拉薩河流域水資源承載力評價與預測*

強巴次成 仁增歐珠 胡健

（1.西藏自治區水文水資源勘測局，西藏 拉薩 850000；2.中國科學院地理科學與資源研究所陸地水循環與地表過程重點實驗室，北京 100101；3.南京審計大學工程管理與審計學院，江蘇 南京 211815）

0 引言

水資源承載力通常是指一定時期內某區域在維護其生態環境健康發展的前提下，水資源系統能夠支撐該區域社會經濟系統可持續發展規模的最大能力[1-6]。因此，水資源承載力評價與預測研究對于保障區域可持續發展具有重要的指導意義。目前水資源承載力評價主要有指標優化評價方法和模型方法兩種技術途徑[7]。模型方法主要是通過構建物理模型對系統的演化過程進行模擬，實現對水資源承載力的動態評估和預測[8-11]。指標優化評價方法通過構建研究區內與水資源承載力相關的評價指標體系，并按照一定的目標函數和約束條件進行綜合優化評價，得到該地區水資源承載力的規模[12-16]。相比較而言，標優化評價方法不考慮各物理因素間復雜的內在聯系，因而對數據要求較低，尤其在資料缺乏地區得到了廣泛應用，但該方法的難點在于如何合理地優選指標體系[17-19]。

拉薩河流域是西藏自治區人口密度最大的流域，其水資源天然稟賦較好[20]，但水資源利用效率偏低，目前水資源仍有較高的開發潛力。然而，受限于數據資料缺乏等問題，目前關于拉薩河流域水資源承載力的研究較少。合理評估拉薩河流域水資源承載能力，可以為該流域經濟社會發展布局和戰略決策提供科學依據。為此，本文選擇2018 年為現狀年，以可持續發展為主要約束條件，利用標優化評價方法，建立該流域水資源綜合承載力量化模型，評價拉薩河流域水資源承載力現狀；并分析預測2019—2030年拉薩河流域水資源可承載度變化趨勢，為落實最嚴格水資源管理的用水總量控制和用水效率控制提供前提條件，也可為實現西藏自治區不同區域間的水資源優化配置提供借鑒和參考。

1 研究區概況

拉薩河發源于青藏高原念青唐古拉山中段南麓的彭錯孔瑪尕山，是雅魯藏布江流域內面積最大的支流，河道全長651km，流域內海拔落差達1620m，流域面積32896 km2。該流域地處半干旱區，氣候寒冷干燥，多年平均降水量約為532mm，但降水年內分配不均，大多數發生在夏季（5—9月）。流域年蒸發量約為2184mm，多年平均徑流量約為109.72億m3。

圖1 拉薩河流域地理位置圖

2 研究方法

2.1 水資源承載力模型

本研究在進行拉薩河流域水資源承載力評價時，以“能夠支撐的社會經濟可持續發展的最大規模”作為核心目標函數。實際評價過程中，水資源承載力主要受到社會經濟系統、水資源系統、生態環境系統之間的相互制約關系的影響，以此作為約束方程，具體描述如下：

（1）水資源可利用量Q可利用水量計算：

式中：α1表示區域內自產水資源量Q自產水量的利用系數；α2表示地下水資源量Q地下水量的利用系數。

（2）用（需）水量W用水量計算：

在現狀年以及歷史年份，主要是指區域實際用水量；在規劃水平年主要指區域需水量：

其中，W工業用水用工業產值與對應的工業萬元產值用水量的乘積進行求解；W農業用水用農業產值與對應的農業萬元產值用水量的乘積進行求解；W生活用水利用該區域人口數量與人均用水量的乘積進行求解；生態環境用水量W生態環境用水主要包括基本生態基流和環境污染稀釋用水量等。

此外，利用D=W用水量／Q可利用水量評估區域社會經濟發展對水資源的壓力程度。當D＞1 時，表明社會經濟用（需）水量超出水資源承載能力，且隨著D 值增加，超載程度越嚴重；當0＜D＜1 時，表明社會經濟用（需）水量處于水資源承載能力范圍之內。

（3）生態環境系統控制目標約束方程：

式中：WS表示污染物總量控制目標值；控制斷面濃度Cm不得大于其控制目標值CS；控制斷面流量不得小于其流量控制最小目標值QS；此外，監控點的地下水位Hm不得小于地下水位控制目標值HS。

2.2 水資源承載力預測方法

系統收集《西藏水資源統計年鑒》《西藏自治區水資源綜合規劃分區》《西藏統計年鑒》等資料，為本研究提供數據基礎。首先，采用人口自然增長法與曲線擬合法對拉薩河流域的社會經濟發展進行預測，然后，建立社會經濟、水資源、生態環境三部分之間的影響關系模型，對水資源承載力預測評估。最后，采用多級關聯綜合評價方法[21-22]對該復合系統各部分發展質量進行綜合評價。其中，影響關系模型包括以下部分：

（1）社會經濟-水量關系模型。利用公式（2）對拉薩河流域未來社會經濟發展的需水量進行分析預測。其中，進一步區分城市與農村人口數量以預測生活需水量W生活用水。

（2）社會經濟-生態環境關系模型。此處主要考慮社會經濟發展引起的污染物排放與地下水開采兩方面的影響：

（3）生態環境-水量關系模型。此處主要考慮包括河湖基本生態需水量W河湖需水、地下水補給需水量和環境污染稀釋需水量W污水稀釋：

其中：W河湖需水依據生態環境保護基本目標確定其生態基本需水量；式中：W地下水補給依據地下水位Hm與其控制目標值Hs的差距進行確定；W污水稀釋依據控制斷面濃度Cm與其控制目標值Cs的差距進行確定。

（4）可持續發展綜合指標測度。借鑒已有研究[21-22]采用可持續發展綜合指標測度綜合指標Z(T)，描述拉薩河流域經濟社會系統可持續發展的綜合程度：

式中：S(T)為社會經濟發展質量；W(T)為水資源質量；E(T)為生態環境質量；β1、β2、β3為三者的權重系數，此處統一取1/3；T 表示年份。S(T)、E(T)、W(T)取值在[0,1]之間，其值越大表明相應系統的發展質量越高。

綜合考慮拉薩河流域水資源特性、生態環境狀況和社會經濟發展規模等實際情況，構建水資源承載評價的綜合指標體系，并根據相關文獻資料[21-22]確定評價標準如表1。

表1 “社會經濟—水資源—生態環境”復合系統發展質量評價指標體系

3 結果分析

3.1 水資源承載力現狀評價

利用上述所構建的水資源承載力模型，選擇2018年為現狀年，對拉薩河流域水資源承載力現狀進行評價分析，結果如下：

3.1.1 可利用水資源總量計算。根據模型計算，2018年拉薩河流域地表水資源量為103.69 億m3。區域內地表水水資源豐富，由于受水利工程和水利設施所限，地表水水資源利用率很低，綜合利用系數在0.05左右。

3.1.2 生產用水量計算。2018 年拉薩河流域生產用水量為5.57 億m3，其中工業用水量為0.90 億m3，工業總產值為229.65 億元，工業萬元產值用水定額123m3/萬元，水資源利用效率較低；農業用水量3.99億m3，耕地面積57.03萬畝。

3.1.3 生活用水量計算。2018 年拉薩河流域生活用水量為0.68 億m3，城鎮綜合用水定額為271L/人；農村生活用水定額為67L/人。

3.1.4 生態環境需水量。采用水文學方法中的Tennant 法計算，即取年天然徑流量的百分比作為河流的生態需水量,并將年平均流量的10% 作為最小的河流生態需水量。根據《西藏自治區水資源公報》數據，計算2018 年拉薩河河流生態環境需水量為：10.37億m3。

3.1.5 水資源承載度計算。D=0.154，根據水資源可承載度的判別標準，處于良好的可承載能力范圍之內。

3.2 水資源承載力預測評估

3.2.1 復合系統發展預測。

3.2.1.1 社會經濟-水量關系模型。依據我國水資源利用的平均狀況，選取工業萬元產值用水量、農業灌溉用水定額和城鎮、農村生活用水定額，農業灌溉毛定額取P=50%用水定額，詳見表2。

表2 拉薩河流域各水平年用水定額

3.2.1.2 社會經濟-生態環境關系模型。該模型主要涉及參數為污水處理率δ、污水中某污染物處理后濃度C處理后、未處理時的濃度C未處理。根據拉薩河流域的水環境質量狀況，2025 年全區化學需氧量COD 比2018 年消減30%以上；2030 年工業污染源實現穩定達標排放，全區工業排放的化學需氧量在2025年基礎上消減5%.根據《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）確 定，β(2025)=100%；β(2030)=100%.2025 年污水排放達到一級排放標準，C處理后(2025)=60mg/L，C工業(2025)=100mg/L。其它參數確定見2018年現狀年分析。

3.2.1.3 生態環境-水量關系模型。參數確定見2018年現狀年分析。

根據所建模型和確定的參數，對西藏自治區拉薩河流域2019—2030 年社會經濟、水資源、生態環境的發展進行模擬預測（見表3），并對水資源承載力的預測分析。

表3 拉薩河流域“社會經濟－水資源－生態環境”系統預測分析結果

3.2.2 水資源可承載度變化分析。表3 結果表明，拉薩河流域水資源承載能力逐年下降，但水資源可利用量可以大大滿足生產和生活的水資源需求。具體表現在：

3.2.2.1 社會經濟的快速發展，總用水量逐年增加。隨著拉薩河流域工業化和城市化進程的加快，地區生產總值和人口增長速度均較快。預測2025 年該地區GDP 為4063.256 億元，人口為83.80 萬人，總用水量為19.66億m3；2030年該地區GDP將達到12186.49億元，總人口為105.77萬人，總用水量為22.61億m3。

3.2.2.2 不同行業的用水量變化存在差異。隨著拉薩河流域經濟的快速發展，工業用水量在逐年快速增加；隨著人口增長和生活水平得提高，生活用水也逐年增加；隨著農業灌溉技術得提高，農業用水逐年呈現增長趨勢。隨著城市化進程，城市河湖用水也逐年緩慢增加，但總體上所占比例很小。

3.2.2.3 由于拉薩河流域水資源量豐富，生產用水所占比重很小，因此不會對水環境質量狀況造成較大的影響。預計2019—2030年期間，區域內水環境質量仍會保持良好的狀態，主要以I～II類水為主。

3.2.3 拉薩河江流域可持續發展綜合測度。根據文中所建立的“社會經濟-水資源-生態環境”復合系統發展預測模型，以及多級關聯評估模型等，對該地區可持續發展綜合測度進行分析。

圖2 2019—2030年西藏拉薩河流域可持續發展測度圖

從計算結果看：由于該流域水資源豐富，可以滿足生產生活的用水需求，因此在2019—2030 年期間，水資源綜合測度的結果都處于良好的狀態。目前社會經濟發展水平較高，2019年社會經濟綜合測度結果約為0.74，2025水平年約為0.68，2030水平年約為0.64，整體呈緩慢下降趨勢，這主要是由于拉薩河流域城鎮化水平逐年提升，人均耕地面積逐年下降。生態環境系統綜合測度的結果較低，這主要是由于拉薩河流域森林植被覆蓋率很低，生態系統非常脆弱。整體上，拉薩河流域可持續發展水平達到0.6 左右，可持續發展程度有待提升。

4 結論

本文以“社會經濟-水資源-生態環境”復合系統各部分相互制約關系為基礎，以人口數量為目標函數，選取多個表征水資源量、生產、生活用水量、生態環境需水量和社會經濟的多個因素為量化指標，構建了水資源承載力模型。主要結論如下：

（1）以2018 年為標準年，評價了拉薩河流域水資源承載力現狀。發現當年拉薩河流域水資源總量103.69 億m3，地表水資源量豐富但綜合利用系數較低。水資源承載度D=0.154，處于良好的可承載能力范圍之內。

（2）2019—2030年拉薩河流域水資源可承載度變化趨勢有：隨著社會經濟的快速發展，拉薩河流域總用水量逐年增加。但由于該流域水資源豐富，可以滿足生產生活的用水需求；不同行業的用水量變化存在差異。生活用水、城市河湖用水和工業用水量均呈增加趨勢，其中工業用水量增加速度較快。而農業用水逐年呈現增長趨勢；拉薩河流域水質將依舊穩定在I～II類水平。

（3）拉薩河流域的綜合測度分析表明：2019—2030年期間，水資源綜合測度的結果將處于非常良好的狀態。但拉薩河流域可持續發展測度約為0.6，可持續發展程度有待提升。