區域水資源承 能力計算與評價方法——以北京市昌平區為例

楊金鵬 郭金燕 黃大英 王 萍

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

水資源是一種戰略性自然資源，對于維護區域生態環境安全和促進社會經濟可持續發展具有重要意義，水資源承載力對一個國家或地區社會經濟和生態環境的發展及其規模是至關重要的。

昌平區快速增長的用水需求與有限的水資源條件存在尖銳的矛盾：第一，本地水資源有限，人口的快速增長以及社會經濟的迅速發展，加劇了水資源的用水緊張形勢，有限的本地水資源難以支撐社會經濟的可持續發展。第二，水資源的空間分布與昌平整體空間發展布局不協調，昌平東部地區為地下水貧水區，但該地區將是社會經濟和人口增長較快的地區，對水量需求必然增加較快，造成水資源供需區位不協調的矛盾。昌平區本地水資源總量不足和時空分布不均，顯示出研究水資源承載能力以及如何提高水資源承載能力的現實必要性和迫切性。

1 水資源承 能力的計算方法

目前對水資源承載能力的研究主要有兩類：一類是定性分析方法，又稱水資源承載能力的綜合評價，是選擇科學、合理水資源承載力評價指標體系反映水資源-社會經濟-生態環境系統的發展規模與質量，采用有效的評價方法對不同時段、不同策略下水資源承載狀況（水平）進行綜合評價；另一類是定量計算方法，這種方法采用一定的研究模型或方法計算研究區內水資源所能承載的社會經濟、生態環境及人口規模，給出具體的規模指標，如人口、GDP、林草面積等，研究方法主要有常規趨勢法、簡單定額估算法、多目標分析法和系統動力學法等。本文采用以水資源承載人口為綜合表征指標的定量分析方法。

1.1 水資源承 能力的表征方法10

水資源承載能力是指：“在某一具體的歷史發展階段下，以可以預見的技術、經濟和社會發展水平為依據，以可持續發展為原則，以維護生態環境良性發展為條件，經過合理的優化配置，水資源對該地區社會經濟發展的最大支撐能力?！彼Y源承載的直接客體是區域社會經濟系統和生態環境系統，兩大系統服務的終極承載對象是人口，衡量水資源承載能力大小的主要依據歸根結底是承載的人口數量和相應的生活水平。人的生活質量需求包括生活、生產、生態三方面，相對應的水資源需要為生活需水、生產需水和生態需水。采用“水資源承載人口數量”這一綜合性指標表征一個區域水資源承載能力，不僅直觀，而且也便于不同水平年水資源承載能力的對比分析。

1.2 水資源承 能力的計算方法

以水資源承載人口數量為綜合表征指標的水資源承載能力，是在可持續發展原則下，在一定經濟技術水平下，在一定的生活福利標準下，區域可供水量所能支撐的最大人口規模。

“可持續發展原則”意味著水資源開發利用必須是可持續的，既不能動用不可更新的水資源，也不能占用生態需水而破壞生態系統的完整性；“一定經濟技術水平”意味著區域特定的產業結構和用水效率水平；“一定的生活福利標準”意味著在特定階段應該滿足的人均GDP、人均生活用水量等生活需求標準。水資源承載能力的計算實際上是一個優化問題，即在一定的水資源可供水量、用水技術水平、福利水平等約束條件下，求區域水資源可以承載的最大人口數量。用數學模型可以概化如下：

目標函數：maxP

約束條件：

式中，

P為總人口，萬人；WOP為水資源可供水量，萬 m3；WP為生活用水量，萬 m3；WGDP為生產用水量，萬m3；WE為生態環境用水量，萬m3；GDP為國內生產總值，萬元；qP為生活用水定額，L/人*日；qGDP為萬元GDP生產用水量，m3/萬元；PGDP為人均GDP需求標準，萬元/人。

由以上各式得到水資源承載人口P*為：

上式中，P*為水資源承載人口；WOP-WE表示國民經濟可供水資源量，萬m3；表示人均國民經濟用水定額，m3/人。

2 水資源承 狀況的評價方法

水資源承載狀況評價采用分類評價法，根據水資源承載人口和規劃水平年的預測人口，計算相對承載指數和絕對承載指數，據此評價區域水資源承載狀況。

2.1 水資源承 狀況評價指標

水資源承載狀況評價的目的在于為區域水資源可持續發展提供對策。因此，分析的基本指標應是能夠將水資源承載能力與規劃水平年的預測人口有機地結合起來的綜合指標。本文選取兩個基本指標：（1）相對承載指數（Relative Carrying Index簡寫為RCI），即指現在或將來某一階段的實際或預測人口數量與水資源承載人口之比值。（2）絕對承載指數（Absolute Carrying Index簡寫為ACI），即指現在或將來某一階段的實際或預測人口數量與水資源承載人口之差值。這兩個指標表示水資源承載人口與實際人口之間的關系，反映水資源的承載狀況。

2.2 水資源承 狀況分類系統

水資源承載狀況的類型劃分是水資源承載能力評價的基礎，不同的類型是對水資源承載狀況的綜合概括。根據RCI和ACI值的大小，劃分為三個基本類型：

（1）超載，即水資源承載能力小于實際人口量，人水關系呈不可持續發展狀態，確定標準是RCI>1和ACI>0；

（2）臨界，即水資源承載能力等于實際人口量，二者呈平衡狀態，處于潛在危險之中，確定標準是RCI=1和ACI=0；

（3）不超載，即水資源承載能力大于實際人口量，人水關系呈可持續發展狀態，確定標準是RCI<1和ACI<0。亞類型是把基本類型進一步劃分為強、中、弱三類，具體標準見表1。

表1 水資源承 能力的分類系統及劃分標準

根據水資源承載能力的評價結果可知：

若水資源承載狀況為超載，則需調整戰略，提高水資源承載能力，承載能力提高到本年度的最大時，若規劃年的預測還高于水資源承載能力，則說明制定的發展目標已超過水資源承載能力，需適當調低；若水資源承載狀況為臨界狀況，表明國民社會經濟發展規模和發展速度與水資源承載能力相協調；若水資源承載狀況為不超載，則說明該區域尚有發展的潛力，可以適當提高規劃目標。

3 應用實例

以昌平區為應用案例，設置“本地資源”、“本地資源+再生水”和“本地資源+再生水+外調水”三個水資源方案，采用水資源承載人口數量計算法和水資源承載狀況分類評價法，對昌平區 2015年和 2020年三個方案的水資源承載能力進行計算分析和評價。

3.1 水資源承 人口數 計算

3.1.1 參數選取

通過供水預測，昌平區2015年和2020年本地資源供水量分別為26217萬m3和28067萬m3，本地資源+再生水供水量分別為33647和36467萬m3，本地資源+再生水+外調水供水量分別為 37325和42356萬m3，詳見表2。

表2 昌平區2015年和2020年水資源可供水 （單位：萬m3）

表4 昌平區水資源承 狀況評價（單位：萬人）

其它計算參數分別選取為：昌平區 2015年和2020年生態環境用水量分別為7474萬m3和8060萬 m3，生活用水定額均為 120L/人*d，人均 GDP需求標準分別為9.45萬元和12.6萬元（即1.5萬美元和 2.0萬美元），萬元 GDP生產用水量分別為15m3/萬元和10m3/萬元。

3.1.2 計算結果

采用水資源承載人口數量計算法，計算昌平區2015年和2020年三個水資源方案的水資源承載能力，計算結果如表3所示。

根據表3可知：（1）2015年和2020年“本地資源”的承載人口分別為107萬人和118萬人；（2）2015年和2020年“本地資源+再生水”的承載人口分別為147萬人和167萬人，分別比方案1的承載能力增加40萬人和49萬人；（3）2015年和2020年“本地資源+再生水+外調水”的承載人口分別為167萬人和202萬人，分別比方案1增加60萬人和84萬人，分別比方案2增加20萬人和35萬人，計算結果詳見表3。

3.2 昌平區水資源承 狀況評價

昌平區2015年和2020年規劃預測人口分別為188萬人和205萬人。采用水資源承載狀況分類評價方法，評價昌平區2015年和2020年三個水資源方案的水資源承載狀況。評價結果為：①“本地資源”的相對承載指數分別為1.75和1.74，承載狀況為中超載；②2015年和2020年“本地資源+再生水”的相對承載指數分別為1.28和1.23，承載狀況均為弱超載；③2015年和2020年“本地資源+再生水+外調水”的相對承載指數分別為1.13和1.01，承載狀況分別為弱超載和接近臨界狀態，評價結果詳見表 4。由評價結果可知，通過采用再生水回用（方案 2）和再生水回用及利用外調水（方案 3）等措施，可以明顯提高水資源承載能力并顯著改善水資源承載狀況。采用再生水回用措施，使 2015年和2020年的承載狀況，由方案1的中超載改善為方案2的弱超載；采用再生水回用和利用外調水措施，使2020年的承載狀況，由方案2的弱超載改善為方案3的接近臨界狀態，實質性改變了水資源承載狀況。

表3 昌平區水資源承 狀況評價

4 提 昌平區水資源承 能力的措施

研究區域水資源承載能力的最終目的是制定提高水資源承載能力的對策措施，改善水資源承載狀況，以水資源的可持續利用保障社會經濟的可持續發展。提高水資源承載能力的措施分為工程技術、經濟結構和管理與制度三大類，具體措施包括優化社會經濟發展布局、調整產業結構、改善生態環境、開源節流、調引外調水和實行最嚴格的水資源管理制度等等。

昌平區屬于資源性缺水地區，采用工程技術措施，可以明顯地提高區域水資源承載能力，具體措施主要為水資源循環利用和調用外調水。

第一，推進水資源的循環利用，挖掘本地資源潛力。水資源循環利用包括“自然”和“人工”兩個層面：“自然”循環，以生態、水資源保護為重點，開展水土保持，推廣雨洪利用工程，規劃到2020年通過采用新建水庫、治理坑塘洼地、治理廢棄沙坑和庭院屋頂集雨等措施增加蓄水能力1610萬m3；“人工”循環，以污水處理、再生水利用為重點，規劃 2020年前新建未來科技城、馬池口、陽坊、流村、小湯山、南沙河6座再生水廠，擴建昌平再生水廠和沙河再生水廠，預計 2020年再生水回用量達到8400萬m3，實現污水的處理再利用。

第二，適量利用外調水，爭取外部水源支持。為了緩解昌平區水資源供需矛盾，需要適量通過京密引水渠，調引密云水庫水源，作為規劃新建的昌平地表水廠和沙河地表水廠水源，預計 2020年利用外調水量5890萬m3，保障水廠供水安全。

5 結論

本文采用以水資源承載人口數量計算法和水資源承載狀況分類評價法，設置“本地資源”、“本地資源+再生水”和“本地資源+再生水+外調水”三個方案對昌平區2015年和2020年水資源承載能力進行計算分析和評價，結論如下：

（1）昌平區本地水資源總量不足和時空分布不均，本地水資源承載能力薄弱，承載狀況為中超采，不足以承載規劃的人口規模；

（2）通過再生水回用和利用外調水，可以明顯提高水資源承載能力并顯著改善水資源承載狀況，特別是 2020年的承載狀況由超載改善為接近臨界狀態，水資源承載狀況產生了實質性的改變；

（3）建議昌平區采用水資源的循環利用和調用外調水等工程措施，提高水資源承載能力，保障水資源可持續利用和社會經濟可持續發展。

1. 楊金鵬. 區域水資源承載能力計算模型研究[D]. 北京: 中國水利水電科學研究院, 2007.

2. 譚躍進, 陳英武, 易進先. 系統工程原理[M]. 長沙: 國防科學技術出版社, 1999.

3. 王浩, 秦大庸, 王建華, 李玲躍, 西北內陸干旱區水資源承載能力研究[J]. 自然資源學報, 2004, 19(2).