新疆纺织工业基地水资源承载力评价及预测

秦 景，吴志旺，牛文龙，朱明明，冯 杰

（1.中国水利水电科学研究院，100044，北京；2.河海大学水文水资源学院，210098，南京）

新疆地处欧亚大陆腹地，远离海洋，降水稀少，气候干燥，是典型的内陆干旱区，水资源非常宝贵。新疆现有水资源主要用于供给农业用水，工业用水较为匮乏，用水总量严重超标，供需矛盾突出。根据国家统计局数据，2015年新疆用水结构中农业用水占94.7%，工业用水仅占2.0%。考虑到农业在新疆经济发展中具有十分重要的地位，新疆工业的进一步发展仍将面临水资源制约问题。

纺织工业作为新疆传统支柱性产业，属于高耗水、高污染工业。随着我国全方位对外开放战略的逐步实施与“一带一路”战略的深入推进，新疆纺织工业快速发展，废水排放量呈递增趋势，2015年新疆纺织服装产业废水排放量约占全疆工业废水排放总量的24.1%，其中化学需氧量（COD）和氨氮排放量分别占全疆工业总排放量的60.1%和26.2%，带来的水资源消耗和水环境污染问题不容小觑。新疆绿洲区域生态系统脆弱，如不能有效控制和治理工业发展对水体及环境的影响，将引发河道断流、绿洲荒漠化等重大生态环境问题，故新疆纺织产业面临的生态化发展挑战十分严峻。保护水资源和水环境，提高新疆纺织工业基地水资源承载力，是保障今后新疆纺织产业稳定发展的关键所在。

水资源承载力是全面系统反映水资源对经济社会和生态环境支撑能力的综合指标，是区域可持续发展和产业优化布局的重要衡量指标，也是水安全的重要度量指标。为缓解水资源供需矛盾，加强环境保护，新疆出台了“退地减水”规划、用水总量控制方案等一系列重要规划和政策。本文构建在用水总量控制条件下的多目标决策模型，量化在经济社会发展规划下的纺织工业基地水资源承载力，对促进“水资源—社会环境—生态环境”系统协调绿色发展、保障区域水安全和资源环境安全、维护新疆经济发展社会稳定和推动可持续发展提供参考。

一、研究区域选取

新疆现状水质总体情况较好，但用水总量严重超标，纺织工业用水占区域用水总量比重较小，但纺织行业的主要原材料棉花种植用水占比大。考虑以上特点，在探究新疆纺织工业基地水资源承载力时，研究区域不局限于某一块工业园区，而是拓展到纺织工业基地所在地州，以期研究纺织产业对整个区域水资源承载力的实际影响。此外，南疆是新疆纺织产业未来发展重点，也是印染和化纤等用水排水较多的工艺发展区域，具有研究价值。本文选取南疆的阿克苏地区、喀什地区，以及全疆作为评价区域。

二、水资源承载力多目标决策模型

1.目标函数

模型目标既要反映各因素之间的内在联系，又要具有可控性。根据新疆干旱地区水资源开发利用结构特点、纺织工业基地所在区域现状及未来发展规划，以可持续发展为原则，基于水资源—生态环境—社会经济耦合系统原理，选取国内生产总值、人口规模、COD排放和工业增加值为目标，综合反映水资源对经济、人口和生态环境的适度承载能力。

①水资源承载的最大国内生产总值：

式中：Xi表示第i部门的需水量，亿m3；AGDP表示万元GDP用水量，m3/万元；i=1，2，3，分别指代农业、工业、第三产业用水部门。

②水资源承载的最大人口规模：

式中：XPOPCZ表示城镇人口规模；XPOPNC表示农村人口规模。

③最少污染物（COD）排放：

式中：XWU表示废水排放总量，亿t；η表示排放的废水中COD的浓度含量，g/m3。

④水资源承载的最大工业增加值：

式中：AIVA表示万元工业增加值用水量，m3/万元。

2.约束条件函数

（1）水资源支撑约束

①总供水量：

式中：XWS表示供水总量；XSWS表示地表水供水量；XDWS表示地下水供水量；XEWS表示外调水供水量；XOWS表示其他水源供水量。

②总需水量：

式中：XWR表示需水总量；XSH表示生活需水量；XST表示生态需水量。

③生活需水量：

式中：WCZ、WNC分别表示城镇和农村的人均生活需水定额，L/（人·d）；W表示用水总量红线指标；XSH表示生活需水量。

④水资源供需平衡：

（2）宏观经济约束

①国内生产总值：

式中：GDPmin、GDPmax分别表示规划水平年国民生产总值的最小和最大预测值，亿元。

②工业增加值：

式中：IVAmin、IVAmax分别表示规划水平年工业增加值的最小和最大预测值，亿元。

（3）社会发展约束

①人口规模：

式中：XPOP（t）表示研究区在t年人口总数；XPOPT表示基准年研究区人口总数；λp表示预测平均人口增长率；t-T表示预测年与基准年年限差。

②城镇化率及城镇人口约束：

式中：XPOP（t）表示规划年区域总人口数；j（t）表示规划年区域人口城镇化率预测值。

③退地减水规划约束：

式中：XNYMAX、XNYMIN表示在不同程度落实“退地减水”规划时，预测农业需水量的最大值和最小值。

（4）环境约束

①废水排放总量：

式中：XWU表示废水排放总量；∂为工业废水排放系数；β为城镇居民生活废水排放系数。

②COD排放量约束：

式中：XCODXZ表示COD排放控制目标。

三、新疆纺织工业基地水资源承载力量化计算

逐步约束法是一种求解多目标问题的交互决策方法，其求解过程是在决策者和分析者交互间逐步迭代，遵循极小极大规则，不断以适度牺牲满意目标来优化不满意目标的结果，直到决策者得到综合满意的解。本文采用该方法求解多目标决策模型，能够在评价分析上融入决策者的思想，考虑经济社会发展的不同目标，体现出经济社会发展与资源环境之间的联系。

1.现状年评价

采用参数的初始数据均来自新疆统计年鉴和水资源公报等资料。根据逐步约束算法，利用MATLAB语言编程进行求解，得到2015年阿克苏地区、喀什地区及全疆水资源承载力量化值。现状年各评价区水资源承载力量化值与实际承载规模的对比情况见表1。

根据表1，2015年各评价区人口规模和主要污染物COD排放量基本达到区域水资源可承载容纳能力的容许限值，而GDP和工业增加值的承载负荷已经全面超出区域水资源承载力，各评价区水资源负荷状况均不容乐观。在现阶段的生产技术水平下，区域水资源难以承载现有规模的经济系统，尤其是以大规模农业用水占绝对主导地位的经济社会系统。

2.规划年评价

根据《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、各评价区的水资源保护规划、新疆城市总体规划、新疆用水总量控制方案、“退地减水”规划等规划政策成果，合理预测规划水平年模型参数，将其代入模型，得到不同水平年综合目标及相应决策变量的量化结果，见表2。

根据表2，在完全贯彻落实新疆“退地减水”规划和新疆用水总量控制方案中制定的水资源开发利用相关控制指标情况下，随着工业和农业用水效率的提高，2020年、2030年阿克苏地区、喀什地区及全疆水资源承载力较现状年均有明显的提高。其中，全疆2015年、2020年和2030年水资源可承载的适宜国内生产总值分别为7 991.99亿元、11 852.91亿元和23 608.51亿元。

表1 评价区域2015年水资源承载力模拟值与实际值对比

表2 评价区域各水平年水资源承载力量化结果

四、结 语

模型量化结果表明，南疆的阿克苏地区、喀什地区及全疆2015年水资源承载状况均为超载状态，情况不容乐观。随着用水效率的提高，2020年和2030年各评价区水资源承载力将有较大提升，但要实现纺织产业在新疆的可持续发展，必须要依托地区自身水资源承载力的提高、“退地减水”规划的贯彻落实、农业用水规模的有效控制。因此提出以下建议：

1.合理控制水资源承载状况，优化调整纺织产业布局

合理控制新疆水资源承载状况，严格落实各地区环境保护责任，坚持走绿色、可持续发展之路。新疆纺织行业的发展必须要贯彻落实最严格水资源管理制度的“三条红线”，必须要加快“退地减水”规划的推进实施，以保障纺织行业发展的水资源需求和污水排放要求。合理调整纺织产业结构，使产业发展同区域水资源承载条件相适应。在贯彻落实“退地减水”规划和用水总量控制条件下，未来新疆重点纺织工业基地所在区域的水资源承载基本处于临界状态，水资源开发利用潜力较小。未来，纺织行业可在承载潜力相对较好的阿克苏地区、喀什地区等南疆地州重点发展，印染企业和全产业链纺织服装企业印染环节宜向南疆地区的阿克苏等地区集聚。

2.明确纺织工业发展的环境责任，加大企业节水减污力度

明确纺织工业发展的环境责任，根据水资源承载系统中的短板，确定可承载的适宜人口、经济规模以及产业结构，使产业发展适应水资源条件，将纺织产业发展过程中产生的污染物排放合理控制在区域水资源可承载适宜范围内。加大企业节水减污力度，推动产业清洁、集约化发展，促进纺织产业可持续绿色发展，防止区域水资源过度开发加剧新疆水资源短缺，保护新疆绿洲区域的生态平衡。