区域水资源承 能力计算与评价方法——以北京市昌平区为例

杨金鹏 郭金燕 黄大英 王 萍

（北京市水利规划设计研究院 北京 100048）

水资源是一种战略性自然资源，对于维护区域生态环境安全和促进社会经济可持续发展具有重要意义，水资源承载力对一个国家或地区社会经济和生态环境的发展及其规模是至关重要的。

昌平区快速增长的用水需求与有限的水资源条件存在尖锐的矛盾：第一，本地水资源有限，人口的快速增长以及社会经济的迅速发展，加剧了水资源的用水紧张形势，有限的本地水资源难以支撑社会经济的可持续发展。第二，水资源的空间分布与昌平整体空间发展布局不协调，昌平东部地区为地下水贫水区，但该地区将是社会经济和人口增长较快的地区，对水量需求必然增加较快，造成水资源供需区位不协调的矛盾。昌平区本地水资源总量不足和时空分布不均，显示出研究水资源承载能力以及如何提高水资源承载能力的现实必要性和迫切性。

1 水资源承 能力的计算方法

目前对水资源承载能力的研究主要有两类：一类是定性分析方法，又称水资源承载能力的综合评价，是选择科学、合理水资源承载力评价指标体系反映水资源-社会经济-生态环境系统的发展规模与质量，采用有效的评价方法对不同时段、不同策略下水资源承载状况（水平）进行综合评价；另一类是定量计算方法，这种方法采用一定的研究模型或方法计算研究区内水资源所能承载的社会经济、生态环境及人口规模，给出具体的规模指标，如人口、GDP、林草面积等，研究方法主要有常规趋势法、简单定额估算法、多目标分析法和系统动力学法等。本文采用以水资源承载人口为综合表征指标的定量分析方法。

1.1 水资源承 能力的表征方法10

水资源承载能力是指：“在某一具体的历史发展阶段下，以可以预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为条件，经过合理的优化配置，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力。”水资源承载的直接客体是区域社会经济系统和生态环境系统，两大系统服务的终极承载对象是人口，衡量水资源承载能力大小的主要依据归根结底是承载的人口数量和相应的生活水平。人的生活质量需求包括生活、生产、生态三方面，相对应的水资源需要为生活需水、生产需水和生态需水。采用“水资源承载人口数量”这一综合性指标表征一个区域水资源承载能力，不仅直观，而且也便于不同水平年水资源承载能力的对比分析。

1.2 水资源承 能力的计算方法

以水资源承载人口数量为综合表征指标的水资源承载能力，是在可持续发展原则下，在一定经济技术水平下，在一定的生活福利标准下，区域可供水量所能支撑的最大人口规模。

“可持续发展原则”意味着水资源开发利用必须是可持续的，既不能动用不可更新的水资源，也不能占用生态需水而破坏生态系统的完整性；“一定经济技术水平”意味着区域特定的产业结构和用水效率水平；“一定的生活福利标准”意味着在特定阶段应该满足的人均GDP、人均生活用水量等生活需求标准。水资源承载能力的计算实际上是一个优化问题，即在一定的水资源可供水量、用水技术水平、福利水平等约束条件下，求区域水资源可以承载的最大人口数量。用数学模型可以概化如下：

目标函数：maxP

约束条件：

式中，

P为总人口，万人；WOP为水资源可供水量，万 m3；WP为生活用水量，万 m3；WGDP为生产用水量，万m3；WE为生态环境用水量，万m3；GDP为国内生产总值，万元；qP为生活用水定额，L/人*日；qGDP为万元GDP生产用水量，m3/万元；PGDP为人均GDP需求标准，万元/人。

由以上各式得到水资源承载人口P*为：

上式中，P*为水资源承载人口；WOP-WE表示国民经济可供水资源量，万m3；表示人均国民经济用水定额，m3/人。

2 水资源承 状况的评价方法

水资源承载状况评价采用分类评价法，根据水资源承载人口和规划水平年的预测人口，计算相对承载指数和绝对承载指数，据此评价区域水资源承载状况。

2.1 水资源承 状况评价指标

水资源承载状况评价的目的在于为区域水资源可持续发展提供对策。因此，分析的基本指标应是能够将水资源承载能力与规划水平年的预测人口有机地结合起来的综合指标。本文选取两个基本指标：（1）相对承载指数（Relative Carrying Index简写为RCI），即指现在或将来某一阶段的实际或预测人口数量与水资源承载人口之比值。（2）绝对承载指数（Absolute Carrying Index简写为ACI），即指现在或将来某一阶段的实际或预测人口数量与水资源承载人口之差值。这两个指标表示水资源承载人口与实际人口之间的关系，反映水资源的承载状况。

2.2 水资源承 状况分类系统

水资源承载状况的类型划分是水资源承载能力评价的基础，不同的类型是对水资源承载状况的综合概括。根据RCI和ACI值的大小，划分为三个基本类型：

（1）超载，即水资源承载能力小于实际人口量，人水关系呈不可持续发展状态，确定标准是RCI>1和ACI>0；

（2）临界，即水资源承载能力等于实际人口量，二者呈平衡状态，处于潜在危险之中，确定标准是RCI=1和ACI=0；

（3）不超载，即水资源承载能力大于实际人口量，人水关系呈可持续发展状态，确定标准是RCI<1和ACI<0。亚类型是把基本类型进一步划分为强、中、弱三类，具体标准见表1。

表1 水资源承 能力的分类系统及划分标准

根据水资源承载能力的评价结果可知：

若水资源承载状况为超载，则需调整战略，提高水资源承载能力，承载能力提高到本年度的最大时，若规划年的预测还高于水资源承载能力，则说明制定的发展目标已超过水资源承载能力，需适当调低；若水资源承载状况为临界状况，表明国民社会经济发展规模和发展速度与水资源承载能力相协调；若水资源承载状况为不超载，则说明该区域尚有发展的潜力，可以适当提高规划目标。

3 应用实例

以昌平区为应用案例，设置“本地资源”、“本地资源+再生水”和“本地资源+再生水+外调水”三个水资源方案，采用水资源承载人口数量计算法和水资源承载状况分类评价法，对昌平区 2015年和 2020年三个方案的水资源承载能力进行计算分析和评价。

3.1 水资源承 人口数 计算

3.1.1 参数选取

通过供水预测，昌平区2015年和2020年本地资源供水量分别为26217万m3和28067万m3，本地资源+再生水供水量分别为33647和36467万m3，本地资源+再生水+外调水供水量分别为 37325和42356万m3，详见表2。

表2 昌平区2015年和2020年水资源可供水 （单位：万m3）

表4 昌平区水资源承 状况评价（单位：万人）

其它计算参数分别选取为：昌平区 2015年和2020年生态环境用水量分别为7474万m3和8060万 m3，生活用水定额均为 120L/人*d，人均 GDP需求标准分别为9.45万元和12.6万元（即1.5万美元和 2.0万美元），万元 GDP生产用水量分别为15m3/万元和10m3/万元。

3.1.2 计算结果

采用水资源承载人口数量计算法，计算昌平区2015年和2020年三个水资源方案的水资源承载能力，计算结果如表3所示。

根据表3可知：（1）2015年和2020年“本地资源”的承载人口分别为107万人和118万人；（2）2015年和2020年“本地资源+再生水”的承载人口分别为147万人和167万人，分别比方案1的承载能力增加40万人和49万人；（3）2015年和2020年“本地资源+再生水+外调水”的承载人口分别为167万人和202万人，分别比方案1增加60万人和84万人，分别比方案2增加20万人和35万人，计算结果详见表3。

3.2 昌平区水资源承 状况评价

昌平区2015年和2020年规划预测人口分别为188万人和205万人。采用水资源承载状况分类评价方法，评价昌平区2015年和2020年三个水资源方案的水资源承载状况。评价结果为：①“本地资源”的相对承载指数分别为1.75和1.74，承载状况为中超载；②2015年和2020年“本地资源+再生水”的相对承载指数分别为1.28和1.23，承载状况均为弱超载；③2015年和2020年“本地资源+再生水+外调水”的相对承载指数分别为1.13和1.01，承载状况分别为弱超载和接近临界状态，评价结果详见表 4。由评价结果可知，通过采用再生水回用（方案 2）和再生水回用及利用外调水（方案 3）等措施，可以明显提高水资源承载能力并显著改善水资源承载状况。采用再生水回用措施，使 2015年和2020年的承载状况，由方案1的中超载改善为方案2的弱超载；采用再生水回用和利用外调水措施，使2020年的承载状况，由方案2的弱超载改善为方案3的接近临界状态，实质性改变了水资源承载状况。

表3 昌平区水资源承 状况评价

4 提 昌平区水资源承 能力的措施

研究区域水资源承载能力的最终目的是制定提高水资源承载能力的对策措施，改善水资源承载状况，以水资源的可持续利用保障社会经济的可持续发展。提高水资源承载能力的措施分为工程技术、经济结构和管理与制度三大类，具体措施包括优化社会经济发展布局、调整产业结构、改善生态环境、开源节流、调引外调水和实行最严格的水资源管理制度等等。

昌平区属于资源性缺水地区，采用工程技术措施，可以明显地提高区域水资源承载能力，具体措施主要为水资源循环利用和调用外调水。

第一，推进水资源的循环利用，挖掘本地资源潜力。水资源循环利用包括“自然”和“人工”两个层面：“自然”循环，以生态、水资源保护为重点，开展水土保持，推广雨洪利用工程，规划到2020年通过采用新建水库、治理坑塘洼地、治理废弃沙坑和庭院屋顶集雨等措施增加蓄水能力1610万m3；“人工”循环，以污水处理、再生水利用为重点，规划 2020年前新建未来科技城、马池口、阳坊、流村、小汤山、南沙河6座再生水厂，扩建昌平再生水厂和沙河再生水厂，预计 2020年再生水回用量达到8400万m3，实现污水的处理再利用。

第二，适量利用外调水，争取外部水源支持。为了缓解昌平区水资源供需矛盾，需要适量通过京密引水渠，调引密云水库水源，作为规划新建的昌平地表水厂和沙河地表水厂水源，预计 2020年利用外调水量5890万m3，保障水厂供水安全。

5 结论

本文采用以水资源承载人口数量计算法和水资源承载状况分类评价法，设置“本地资源”、“本地资源+再生水”和“本地资源+再生水+外调水”三个方案对昌平区2015年和2020年水资源承载能力进行计算分析和评价，结论如下：

（1）昌平区本地水资源总量不足和时空分布不均，本地水资源承载能力薄弱，承载状况为中超采，不足以承载规划的人口规模；

（2）通过再生水回用和利用外调水，可以明显提高水资源承载能力并显著改善水资源承载状况，特别是 2020年的承载状况由超载改善为接近临界状态，水资源承载状况产生了实质性的改变；

（3）建议昌平区采用水资源的循环利用和调用外调水等工程措施，提高水资源承载能力，保障水资源可持续利用和社会经济可持续发展。

1. 杨金鹏. 区域水资源承载能力计算模型研究[D]. 北京: 中国水利水电科学研究院, 2007.

2. 谭跃进, 陈英武, 易进先. 系统工程原理[M]. 长沙: 国防科学技术出版社, 1999.

3. 王浩, 秦大庸, 王建华, 李玲跃, 西北内陆干旱区水资源承载能力研究[J]. 自然资源学报, 2004, 19(2).