拉萨河流域水资源承载力评价与预测*

强巴次成 仁增欧珠 胡健

（1.西藏自治区水文水资源勘测局，西藏 拉萨 850000；2.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室，北京 100101；3.南京审计大学工程管理与审计学院，江苏 南京 211815）

0 引言

水资源承载力通常是指一定时期内某区域在维护其生态环境健康发展的前提下，水资源系统能够支撑该区域社会经济系统可持续发展规模的最大能力[1-6]。因此，水资源承载力评价与预测研究对于保障区域可持续发展具有重要的指导意义。目前水资源承载力评价主要有指标优化评价方法和模型方法两种技术途径[7]。模型方法主要是通过构建物理模型对系统的演化过程进行模拟，实现对水资源承载力的动态评估和预测[8-11]。指标优化评价方法通过构建研究区内与水资源承载力相关的评价指标体系，并按照一定的目标函数和约束条件进行综合优化评价，得到该地区水资源承载力的规模[12-16]。相比较而言，标优化评价方法不考虑各物理因素间复杂的内在联系，因而对数据要求较低，尤其在资料缺乏地区得到了广泛应用，但该方法的难点在于如何合理地优选指标体系[17-19]。

拉萨河流域是西藏自治区人口密度最大的流域，其水资源天然禀赋较好[20]，但水资源利用效率偏低，目前水资源仍有较高的开发潜力。然而，受限于数据资料缺乏等问题，目前关于拉萨河流域水资源承载力的研究较少。合理评估拉萨河流域水资源承载能力，可以为该流域经济社会发展布局和战略决策提供科学依据。为此，本文选择2018 年为现状年，以可持续发展为主要约束条件，利用标优化评价方法，建立该流域水资源综合承载力量化模型，评价拉萨河流域水资源承载力现状；并分析预测2019—2030年拉萨河流域水资源可承载度变化趋势，为落实最严格水资源管理的用水总量控制和用水效率控制提供前提条件，也可为实现西藏自治区不同区域间的水资源优化配置提供借鉴和参考。

1 研究区概况

拉萨河发源于青藏高原念青唐古拉山中段南麓的彭错孔玛尕山，是雅鲁藏布江流域内面积最大的支流，河道全长651km，流域内海拔落差达1620m，流域面积32896 km2。该流域地处半干旱区，气候寒冷干燥，多年平均降水量约为532mm，但降水年内分配不均，大多数发生在夏季（5—9月）。流域年蒸发量约为2184mm，多年平均径流量约为109.72亿m3。

图1 拉萨河流域地理位置图

2 研究方法

2.1 水资源承载力模型

本研究在进行拉萨河流域水资源承载力评价时，以“能够支撑的社会经济可持续发展的最大规模”作为核心目标函数。实际评价过程中，水资源承载力主要受到社会经济系统、水资源系统、生态环境系统之间的相互制约关系的影响，以此作为约束方程，具体描述如下：

（1）水资源可利用量Q可利用水量计算：

式中：α1表示区域内自产水资源量Q自产水量的利用系数；α2表示地下水资源量Q地下水量的利用系数。

（2）用（需）水量W用水量计算：

在现状年以及历史年份，主要是指区域实际用水量；在规划水平年主要指区域需水量：

其中，W工业用水用工业产值与对应的工业万元产值用水量的乘积进行求解；W农业用水用农业产值与对应的农业万元产值用水量的乘积进行求解；W生活用水利用该区域人口数量与人均用水量的乘积进行求解；生态环境用水量W生态环境用水主要包括基本生态基流和环境污染稀释用水量等。

此外，利用D=W用水量／Q可利用水量评估区域社会经济发展对水资源的压力程度。当D＞1 时，表明社会经济用（需）水量超出水资源承载能力，且随着D 值增加，超载程度越严重；当0＜D＜1 时，表明社会经济用（需）水量处于水资源承载能力范围之内。

（3）生态环境系统控制目标约束方程：

式中：WS表示污染物总量控制目标值；控制断面浓度Cm不得大于其控制目标值CS；控制断面流量不得小于其流量控制最小目标值QS；此外，监控点的地下水位Hm不得小于地下水位控制目标值HS。

2.2 水资源承载力预测方法

系统收集《西藏水资源统计年鉴》《西藏自治区水资源综合规划分区》《西藏统计年鉴》等资料，为本研究提供数据基础。首先，采用人口自然增长法与曲线拟合法对拉萨河流域的社会经济发展进行预测，然后，建立社会经济、水资源、生态环境三部分之间的影响关系模型，对水资源承载力预测评估。最后，采用多级关联综合评价方法[21-22]对该复合系统各部分发展质量进行综合评价。其中，影响关系模型包括以下部分：

（1）社会经济-水量关系模型。利用公式（2）对拉萨河流域未来社会经济发展的需水量进行分析预测。其中，进一步区分城市与农村人口数量以预测生活需水量W生活用水。

（2）社会经济-生态环境关系模型。此处主要考虑社会经济发展引起的污染物排放与地下水开采两方面的影响：

（3）生态环境-水量关系模型。此处主要考虑包括河湖基本生态需水量W河湖需水、地下水补给需水量和环境污染稀释需水量W污水稀释：

其中：W河湖需水依据生态环境保护基本目标确定其生态基本需水量；式中：W地下水补给依据地下水位Hm与其控制目标值Hs的差距进行确定；W污水稀释依据控制断面浓度Cm与其控制目标值Cs的差距进行确定。

（4）可持续发展综合指标测度。借鉴已有研究[21-22]采用可持续发展综合指标测度综合指标Z(T)，描述拉萨河流域经济社会系统可持续发展的综合程度：

式中：S(T)为社会经济发展质量；W(T)为水资源质量；E(T)为生态环境质量；β1、β2、β3为三者的权重系数，此处统一取1/3；T 表示年份。S(T)、E(T)、W(T)取值在[0,1]之间，其值越大表明相应系统的发展质量越高。

综合考虑拉萨河流域水资源特性、生态环境状况和社会经济发展规模等实际情况，构建水资源承载评价的综合指标体系，并根据相关文献资料[21-22]确定评价标准如表1。

表1 “社会经济—水资源—生态环境”复合系统发展质量评价指标体系

3 结果分析

3.1 水资源承载力现状评价

利用上述所构建的水资源承载力模型，选择2018年为现状年，对拉萨河流域水资源承载力现状进行评价分析，结果如下：

3.1.1 可利用水资源总量计算。根据模型计算，2018年拉萨河流域地表水资源量为103.69 亿m3。区域内地表水水资源丰富，由于受水利工程和水利设施所限，地表水水资源利用率很低，综合利用系数在0.05左右。

3.1.2 生产用水量计算。2018 年拉萨河流域生产用水量为5.57 亿m3，其中工业用水量为0.90 亿m3，工业总产值为229.65 亿元，工业万元产值用水定额123m3/万元，水资源利用效率较低；农业用水量3.99亿m3，耕地面积57.03万亩。

3.1.3 生活用水量计算。2018 年拉萨河流域生活用水量为0.68 亿m3，城镇综合用水定额为271L/人；农村生活用水定额为67L/人。

3.1.4 生态环境需水量。采用水文学方法中的Tennant 法计算，即取年天然径流量的百分比作为河流的生态需水量,并将年平均流量的10% 作为最小的河流生态需水量。根据《西藏自治区水资源公报》数据，计算2018 年拉萨河河流生态环境需水量为：10.37亿m3。

3.1.5 水资源承载度计算。D=0.154，根据水资源可承载度的判别标准，处于良好的可承载能力范围之内。

3.2 水资源承载力预测评估

3.2.1 复合系统发展预测。

3.2.1.1 社会经济-水量关系模型。依据我国水资源利用的平均状况，选取工业万元产值用水量、农业灌溉用水定额和城镇、农村生活用水定额，农业灌溉毛定额取P=50%用水定额，详见表2。

表2 拉萨河流域各水平年用水定额

3.2.1.2 社会经济-生态环境关系模型。该模型主要涉及参数为污水处理率δ、污水中某污染物处理后浓度C处理后、未处理时的浓度C未处理。根据拉萨河流域的水环境质量状况，2025 年全区化学需氧量COD 比2018 年消减30%以上；2030 年工业污染源实现稳定达标排放，全区工业排放的化学需氧量在2025年基础上消减5%.根据《污水综合排放标准》（GB8978-1996）确 定，β(2025)=100%；β(2030)=100%.2025 年污水排放达到一级排放标准，C处理后(2025)=60mg/L，C工业(2025)=100mg/L。其它参数确定见2018年现状年分析。

3.2.1.3 生态环境-水量关系模型。参数确定见2018年现状年分析。

根据所建模型和确定的参数，对西藏自治区拉萨河流域2019—2030 年社会经济、水资源、生态环境的发展进行模拟预测（见表3），并对水资源承载力的预测分析。

表3 拉萨河流域“社会经济－水资源－生态环境”系统预测分析结果

3.2.2 水资源可承载度变化分析。表3 结果表明，拉萨河流域水资源承载能力逐年下降，但水资源可利用量可以大大满足生产和生活的水资源需求。具体表现在：

3.2.2.1 社会经济的快速发展，总用水量逐年增加。随着拉萨河流域工业化和城市化进程的加快，地区生产总值和人口增长速度均较快。预测2025 年该地区GDP 为4063.256 亿元，人口为83.80 万人，总用水量为19.66亿m3；2030年该地区GDP将达到12186.49亿元，总人口为105.77万人，总用水量为22.61亿m3。

3.2.2.2 不同行业的用水量变化存在差异。随着拉萨河流域经济的快速发展，工业用水量在逐年快速增加；随着人口增长和生活水平得提高，生活用水也逐年增加；随着农业灌溉技术得提高，农业用水逐年呈现增长趋势。随着城市化进程，城市河湖用水也逐年缓慢增加，但总体上所占比例很小。

3.2.2.3 由于拉萨河流域水资源量丰富，生产用水所占比重很小，因此不会对水环境质量状况造成较大的影响。预计2019—2030年期间，区域内水环境质量仍会保持良好的状态，主要以I～II类水为主。

3.2.3 拉萨河江流域可持续发展综合测度。根据文中所建立的“社会经济-水资源-生态环境”复合系统发展预测模型，以及多级关联评估模型等，对该地区可持续发展综合测度进行分析。

图2 2019—2030年西藏拉萨河流域可持续发展测度图

从计算结果看：由于该流域水资源丰富，可以满足生产生活的用水需求，因此在2019—2030 年期间，水资源综合测度的结果都处于良好的状态。目前社会经济发展水平较高，2019年社会经济综合测度结果约为0.74，2025水平年约为0.68，2030水平年约为0.64，整体呈缓慢下降趋势，这主要是由于拉萨河流域城镇化水平逐年提升，人均耕地面积逐年下降。生态环境系统综合测度的结果较低，这主要是由于拉萨河流域森林植被覆盖率很低，生态系统非常脆弱。整体上，拉萨河流域可持续发展水平达到0.6 左右，可持续发展程度有待提升。

4 结论

本文以“社会经济-水资源-生态环境”复合系统各部分相互制约关系为基础，以人口数量为目标函数，选取多个表征水资源量、生产、生活用水量、生态环境需水量和社会经济的多个因素为量化指标，构建了水资源承载力模型。主要结论如下：

（1）以2018 年为标准年，评价了拉萨河流域水资源承载力现状。发现当年拉萨河流域水资源总量103.69 亿m3，地表水资源量丰富但综合利用系数较低。水资源承载度D=0.154，处于良好的可承载能力范围之内。

（2）2019—2030年拉萨河流域水资源可承载度变化趋势有：随着社会经济的快速发展，拉萨河流域总用水量逐年增加。但由于该流域水资源丰富，可以满足生产生活的用水需求；不同行业的用水量变化存在差异。生活用水、城市河湖用水和工业用水量均呈增加趋势，其中工业用水量增加速度较快。而农业用水逐年呈现增长趋势；拉萨河流域水质将依旧稳定在I～II类水平。

（3）拉萨河流域的综合测度分析表明：2019—2030年期间，水资源综合测度的结果将处于非常良好的状态。但拉萨河流域可持续发展测度约为0.6，可持续发展程度有待提升。