基于用水水平预测的云南寻甸水资源可承载能力研究

李 菊

水资源是自然生态健康以及人类生存和发展不可替代的基础资源。在人类活动较为频繁的区域，都不同程度地存在水资源短缺和水环境恶化问题，在许多地区已成为制约区域社会经济发展的重要因素，甚至出现了“以水定产”的局面［1-4］。因此，自20世纪80年代联合国教科文组织提出资源承载力的概念以来，水资源承载力研究逐渐引起政府部门和学术界的高度关注［5-7］。

我国学者结合自身的研究实践，对水资源承载力的理解也不断发展。施雅风等［8］认为水资源承载力是指某一时期在不破坏社会和生态系统前提下区域水资源最大可承载的农业、工业、城市规模和人口水平。惠泱河等［9］认为水资源承载力是指在可预见的技术发展水平下，以可持续发展为前提，水资源优化配置后对区域社会经济发展的最大支撑能力。夏军等［10］认为水资源承载力指在维护生态良性循环和可持续发展前提下，某一区域特定发展阶段水资源系统能够支撑的最大社会经济规模和人口数量。龙腾锐等［11］认为水资源承载力是指水管理和社会经济达到最优化时区域水生态系统所能承载的最大可持续发展水平。刘晓等［12］认为水资源承载力是水资源承载水平的稳定最大值。从这几种具有代表性的水资源承载力定义来看，均强调水资源承载力是保障自然生态健康条件下对人类社会经济发展的最大支撑能力，即水资源承载力有其特定的经济社会内涵和生态内涵［13-16］，但由于各地区和各时期的技术水平和经济社会发展水平不同，水资源所能承载的经济社会规模及水平也存在差异。在水资源承载力核算中，技术水平和经济社会发展水平主要体现在优化配置前提下的各类用水水平上，而生产用水在用水结构中一般占主导地位，因此区域水资源承载能力很大程度上可用一定用水水平基础上水资源所能承载的最大经济规模来表征。

寻甸县作为云南省省会城市昆明的郊县，不仅承担着向昆明调水的任务，还要保障当地社会经济快速发展对水资源的需求，水资源系统压力日益增加。利用单位GDP综合耗水量评判法，结合寻甸县经济社会发展规划，分析各类用水水平，构建区分是否考虑未消耗水资源重新利用的水资源承载力分析计算方法，量化研究寻甸县不同时期水资源所能支撑的最大经济规模，为区域发展规划决策提供科学依据。

1 研究区概况

寻甸回族彝族自治县位于昆明市东部，国土面积2 809.55 km2（不含由倘甸产业园区、轿子山旅游开发区托管区域），地势中部与北部高，东南部与西部低，海拔在1 665～3 294.7 m之间。区域属北亚热带湿润季风气候，降水和径流时空分布不均，加之地形复杂，相对高差大，区域内气候差异明显，多年平均降水量约1 000 mm，雨季（5～10月）降水量占全年的80%以上，多年平均水资源量13.175亿m3，其中地下水资源量3.26亿m3。

由于昆明城区水资源紧张而寻甸县水资源相对丰富，寻甸县成为昆明城区调水工程的主要水源区之一。根据寻甸县水利统计资料，截至2012年底，寻甸县共建成各类蓄水工程219件，总库容达17 871万m3，兴利库容10 461万m3；引水工程15件，设计年引水量2 843万m3；提水泵站317处，设计年提水量3 096万m3；配套机电井5眼，设计供水能力30万m3；泉水引用130万m3。水利工程总设计供水能力约为16 560万m3，占本区产水量的12.6%。寻甸县内的调水水源清水海多年平均总入湖量为12 975万m3，多年平均供水量为11 144万m3，但仅向寻甸县供水1 657万m3，其余水量供昆明东城和航空城用水。牛栏江-滇池补水工程取水规模多年平均为5.88亿m3，引水断面德泽水库以上集水面积4 551 km2，其中昆明市（主要为寻甸县和嵩明县）集水面积2 275.8 km2，约占德泽断面以上集水面积50%，按面积比例计算，则多年平均调水量为2.94亿m3。由于嵩明县社会经济发展程度相对较高且缺水严重，已无力承担调水任务，该调出水量实际上全部计入了寻甸县。由于清水海集水和引水流域以及德泽水库以上集水面积50%均位于寻甸县范围内，在计算水资源开发利用率时应将其归入寻甸县，但在计算可利用水资源量时仅考虑向寻甸县供水部分。寻甸县水资源开发利用量为4.965亿m3，占本区域水资源量的37.69%，水资源开发利用程度较高。

2 水资源可承载经济规模核算方法与步骤

2.1 核算方法

水资源承载力核算包括现状评价和情景预测［17］。因此，区域水资源承载能力的计算必须建立在一定的水资源利用能力和经济社会发展水平基础上，即对应某一发展时段来计算水资源对经济规模的承载能力。区域水资源可承载经济规模核算方法采用中国水利水电科学研究院在全国水资源综合规划项目中提出的单位GDP综合耗水量评判法。由于实际上难以做到充分利用未消耗水，因此水资源可承载经济规模处于从需水角度与从耗水角度计算的承载规模之间。

在水资源可利用量确定的条件下，单位GDP综合需水量或耗水量可由区域经济结构和用水效率计算得到，并可根据区域现有经济基础和发展规划对未来经济发展作出相应预测，确定不同发展水平下的产业结构和各产业水利用效率。从用水结构来看，生产性用水一般占总用水的绝大部分，因此承载水平的高低最终主要取决于生产用水效率的高低。区域经济发展水平决定了产业结构、用水效率和耗水率，而该状况下的总经济规模又确定了生产所需耗水总量和单位GDP综合需水量或耗水量。可供生产使用的水资源量结合单位GDP综合需水量或耗水量即可计算得到经济规模，即区域水资源的经济承载能力。

2.2 计算步骤

（1）确定用水效率。即不同水平年下的各产业比重Pi及万元产值用水定额Ei、利用系数Ri和耗水率Si。

（2）计算生产需水量或耗水量。依据不同水平年各产业用水净定额、利用系数和耗水量计算得到不同承载水平下的生产需水量或耗水量Hu：

（3）计算单位GDP综合需水量或耗水量Uc，即生产需（耗）水量除以GDP总量。

（4）计算可用于生产的水资源量，即水资源可利用总量扣除生活用水和河道外生态用水的水资源量。

（5）计算可承载的经济规模。可用于生产的水资源量除以单位GDP综合需水量或耗水量，即可得到不同水平年的水资源可承载经济规模。

3 可供水资源量与用水水平预测

3.1 可供水资源量预测

寻甸县为缓解供水不足，已规划建设一批蓄水水利工程。根据《寻甸县水中长期供求规划报告》（2012年11月），2013～2020年期间计划投资51 917.9万元新建水库8座，扩建水库1座，新增库容15 44.41万m3，年均增加可供水量1 270.7万m3；2021～2030年期间计划投资45 098.7万元新建水库21座，扩建水库3座，新增库容1 421.1万m3，年均增加可供水量1 169.3万m3。此外，在仁德镇打两口300 m深井作为应急水源工程。据此计算，寻甸县2020年可供水资源量为17 830.7万m3，2030年可供水资源量为19 000万m3，2025年可供水资源量取2020年和2030年的平均值。考虑向外调水水量，寻甸县2020年和2030年区域水资源开发利用程度将分别达到47.9%和48.8%。

3.2 用水水平预测

3.2.1 生活需水

寻甸县2012年末总人口为41.31万人，其中城镇人口8.93万人。参照《寻甸县国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，人口自然增长率取6.0‰，考虑金锁、塘子、先锋、羊街四片工业园区及其区域农业人口的城市化，预测不同水平年人口数量。同时，结合《云南省地方标准用水定额》（DB53/T 168-2013）确定不同水平年生活用水定额，预测生活需水量（见表1）。

3.2.2 第一产业需水

寻甸县2012年总耕地面积25 687 hm2，其中，粮食主产区万亩以上的坝子有仁德、果马、鸡街。千亩以上的坝子有七星、河口、功山、柯渡、先锋、尹武、可郎、摆宰。根据近5 a的《寻甸县国民经济和社会发展统计年鉴》分析，寻甸县耕地面积年均递减率为0.28%。

根据2012年的统计年鉴，寻甸县（不含两区托管部分）有效灌面为18 393 hm2，以此作为现状年农田灌溉面积控制。按年均0.28%递减率计，则2020，2025年和2030年耕地灌溉面积分别为17 987，17 733 hm2和17 487 hm2。根据寻甸县水利规划，2020，2025年和2030年规划新增灌溉面积2 240、807 hm2和1 073 hm2，则2020，2025年和2030 年灌溉面积分别为 20 226，20 780 hm2和 21 606 hm2。2012年寻甸县农田综合灌溉定额为25.33 m3/hm2，2020，2025年和2030年农田综合灌溉定额分别取24.16，23.47 m3/hm2和22.78m3/hm2。区域现状的灌溉水利用系数为0.50，随着灌区工程配套节水改造的实施，2020，2025年和2030年寻甸县灌溉水利用系数将分别达到0.58，0.62和0.65。

根据《寻甸县国民经济和社会发展统计年鉴》和《寻甸县畜牧业“十一五”完成情况及“十二五”规划》，寻甸县2012年末大牲畜为20.32万头，2013～2020年和2020～2030年期间大牲畜年增长率分别为4.0%和3.0%。2012年末小牲畜为60.90万头，2013～2030年期间年增长率为2.4%。2012年末家禽175.58万只，2013～2030年期间年增长率分别为2.8%。用水定额根据《云南省地方标准用水定额》（DB53/T 168-2013）确定。

寻甸县各水平年第一产业需水量预测见表2。

3.2.3 第二产业需水

根据《寻甸县国民经济和社会发展统计年鉴》，寻甸县2012年全部工业总产值为38.30亿元，工业增加值8.92亿元。全县工业用水量1 494万m3，万元工业总产值用水量39.0 m3。结合《寻甸县国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《寻甸特色产业园区总体规划〔修编〕》（2012～2030年），预计2020年，工业园区总产值达250亿元，占全县工业产值的比重达到80%以上，工业增加值达到85.76亿元；预计2030年，工业园区总产值达560亿元，占全县工业产值的比重达到90%以上，工业增加值达到203.03亿元。预测至2020年，全县工业总产值达300亿元；工业增加值可达102.9亿元；2025年，工业总产值466亿元，工业增加值163.9亿元；2030年工业总产值616亿元，工业增加值223.3亿元。随着生产水平和技术水平的提高，工业用水定额也将在一定程度上减小，2020，2025年和2030年万元工业总产值用水量分别取35.0，30.0 m3/万元和25.0 m3/万元，结合各阶段水利用系数，可预测2020，2025年和2030年工业需水量。

表1 寻甸县生活需水预测成果

表2 寻甸县第一产业需水预测成果

寻甸县2012年建筑施工面积588 789 m2，参照云南省地方标准《用水定额》（DB53/T168-2013），取用水定额1.4 m3/m2，净用水量为82.43万m3。根据寻甸县发展规划，2020年前为建设高峰期，之后逐步放缓，因此，2020，2025年和2030年建筑施工面积分别取2012年的1.5，1.3倍和1.2倍。各水平年取用水定额仍取1.4 m3/m2，结合各阶段水利用系数，则可预测2020，2025年和2030年建筑业需水量。

寻甸县各水平年第二产业需水量预测见表3。

3.2.4 第三产业需水

第三产业需水主要考虑旅游服务业和公共服务业。2012年寻甸县接待旅客36万人次，综合用水定额取150 L/（人次·d），则2012年旅游业净需水量5.4万m3。根据《寻甸县旅游十二五发展规划》，旅游人次年均增长12.0%，至2020年接待89.13万人次；2021～2030年将在2020年的基础上年均增长10.0%，则2025年接待143.55万人次，2030年接待231.19万人次。新建凤龙湾文化旅游城规划2020年接待350万人次游客，2025年接待475万人次，2030年接待600万人次，旅游服务业用水按每人次在园区居住2 d计，用水定额按200 L/（人·d）。参照《云南省地方标准用水定额》（DB53/T168-2013），公共服务业按城镇人口用水定额50 L/（人·d）计算。寻甸县各水平年第三产业需水量预测见表4。

3.2.5 生态环境需水

生态环境需水仅需考虑河道外生态环境用水，即城镇绿地灌溉及其道路喷洒需水。根据《寻甸县国民经济和社会发展第十二个五年规划》，2011年建成区绿化覆盖率保持40%以上、绿地率保持35%以上、人均公共绿地面积保持10 m2以上。2012年建成区面积约3.8 km2，绿地面积约为1.33 km2。规划“十二五”末期城镇人口人均公共绿地面积需达到12 m2，未来人均公共绿地面积按不低于12 m2/人的要求，由此可得到各水平年的城镇公共绿地面积。参照云南省地方标准《用水定额》（DB53/T168-2013），市内、小区绿化、道路绿化浇灌3 L/（m2·次），寻甸县需要浇灌的旱季约为半年，按3 d浇灌一次，年均浇灌60 d，定额0.18 m3/（m2·a）。城市道路和广场面积约占建成区面积的5%，浇洒用水定额取2.0 L/（m2·次），年均浇洒按60 d计，定额0.12 m3/（m2·a）。寻甸县各水平年河道外生态环境需水量预测见表5。

表3 寻甸县第二产业用水量预测成果

表4 寻甸县第三产业用水量预测成果

表5 寻甸县河道外生态需水量预测成果 万m3

3.3 用水消耗率

结合寻甸县各类用水的实际耗水水平，确定寻甸县各水平年各类用水耗水率。由表6可知，生态环境、农业灌溉、畜牧养殖、建筑业用水消耗率较高，工业用水消耗率较低，但随着用水效率的提高将不断增高；集中供水的城镇生活用水和第三产业用水消耗率较低，而分散供水的农村生活用水和畜牧养殖用水消耗率较高，但随着未来集中供水程度的提高，其用水消耗率将随之降低。

表6 寻甸县各类用水消耗率

4 寻甸县水资源可承载经济规模核算

将第一产业、第二产业、第三产业需水量相加，得到生产需水量，再将生产需水量结合其用水消耗率，即可得到生产耗水总量。根据水资源承载能力计算步骤，先根据各规划水平年规划GDP总量、生产需水量和生产耗水总量，计算得到单位GDP需水量和耗水量。由表7可知，寻甸县单位GDP需水量和耗水量在2020～2030年期间逐步下降，主要与寻甸县在缺水压力下大幅提高规划生产用水效率有关。

表7 寻甸县单位GDP需水量和耗水量

将可供水量扣除生活需水量和生态环境需水量，即可得到生产可供水量。然后，根据单位GDP需水量和耗水量及各水平年生产可供水量，分别计算可承载经济规模。由表8可知，2020，2025年和2030年按需水可承载经济规模均小于规划经济规模，说明即使考虑未消耗水二次利用，按规划用水效率仍不能支撑规划经济规模。

表8 寻甸县可承载经济规模

5 结语

协调好水资源与发展规模的关系，做好水资源优化配置，是解决水资源短缺问题有效途径。在水资源短缺区域，水资源承载能力是制定区域发展规划的重要依据。从需水角度和耗水角度的研究结果表明：2020年水资源可承载经济规模为172.52亿～328.06亿元，2025年水资源可承载经济规模为248.78亿～486.66亿元，2030年水资源可承载经济规模为319.66亿～592.81亿元；各规划年水资源可承载经济规模均比当年规划经济规模小，说明即使考虑未消耗水二次利用，按规划用水效率仍不能支撑规划经济规模。鉴于寻甸县现状水平年水资源开发利用程度较高，并在规划水平年进行了充分挖潜，故应进一步提高用水效率，并在滇中引水工程建成实现向昆明供水后，适当减少寻甸县向昆明城区调水量，否则难以满足寻甸县规划经济规模对水资源的需求。

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