哈密市水资源承载力动态评价

郭 伟

我国西北干旱半干旱地区的水资源短缺问题由来已久，随着以暖干化为主要趋势的气候演变和经济社会发展水平的提升，水资源时空分布不确定性增加，人们对水资源的依赖性逐渐加强，并且水资源也已成为区域生态环境与经济可持续发展的制约因素[1～2]。统筹区域水资源数量、质量及其分布特征，以做好水资源管理和优化配置，是建设水生态文明的题中之义，而掌握区域水资源对经济、人口的荷载能力，是其重要内容之一。关于水资源承载力的评价，相关学者侧重于其指标体系、评价模型的研究，虽国内外许多学者提出了水资源承载力不同的概念与表达模型，但至今尚未形成统一的认识[3]。通常认同的是，水资源承载力为区域在某一阶段经济技术背景下，经合理调配、统筹规划，在不损害水资源环境及其可持续能力条件下，水资源对该地区社会经济发展的支撑能力。哈密市是我国典型的水资源缺乏地区，改革开放以来该地经济结构逐渐升级、区域人口增加，水资源供需形势不容乐观。本文以此为案例区，旨在阐明近16年来哈密市水资源承载力动态变化，以期为区域资源规划、生态设计提供参考依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

哈密市地处西北腹地、新疆东部天山山麓，区域地广人稀，总面积面积15.32万 km2，人口约60万人。天山余脉横绵中部，地势中西部较高，区域海拔范围为-43～4308 m，形成高山、平原、盆地地貌。哈密市位于中纬度亚欧大陆腹地，由于天山山脉横亘地区，加之山脉南、北两侧多为荒漠、戈壁，哈密市域大部主要处于哈密盆地上。由于地处中高纬度内陆，海洋水汽难以到达，形成温带大陆性干旱气候，干燥少雨、温差较大，多年平均气温和降水量为4.3℃、74 mm，区域光照时间长，日照时数为3549 h，蒸发量高达1652 mm。植被以高山草甸、温带灌木林、落叶阔叶林为主，主要集中于中西部山地区，其他大部分地区为荒漠、戈壁。哈密市水资源以地表径流、地下水为主，前者由冰雪融水汇流而成，河流短促、流量较小，地表水资源总量为10.32×108m3；区域地下水丰富，水质较好且埋藏深度较浅，哈密市多年平均水资源总量为79.21×108m3。由于气候干旱、自然环境恶劣，哈密市水资源供需平衡难以得到有效保证。

1.2 水资源承载力评价指标体系

指标体系将资源承载力从多维度细化为某一具体的可量化指标因子，构建合理的指标体系是水资源承载力研究的关键内容。许多专家认为筛选指标因子需遵循科学性、可操作性、完整性、独立性的原则，既要兼顾水资源承载力的自然属性、社会属性，更要考虑期间的复杂管理、影响。通过借鉴相关学者研究经验[2～4]，将水资源承载力划分为压力、状态、响应等3个维度，然后依据维度特征确定指标因子。压力维表示人口、经济社会发展对水资源供应产生的压力，状态维表征为应对水资源压力，对水资源做出相应配置、规划后水环境呈现的状态，响应维表征人们意识到水资源环境恶化后而采取的改良措施。压力-状态-响应框架在生态环境评价领域得到广泛应用，本研究水资源承载力评价指标体系如表1所示。

表1 哈密市水资源承载力评价指标体系

1.3 水资源承载力评价方法

1.3.1 指标归一化

水资源承载力指标具有表意、量纲差异，不便于在评价模型中进行互比或直接量算，因子需采用归一化方法规避量纲差异，公式如下[5]：

式中：yij为归一化后指标数值，其值域在[0,1]之间，数值越大，表明水资源承载力越安全。xij表示第i年第j项指标原始值，maxxj和minxj分别表示第j项指标中最大值和最小值。

1.3.2 权值计算

各项指标对水资源承载力的贡献程度存在差异，对此一般赋以权值进行量算。通常赋权的方法有AHP法、Delphi法、专家打分法，客观赋权法有熵权法、主成分分析法、因子分析法等，其中主观赋权受臆断影响加大，并对区域水资源承载力本底数据特征考虑较少；而因子分析和主成分法受数据噪声影响强烈，单一指标的某一数据过大或过小，均能引起权值较大变化。综合考虑，本文选取熵权赋值[6]，如下：

据此得到哈密水资源承载力各项指标权值，如表1）。

1.3.3 水资源承载力评价

将各项指标标准化值与指标贡献值加权求量化表达区域水资源承载力公式为：

式中，Ei为水资源承载力指数，其值域为[0,1]，依据等分法原理，将其分为5级：[0,0.2）为不安全，[0.2,0.4）为较不安全，[0.4,0.6）临界安全，[0.6,0.8）为较安全，[0.8,1]为安全，如表2。

表2 水资源承载力评价标准

表3 哈密市水资源承载力评价结果

2 哈密市水资源承载力动态分析

2.1 哈密市水资源承载力压力维度分析

基于前述研究方案，得到研究时域2000～2016年哈密市水资源承载力各维度指数及其评价结果。由表3可知，2000～2016年哈密市水资源承载力压力维指数呈现波动特征，其数值介于0.2416～0.5819之间，由临界安全演变至较不安全，表明近17年来哈密市水资源压力加大。新世纪以来随着西部大开发计划，哈密市着力发展能源、观光旅游、现代农业，相应地其工业化和城市化进入快速发展时期，于是相当部分土地被征收，生态用地被挤占，对水资源开发力度加大。不仅破坏了水源涵养能力，也造成土壤、水源污染等系列问题。在这些因素的影响下，全市水资源面临沉重压力。2000～2008年全市水资源承载力压力维度为临界安全，于2009～2016年恶化至较不安全，主要原因在于区域需水模数、人口增加的缘故。

2.2 哈密市水资源承载力状态维度分析

如表3所示，哈密市水资源承载力状态维度由2000～2001年的较不安全转化为2002～2014年的临界安全，并于2015～2016年逐渐优化为较安全级别。原因在于森林覆盖率、供水模数与降水量指标数值之间的消长。20世纪末哈密市森林覆盖率不足22%，随着退耕还林还草工程的实施，区域人工林草地迅速增加2015年的26.3%，区域水土保持能力加强，确保了地表水资源供应。同时随着气候变化加剧，哈密地区近16年的降水量较之于以往年份有所增多，这也为区域水资源循环提供了条件。然后供水模数的增加，表明地区需水量依然加剧，在此综合影响下，哈密市水资源承载力状态维度总体趋于优化。

2.3 哈密市水资源承载力响应维度分析

如表3所示，2000～2016年水资源承载力响应维度指数由0.2538呈起伏升高至0.5766，由较不安全变为临界安全，虽有波动，但其总体趋势较好。这主要得益于哈密市生态环境建设力度加大与水环境保护措施的实施。上世纪末哈密地区启动防风治沙工程，并相继出台《哈密地区环境保护条例》、《哈密地区水资源管理条例》、《哈密地区基本农田保护条例》、《天山生态保护条例》等一系列政策法规，以切实推进资源环境保护与环境治理的实施，日趋重视生态环境建设，水土流失得到有效遏制，并加大了污水排放的管理力度。可见，人为主导的水生态环境修复工程对水资源承载力的维护产生了积极意义。

2.4 哈密市水资源承载力动态评价

监测期哈密市水资源承载力指数由0.3319攀升至0.5763，逐渐从较不安全发展至临界安全水平，水资源安全格局不断改善。水资源承载力是压力、状态、响应维度综合作用的结果。拟合分析可知（图1），状态、响应系统与土地生态系统安全指数演变趋势一致，拟合度较好，而压力系统变化方向与其相反，且拟合略差；表明状态与响应维度对水资源承载力良性发展起着主导作用；压力维度则是其制约因素。

图1 拟合分析图

3 结论及建议

3.1 结论

基于PSR模型构建哈密市水资源承载力评价指标体系，对2000～2016年哈密市水资源承载力进行评价，得到研究区水资源承载力动态特征：较不安全—临界安全,呈良性发展，但具双重演化特性：压力维度有退化态势，状态与响应维度逐渐好转。研究时域内哈密市水资源承载力趋于优化，主要归功于生态环境建设力度加强以及大力推进水环境保护与污染治理。而当前哈密水资源承载力并不高。

3.2 建议

①规范水资源开发与生态环境治理体系，合理有序利用水资源的同时强化环境责任意识和环保投入，把对环境对破坏和污染降到最小。②改善用水结构,提升用水效率,大力发展和推广农业高新技术，因地制宜安排农业生产，合理推广旱区农作物品种和栽培技术。③珍惜保护水资源，科学调水引水，确保水资源安全；完善农田水利设施建设。④持续推行以天然林保护、宜林荒山荒地造林种草、陡坡耕地退耕还林(草)及防风治沙工程为主的生态环境建设，积极防控生态灾害；科学开辟森林公园和自然保护区，保护野生动物、林草覆被、湿地水域等。

[1]夏军,朱一中.水资源安全的度量:水资源承载力的研究与挑战[J].自然资源学报,2002,17(3):262-269.

[2]王静,周庆华.西安段秦岭北麓旅游水资源承载力[J].西北大学学报:自然科学版,2015,45(6):996-1000.

[3]王建华,翟正丽,桑学锋,等.水资源承载力指标体系及评判准则研究[J].水利学报,2017,48(9):1023-1029.

[4]郭倩,汪嘉杨,张碧.基于DPSIRM框架的区域水资源承载力综合评价[J].自然资源学报,2017,32(3):484-493.

[5]刘雅玲,罗雅谦,张文静,等.基于压力—状态—响应模型的城市水资源承载力评价指标体系构建研究[J].环境污染与防治,2016,38(5):100-104.