城市水资源承载力定量评估研究

李帅莹

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

20世纪 80 年代末水资源承载能力概念在国内逐步被研究和关注，最早进行探索和研究的城市是我国北方部分地区[1]。目前，水资源承载能力评估方式、主要指标体系都已经得到不同程度的研究，水资源学研究的重点和热点研究是区域水资源的承载能力[2-6]。资源承载能力的大小目前较多的看法认为受很多综合因素的影响，包括区域自然环境、社会经济发展程度、供需水结构变化以及水资源总量等综合因素[7-14]。国内很多学者提出了水资源承载能力的定义的不同观点，但这些观点大都研究的方向有所不同[15]。本文基于城市社会经济发展程度预测的情景下，在不同历史演变时期，以维护水资源持续发展为前提，通过社会经济和水资源优化配置，提出基于三次平衡模型的城市水资源能力评估方法，从而实现区域水资源对城市社会经济的支撑能力最大化。

1 评估方法

1.1 评估指标

结合辽阳市水资源变化的特点，从水资源可利用和水资源总量人均水平、土地需水模数三方面建立水资源承载主体的评价指标。选择生态环境用水率建立水资源承载客体中环境生态系统的评价指标，见表1。

表1 水资源承载能力评价指标表

1.2 评价指标的分级与评分

结合辽阳市水资源特点，对辽阳市水资源承载能力的影响程度划分为8个评价指标体系，并基于国内相关研究成果，确定不同指标的影响程度划分的标准，见表2。

表2 评价指标分级标准表

当地表水质达标率小于50%作为其中一个较为特殊的评定指标进行分析，其具有一票否决性。即地表水功能区水质达标率如果低于50%，即认为地区水资源承载能力突破极限，

需要对生态环境破坏原因进行分析，采用相对应的治理措施。为对不同等级水资源承载能力进行评定，主要划分V1，V2，V3三类标准，对不同标准进行0～1之间的赋分，数值越高表明水资源承载能力的各等级影响因素程度越高，具有较高的水资源开发潜力，数值越低则具有较低的水资源开发潜力。

1.3 三次评估模型

根据辽阳市社会经济发展状况和水资源配置状况，绘制辽阳市水资源承载能力模型结构网络图，如图1所示。

图1 基于三次平衡模型的辽阳市水资源承载能力模型结构图

2 评估结果

2.1 区域水资源数据

为客观分析辽阳市水资源总体情况，在原有《辽阳市水资源评价》(数据系列为1956～2015年)基础上，将系列延长至2017年，重点对水量、水质进行评价。经过计算得到辽阳市水资源总量，结果见表3。

表3 辽阳市行政分区多年平均水资源总量表 单位：万m3

2.2 三次平衡分析结果

在供水平衡的“二次平衡”分析的基础上，水资源“三次平衡”分析立足区域水资源变化特点，通过节水措施对需水要求进行增长速度的压缩，并通过管理和水价调整作为辅助措施对需水要求的增长态势进行有所抑制。通过中水回用等措施在水资源供给方面进行当地中水利用量水平的提升。进一步挖掘供水潜力通过水资源开源等一系列措施，在增加供给和抑制需水要求的耦合作用下，供需缺口在水资源“三次平衡”分析下可以得到较大程度的递减，这样就可以推求城市“三次平衡分析”的结果。本文对辽阳市内部水资源潜力进行挖掘，降低用水率和提升用水效率的基础上对其“三次平衡”进行分析，结果见表4。

表4 辽阳市三次平衡分析结果 单位：万m3

从分析结果可看出，辽阳市在90%用水保证率下将处于超载状况，而分别在75%和50%的用水保证率下，且处于基本可承载状态。通过辽阳市供水工程和节水措施的同步建设，辽阳市总体水资源供给量在2030年和2035年总体可以达到城市需水总量的要求，社会经济发展空间的总体保证率程度不高。

2.3 评估结果

结合辽阳市三次平衡以及社会经济发展程度分析结果，对辽阳市水资源承载能力进行模糊综合评估。

(1)评价矩阵R的计算

在基准年2020年的基础上对未来不同水平年2025、2030和2035年的各评价指标进行预测，预测结果见表5，并对各评价指标的隶属度进行分析，结果见表6。

表5 辽阳市水资源承载能力多目标情景分析预测表

表6 辽阳不同保证率各指标对应于各个等级的隶属度表

(2)矩阵A的确定

将水资源承载能力评估的各项指标x1，x2，L，x3按照不同权重系数进行计算，计算结果见表7。则权重系数为：A={0.12，0.17，0.12，0.12，0.1，0.1，0.1，0.12}

表7 辽阳市水资源承载能力评估指标权重计算结果

(3)综合评分值计算

水资源承载能力综合评价指标结合指标因素确定隶属函数，不同保证率V1，V2，V3的隶属度在不同年份指标确定基础上进行隶属度矩阵R的分析，在此基础上对水资源承载能力进行综合评估。

表8 辽阳市水资源承载能力综合评价结果表

2.4 未来经济社会发展组合方案下水资源承载能力分析结果

结合辽阳市城市发展规划相关成果，对水资源开发利用优化配置、优化调整产业结构以及生态保护措施等因素进行综合分析，采用规划数据进行相关预测，分析辽阳市在经济高速发展和适度增长情景下国民经济发展预测的不同方案组合情况，见表9，并对不同组合方案下的辽阳市GDP值进行预测，结果见表10，针对三次平衡模型的水资源承载能力评价模型对辽阳市未来水资源承载能力优化方案进行分析，结果见表11。

表9 经济社会发展预测方案组合

表10 辽阳市GDP预测结果

表11 辽阳市不同方案的承载能力分析结果

经济高速增长情景下，预计辽阳市2019年GDP将达到2001亿元，202530年将达到3223亿元，2035年将达到4817亿元；2019—2025年GDP年均增长率为22.5%，2025—2030年GDP年均增长率为10.0%，2031—2035年GDP年均增长率为8.0%。在经济适度增长情景下，预计辽阳2030年将达到2087.6亿元，2035年将达到3090.2亿元，为根据辽阳市目前社会经济发展现状及水资源承载能力的研究结果分析，宜选取方案Ⅳ，即经济和人口均适度增长符合当前的供用水需求。辽阳市水资源可利用水量在不考虑引调水新增、节水战略以及中水回用等措施的投入使用前提下，不能承载区域社会经济发展对需水的要求，属于水资源承载能力较低的状况。

3 结论

(1)辽阳市社会经济发展对需水要求在考虑加大非常规水源利用以及外调水后，可得到有效满足，2019年水资源承载综合评估值从0.448提升到2035年的0.528，当地水资源承载能力得到一定程度的提升。

(2)建议大力推进清洁生产，加快技术改造工业节水技术和工业的推广力度，通过高新技术提升用水循环的水平，同时通过节水管理力度，提高工业用水重复使用的效率， 2025年达到82%以上，2030年达到88%以上，2035年达到90%以上。

本文未能完全考虑水质影响，考虑水综合安全程度，以后的研究中还需重点对水环境承载能力进行重点分析。