哈密市水資源承載力動態評價

郭 偉

我國西北干旱半干旱地區的水資源短缺問題由來已久，隨著以暖干化為主要趨勢的氣候演變和經濟社會發展水平的提升，水資源時空分布不確定性增加，人們對水資源的依賴性逐漸加強，并且水資源也已成為區域生態環境與經濟可持續發展的制約因素[1～2]。統籌區域水資源數量、質量及其分布特征，以做好水資源管理和優化配置，是建設水生態文明的題中之義，而掌握區域水資源對經濟、人口的荷載能力，是其重要內容之一。關于水資源承載力的評價，相關學者側重于其指標體系、評價模型的研究，雖國內外許多學者提出了水資源承載力不同的概念與表達模型，但至今尚未形成統一的認識[3]。通常認同的是，水資源承載力為區域在某一階段經濟技術背景下，經合理調配、統籌規劃，在不損害水資源環境及其可持續能力條件下，水資源對該地區社會經濟發展的支撐能力。哈密市是我國典型的水資源缺乏地區，改革開放以來該地經濟結構逐漸升級、區域人口增加，水資源供需形勢不容樂觀。本文以此為案例區，旨在闡明近16年來哈密市水資源承載力動態變化，以期為區域資源規劃、生態設計提供參考依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

哈密市地處西北腹地、新疆東部天山山麓，區域地廣人稀，總面積面積15.32萬 km2，人口約60萬人。天山余脈橫綿中部，地勢中西部較高，區域海拔范圍為-43～4308 m，形成高山、平原、盆地地貌。哈密市位于中緯度亞歐大陸腹地，由于天山山脈橫亙地區，加之山脈南、北兩側多為荒漠、戈壁，哈密市域大部主要處于哈密盆地上。由于地處中高緯度內陸，海洋水汽難以到達，形成溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨、溫差較大，多年平均氣溫和降水量為4.3℃、74 mm，區域光照時間長，日照時數為3549 h，蒸發量高達1652 mm。植被以高山草甸、溫帶灌木林、落葉闊葉林為主，主要集中于中西部山地區，其他大部分地區為荒漠、戈壁。哈密市水資源以地表徑流、地下水為主，前者由冰雪融水匯流而成，河流短促、流量較小，地表水資源總量為10.32×108m3；區域地下水豐富，水質較好且埋藏深度較淺，哈密市多年平均水資源總量為79.21×108m3。由于氣候干旱、自然環境惡劣，哈密市水資源供需平衡難以得到有效保證。

1.2 水資源承載力評價指標體系

指標體系將資源承載力從多維度細化為某一具體的可量化指標因子，構建合理的指標體系是水資源承載力研究的關鍵內容。許多專家認為篩選指標因子需遵循科學性、可操作性、完整性、獨立性的原則，既要兼顧水資源承載力的自然屬性、社會屬性，更要考慮期間的復雜管理、影響。通過借鑒相關學者研究經驗[2～4]，將水資源承載力劃分為壓力、狀態、響應等3個維度，然后依據維度特征確定指標因子。壓力維表示人口、經濟社會發展對水資源供應產生的壓力，狀態維表征為應對水資源壓力，對水資源做出相應配置、規劃后水環境呈現的狀態，響應維表征人們意識到水資源環境惡化后而采取的改良措施。壓力-狀態-響應框架在生態環境評價領域得到廣泛應用，本研究水資源承載力評價指標體系如表1所示。

表1 哈密市水資源承載力評價指標體系

1.3 水資源承載力評價方法

1.3.1 指標歸一化

水資源承載力指標具有表意、量綱差異，不便于在評價模型中進行互比或直接量算，因子需采用歸一化方法規避量綱差異，公式如下[5]：

式中：yij為歸一化后指標數值，其值域在[0,1]之間，數值越大，表明水資源承載力越安全。xij表示第i年第j項指標原始值，maxxj和minxj分別表示第j項指標中最大值和最小值。

1.3.2 權值計算

各項指標對水資源承載力的貢獻程度存在差異，對此一般賦以權值進行量算。通常賦權的方法有AHP法、Delphi法、專家打分法，客觀賦權法有熵權法、主成分分析法、因子分析法等，其中主觀賦權受臆斷影響加大，并對區域水資源承載力本底數據特征考慮較少；而因子分析和主成分法受數據噪聲影響強烈，單一指標的某一數據過大或過小，均能引起權值較大變化。綜合考慮，本文選取熵權賦值[6]，如下：

據此得到哈密水資源承載力各項指標權值，如表1）。

1.3.3 水資源承載力評價

將各項指標標準化值與指標貢獻值加權求量化表達區域水資源承載力公式為：

式中，Ei為水資源承載力指數，其值域為[0,1]，依據等分法原理，將其分為5級：[0,0.2）為不安全，[0.2,0.4）為較不安全，[0.4,0.6）臨界安全，[0.6,0.8）為較安全，[0.8,1]為安全，如表2。

表2 水資源承載力評價標準

表3 哈密市水資源承載力評價結果

2 哈密市水資源承載力動態分析

2.1 哈密市水資源承載力壓力維度分析

基于前述研究方案，得到研究時域2000～2016年哈密市水資源承載力各維度指數及其評價結果。由表3可知，2000～2016年哈密市水資源承載力壓力維指數呈現波動特征，其數值介于0.2416～0.5819之間，由臨界安全演變至較不安全，表明近17年來哈密市水資源壓力加大。新世紀以來隨著西部大開發計劃，哈密市著力發展能源、觀光旅游、現代農業，相應地其工業化和城市化進入快速發展時期，于是相當部分土地被征收，生態用地被擠占，對水資源開發力度加大。不僅破壞了水源涵養能力，也造成土壤、水源污染等系列問題。在這些因素的影響下，全市水資源面臨沉重壓力。2000～2008年全市水資源承載力壓力維度為臨界安全，于2009～2016年惡化至較不安全，主要原因在于區域需水模數、人口增加的緣故。

2.2 哈密市水資源承載力狀態維度分析

如表3所示，哈密市水資源承載力狀態維度由2000～2001年的較不安全轉化為2002～2014年的臨界安全，并于2015～2016年逐漸優化為較安全級別。原因在于森林覆蓋率、供水模數與降水量指標數值之間的消長。20世紀末哈密市森林覆蓋率不足22%，隨著退耕還林還草工程的實施，區域人工林草地迅速增加2015年的26.3%，區域水土保持能力加強，確保了地表水資源供應。同時隨著氣候變化加劇，哈密地區近16年的降水量較之于以往年份有所增多，這也為區域水資源循環提供了條件。然后供水模數的增加，表明地區需水量依然加劇，在此綜合影響下，哈密市水資源承載力狀態維度總體趨于優化。

2.3 哈密市水資源承載力響應維度分析

如表3所示，2000～2016年水資源承載力響應維度指數由0.2538呈起伏升高至0.5766，由較不安全變為臨界安全，雖有波動，但其總體趨勢較好。這主要得益于哈密市生態環境建設力度加大與水環境保護措施的實施。上世紀末哈密地區啟動防風治沙工程，并相繼出臺《哈密地區環境保護條例》、《哈密地區水資源管理條例》、《哈密地區基本農田保護條例》、《天山生態保護條例》等一系列政策法規，以切實推進資源環境保護與環境治理的實施，日趨重視生態環境建設，水土流失得到有效遏制，并加大了污水排放的管理力度。可見，人為主導的水生態環境修復工程對水資源承載力的維護產生了積極意義。

2.4 哈密市水資源承載力動態評價

監測期哈密市水資源承載力指數由0.3319攀升至0.5763，逐漸從較不安全發展至臨界安全水平，水資源安全格局不斷改善。水資源承載力是壓力、狀態、響應維度綜合作用的結果。擬合分析可知（圖1），狀態、響應系統與土地生態系統安全指數演變趨勢一致，擬合度較好，而壓力系統變化方向與其相反，且擬合略差；表明狀態與響應維度對水資源承載力良性發展起著主導作用；壓力維度則是其制約因素。

圖1 擬合分析圖

3 結論及建議

3.1 結論

基于PSR模型構建哈密市水資源承載力評價指標體系，對2000～2016年哈密市水資源承載力進行評價，得到研究區水資源承載力動態特征：較不安全—臨界安全,呈良性發展，但具雙重演化特性：壓力維度有退化態勢，狀態與響應維度逐漸好轉。研究時域內哈密市水資源承載力趨于優化，主要歸功于生態環境建設力度加強以及大力推進水環境保護與污染治理。而當前哈密水資源承載力并不高。

3.2 建議

①規范水資源開發與生態環境治理體系，合理有序利用水資源的同時強化環境責任意識和環保投入，把對環境對破壞和污染降到最小。②改善用水結構,提升用水效率,大力發展和推廣農業高新技術，因地制宜安排農業生產，合理推廣旱區農作物品種和栽培技術。③珍惜保護水資源，科學調水引水，確保水資源安全；完善農田水利設施建設。④持續推行以天然林保護、宜林荒山荒地造林種草、陡坡耕地退耕還林(草)及防風治沙工程為主的生態環境建設，積極防控生態災害；科學開辟森林公園和自然保護區，保護野生動物、林草覆被、濕地水域等。

[1]夏軍,朱一中.水資源安全的度量:水資源承載力的研究與挑戰[J].自然資源學報,2002,17(3):262-269.

[2]王靜,周慶華.西安段秦嶺北麓旅游水資源承載力[J].西北大學學報:自然科學版,2015,45(6):996-1000.

[3]王建華,翟正麗,桑學鋒,等.水資源承載力指標體系及評判準則研究[J].水利學報,2017,48(9):1023-1029.

[4]郭倩,汪嘉楊,張碧.基于DPSIRM框架的區域水資源承載力綜合評價[J].自然資源學報,2017,32(3):484-493.

[5]劉雅玲,羅雅謙,張文靜,等.基于壓力—狀態—響應模型的城市水資源承載力評價指標體系構建研究[J].環境污染與防治,2016,38(5):100-104.