

從石河子市水資源承載力指標體系中選取１０個評價因素，按照各個因素對區域水資源承載力的影響程度，將其劃分為３個等級Ｖ１、Ｖ２和Ｖ３。其中，Ｖ１表示理想承載狀態，水資源仍有較大的承載潛力，可開發利用的空間較大，供需情況較為樂觀；Ｖ３ 表示不可承載狀態，水資源承載力已接近飽和，可利用開發的潛力較小，這時應采取相應的對策；Ｖ２介于以上兩者之間，是可承載狀態，表明研究區的水資源開發利用已經有相當規模，仍有一定的開發潛力，水資源的供給對國民經濟的發展有一定的保證。

２．３ 單項指標評價及隸屬函數的建立

為了消除各等級之間數值相差不大而評語等級相差一級的跳躍現象，使隸屬函數在各級之間能平滑過渡，將其進行模糊化處理。對于Ｖ２，即中間區間，令其落在區間中點隸屬度為１，兩側邊緣點的隸屬度為０．５，中點向兩側按線性遞減處理。對于Ｖ１和Ｖ３兩側區間，則令距臨界值越遠屬兩側區間的隸屬度越大，在臨界值上則屬于兩側等級的隸屬度各為０．５。

令公式中ｋ１為Ｖ１和Ｖ２等級的臨界值，ｋ３為Ｖ２和Ｖ３等級的臨界值，ｋ２為Ｖ２等級區間中點值，ｋ２＝（ｋ１＋ｋ３）／２。評價指標對于各等級的相對隸屬函數的計算公式［7］為

μw1（ｕi）＝0.51+■ ui＜ｋ１0.51-■ ｋ１≤ui＜ｋ2 0 ui≥ｋ2 （２）

μw2（ｕi）＝0.51-■ ui＜ｋ１0.51+■ ｋ１≤ui＜ｋ20.51+■ ｋ2≤ui＜ｋ30.51-■ ui≥ｋ3 （３）

μw3（ｕi）＝0.51+■ ui≥ｋ30.51-■ ｋ2≤ui＜ｋ3 0 ui≤ｋ2 （４）

對于指標數值越大，水資源承載力水平越低的評價指標，各等級相對隸屬度函數的計算公式只需將以上公式右端ui區間號“＜”改為“＞”、“≤”改為“≥”，再采用同樣計算即可。

２．４ 綜合評價指數的計算

水資源綜合評價指數是衡量水資源可承載程度的綜合性指標，為了便于定量地分析各等級因素對水資源承載能力的影響因素，對各等級進行０～１區間的評分，Ｖ１（優）、Ｖ２（中）、Ｖ３（差）對應的評分分別為ｖ１＝０．９５、ｖ２＝０．５０、ｖ３＝０．０５，根據下式計算綜合評價指數α，

α=■ （５）

式中，ｂｊ為結果評判矩陣Ｂ的第ｊ個值；ｖｊ為等級論域中第ｊ個評分值；ｋ值為了突出占優勢等級的作用，干旱區通常ｋ＝１，最后計算的α值越高，水資源承載能力的潛力就越大［8］。

３ 石河子市水資源承載力分析

３．１ 水資源承載力評價指標體系及標準

水資源承載力指標體系是一個復雜的大系統，它不僅是水資源承載力大小的評判依據，也是水資源承載力大小的決策工具，對其選擇及確定關系到綜合評判的精度。因此確定指標體系系數量要適度，同時還要做到科學合理、符合實際。水資源承載力指標體系的各評判因素要全面分析水資源承載能力的各影響因素，這里參照了全國供需分析中的指標體系和其他水資源的一些評價指標體系及其標準［9，10］，并結合石河子市水資源開發利用情況，采用量化分析與專家打分相結合的方法，最終確定水資源利用率、產水模數、農業灌溉率、年平均降水量、人均水資源量、生活用水定額、工業萬元產值用水量、灌溉水利用系數、生態環境用水率、污徑比等１０個指標作為石河子市水資源承載力指標體系。按照上述１０個評價指標對區域水資源承載力的影響程度，借鑒水資源的一些評價標準以及專家建議將上述指標對水資源承載能力影響程度劃分為３個等級，每個指標及其各等級的數量指標見表１。

３．２ 評價結果及分析

運用評價因素隸屬度的計算方法，計算得出２００２～２００９年各年份評價指標的隸屬度，再利用公式（５）得到石河子市２００２～２００９年水資源承載力綜合評分值，見表２。

根據石河子市２００２～２００９年水資源承載力綜合評價結果，作數據變化情況曲線圖，如圖１所示。由圖１可以看出，各年份對Ｖ１、Ｖ２的隸屬度雖有波動，但整體呈上升趨勢，而對Ｖ３的隸屬度整體呈下降趨勢。石河子市水資源承載力綜合評分值在２００２～２００９年期間的波動變化為：２００２～２００４年呈上升趨勢，２００４～２００６年呈下降趨勢，２００６～２００９年呈上升趨勢，特別是２００８年到２００９年上升趨勢比較明顯。說明石河子市水資源承載力整體向好的方向發展，尤其是近年來由于工業萬元產值用水量和生活用水定額這兩個指標有明顯的下降，石河子市水資源承載力明顯提高。但是還應該看到，２００２～２００８年期間，各年份對Ｖ３的隸屬度都高居在０．４以上，只有２００９年有所下降，因此石河子市水資源承載力整體狀況并不容樂觀。

２００９年石河子市水資源開發利用已經達到相當規模。水資源承載能力綜合評價結果ｂｊ對Ｖ１的隸屬度為０．２３６ ７，對Ｖ２和Ｖ３的隸屬度分別是０．４４０ ８、０．３２２ ５， 而綜合評分值為０．４６１ ４。這說明在現有的經濟技術條件下，仍有一定的開發利用潛力，但是必須對水資源加以合理利用，注重節約保護的同時，更要擴大供給量，縮減耗水量，這樣石河子市經濟社會發展對水資源的需求供給才能有一定的保證。

４ 結論

目前石河子市經濟社會發展對水資源的需求供給雖有一定的保證，但水資源承載能力一直不高，水資源供需矛盾開始顯現。當地水資源中地下水開采不斷增大，開發潛力在逐漸變小；地表水則是主要靠當地降雨和從過境河流引水，而降雨量多年以來相對較為恒定且嚴重偏少，若要擴大供給量，除了繼續開發地下水，還可考慮增加從過境河流的引水量。縱觀全局，最重要的是，政府應在宏觀上對水資源進行優化配置和加強監管控制，嚴格控制耗水量較大的工廠和企業在當地落戶，嚴格控制城市的規模，確保人口規模適度，加強對水資源循環再利用工程的建設，從全方位做到對水資源的合理利用和節約使用。

參考文獻：

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