基于水资源刚性约束条件下的城市综合承载分析

许杰玉

(北京清华同衡规划设计研究院，北京 100085)

2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会讲话中强调，要把水资源作为最大的刚性约束，坚决抑制不合理用水需求[1]；2020年1月3日，在中央财经委员会第六次会议讲话中再次强调，要坚持以水而定、量水而行、节水为重。水资源是事关国计民生的基础性自然资源和战略性经济资源，是生态环境的控制性要素，也是经济社会发展的基础性、先导性、控制性要素，水的承载空间决定了经济社会的发展空间，与国土空间规划之间存在着相互制约、协调互动的复杂关系[2- 5]。国土空间规划的重要理念之一就是基于资源环境承载能力分析经济社会布局和发展方向，并从经济社会发展和生态环境保护两方面给出发展和保护边界，水资源是国土空间规划三大空间布局(城镇空间、农业空间、生态空间)的刚性约束与土地利用开发的支撑条件，城镇开发边界的确定、农业空间的划定都需要在资源环境承载能力评价的基础上进行，其中就包括水资源承载力评价[6- 8]。因此，水资源作为最大刚性约束，主要体现在以水定城、以水定地、以水定人、以水定产，以可开发利用的水资源作为前提条件，约束倒逼经济社会发展规模与结构，使得“四定”落到实处。2020年初，巴州和静县国土空间规划启动编制。本文以和静县为例，通过合理协调水在国民经济发展和生态环境健康之间的平衡，计算基于水资源刚性约束条件下的农业灌溉规模与城镇建设用地规模承载，为和静县国土空间规划的城镇开发边界与城市发展规模的确定、农业空间的划定提供科学依据与有效支撑。

1 研究区域概况

和静县位于新疆维吾尔自治区天山中段南麓，巴音郭楞蒙古自治州(以下简称“巴州”)焉耆盆地西北部。境内多山、多河，是新疆开都河、伊犁河、渭干河、库尔什河等重要水系的源头，素有新疆“水塔”之称[9]。多年平均地表水年径流量约为57.57亿m3，地下水储量约为42.08亿m3，平原区每年地下水总补给量约4.41亿m3，水资源占全州水资源总量的比例超50%，水能资源富集，是巴州主要的水源涵养地。和静县水资源虽然储备充沛，但缺乏骨干水源工程，且夏季产生大量弃水，导致水资源未得到充分利用。目前，和静县城市供水仍以地表水为主，2019年和静县地表水供水量为2.5456亿m3，占全县供水总量的73.2%；地下水供水量为0.9339亿m3，占全县供水总量的26.8%。近几年随着地下水井的关停整治以及节水型社会的逐步推进，2019年和静县年地下水供水量已经低于1.35亿m3的地下水可开采量。在用水方面，和静县农业用水占绝对主导地位的用水结构并未发生改变，2019年农业用水占总全县用水量的80.79%。随着对生态环境保护需求的日益增大，和静县人工生态与环境用水量增幅较大，由2013年的0.02亿m3增加到2019年的0.49亿m3，但和静县用水总量一直未超过 “三条红线”中4.731亿m3的用水总量控制目标。在用水效率方面，和静县现状综合用水效率在巴州总体处于偏上水平，但与全国平均水平仍有较大差距，提升潜力较大。2019年，和静县万元GDP用水量为396.35m3/万元，较2013年(686.32m3)提高了42.3%，但与巴州、全国平均水平仍有较大差距；和静县万元工业增加值用水量为46.18m3/万元，低于巴州21.31m3/万元的平均水平，用水效率提升空间大。

图1 2019年和静县用水结构

图2 2014—2019年人工生态与环境用水占比

为解决新疆用水总量大、农业用水占比高、用水效率和效益低等节水方面突出问题，确保实现2030年用水总量控制目标，新疆率先落实国家节水行动方案，发布并实施了《新疆用水总量控制方案》、《新疆退地减水工作实施方案》，将国家下发的新疆用水总量控制指标以及退地减水任务落实到各地州、各兵团师，落实到地方县级行政区和兵团团场[10- 11]。和静县认真落实用水总量控制制度，并同步推进退地减水，对非法开荒和无用水指标、低产田等实施退地，2019年度全县完成退减或休耕灌溉面积1.9116万亩。

表1 和静县、巴州、新疆与全国用水指标对比

2 研究思路与方法

2.1 技术思路与方法

坚持把水资源作为最大的刚性约束，控制水资源消耗总量，强化水资源承载能力刚性约束，促进经济社会发展和用水方式转变。和静县水资源承载力主要受全县供水总量、社会用水结构、各部门用水水平和用水效率等因素制约。在落实“三条红线”用水总量控制指标前提下，稳步提升和静县人工生态与环境用水，重点协调农业用水与城镇用水，以水定需、量水而行、因水制宜，促进人口经济与资源环境相均衡，以水资源利用效率和效益的全面提升推动经济增长和转型升级，初步实现城镇发展规模、人口规模、产业结构和布局等经济社会发展要素与水资源协调发展。根据巴州历年水资源公报，和静县用水结构可归纳为农业用水、城镇综合用水和生态用水，和静县水资源承载关系示意图如图3所示。其中城镇综合用水包括工业用水、城镇生活用水和城镇环境用水。和静县农村生活用水占比较小，为便于分析和计算，在承载规模分析中忽略不计。

图3 和静县水资源承载关系示意图

本文采用定额法计算和静县农业承载规模与城镇承载规模。其中，农业规模为水资源承载的农业灌溉面积，包括耕地和林果灌溉面积；城镇规模为水资源承载的城镇建设面积。

CTCC城镇规模承载力=(TWS水资源可供总量-W人工生态与环境用水-W农业用水)/CLWC地均综合用水量

ASCC农业规模承载力=W农业用水/WCPM亩均用水量

式中，CTCC城镇规模承载力—城镇建设用地规模，km2；TWS水资源可供总量—水资源可供水量，亿m3；W人工生态与环境用水—人工生态与环境用水量，亿m3；W农业用水—农业用水量，亿m3；CLWC地均综合用水量—地均综合用水量，万m3/(km2·a)；ASCC农业规模承载力—农业灌溉面积，万亩；WCPM亩均用水量—亩均灌溉用水量，m3/亩。

2.2 用水指标的选取

(1)综合灌溉亩均用水量指标：2019年和静县综合灌溉亩均毛用水量为498m3/亩，低于巴州2019年灌溉水平(529m3/亩)。根据巴州水利局《水资源开发利用大纲》，到2025年巴州综合灌溉亩均毛用水量将降至530m3，2035年降至520m3。根据关于印发《巴州地方”十三五“水资源消耗总量和强度双管控行动方案》，和静县规划到2020年农田灌溉水有效利用系数为0.62(2019年为0.6)，基于上位规划要求及和静县综合灌溉亩均毛用水量现状水平及未来变化趋势，本次拟采取两种灌溉模式：①保持现状灌溉水平，亩均灌溉毛用水量为498m3/亩，农田灌溉水有效利用系数为0.6；②灌溉在现状水平上略有提升，农田灌溉水有效利用系数为0.62，亩均灌溉毛用水量为480m3/亩。

(2)地均综合用水指标：根据SL 367—2006《中华人民共和国水利行业标准—城市综合用水量标准》，西北诸河区小城市(P<20万)土地综合用水量指标为85万～130万m3/(km2·a)，中等城市(20万≦P<50万)为100万～150万m3/(km2·a)。和静县现状城市规模为小城市，且2035年常住人口超过20万的可能性较低，因此，本次承载计算的地均用水量选取上限，为130万m3/(km2·a)。

3 水资源综合承载计算与分析

3.1 水资源可供水量的确定

和静县作为新疆水塔，是开都河、伊犁河等18条河流的的源头，水资源丰富，根据和静县水系分布情况，地表水资源利用共分为五个区，分别是开都河灌区、黄水沟灌区、哈合仁沟灌区、莫呼查汗沟灌区、乌拉斯台河灌区，地表水可利用量为33.87亿m3，和静县地下水开采则是通过五大灌区内的现有机井取用。目前五大灌区内共有机井 785 眼，其中开都河流域灌区内共有机井 408 眼，黄水沟、莫呼查汗沟、泉水沟和哈合仁沟流域灌区内共有机井 268 眼，乌拉斯台河流域灌区内共有 109 眼，地下水可开采量为1.35亿m3。根据《关于印发新疆用水总量控制方案的函》(新水函〔2018〕6号)、《巴州地方水资源管理“三条红线”控制指标分解方案》的分配指标，2025年和静县用水总量控制目标为4.736亿m3， 2030年用水总量控制目标为4.761亿m3。用水总量控制目标远低于和静县可利用水资源量，因此，和静县的水资源综合承载则通过基于“三条红线”的用水总量控制目标进行计算分析，2035年用水总量暂时按照2030年红线总量指标执行，而落实用水总量控制目标的关键是将灌溉面积控制在合理的范围，控制农业用水量。本次分三种情景进行相应的分析计算，一是保持现状灌溉面积情景，二是落实自治区和水利部门退地指标情景，三是落实农业“两区”建设任务的情景。

3.2 保持现状灌溉面积情景

2018年和静县现有灌溉面积57.22万亩，其中耕地29.76万亩、园地0.66万亩、林地24.24万亩、牧草地2.56万亩。和静县人工生态与环境用水在现状的基础上稳步提升，同时参考《巴州地方水资源管理“三条红线”控制指标分解方案》，到2025年与2035年，人工生态与环境用水占用水总量的15%，分别为0.71亿、0.714亿m3。在现状灌溉水平下，农业用水量为2.85亿m3；进一步提高节水水平下，农业用水量为2.747亿m3。和静县供水总量(即“三条红线”用水总量控制目标)扣除人工生态与环境用水、农业用水，即为城镇综合用水，综上计算可得在现状灌溉水平下，2025年、2035年和静县城镇综合用水分别为1.176亿、1.197亿m3，可承载的城镇建设规模分别为90.5、92.1km2；进一步提高节水水平下，2025年、2035年和静县城镇综合用水分别为1.279亿、1.3亿m3，可承载的城镇建设规模分别为98.4、100.0km2。

表2 和静县水资源量与可利用水资源量 单位：亿m3

表3 和静县“三条红线”用水总量控制目标 单位：亿m3

3.3 落实自治区和水利部门退地指标情景

根据自治区《关于印发新疆退地减水工作实施方案的通知》(新退减〔2019〕1号)，明确要求各地州人民政府，根据《关于印发新疆用水总量控制方案的函》(新水函〔2018〕6号)中确定的退减面积实施计划，统筹协调落实退地减水工作，并将退减土地面积细化落实到各乡镇(团镇)的地块坐标。其中，和静县2016—2020年需要退减农业灌溉面积9.5万亩，每年退减1.9万亩；2020—2030年不再退减灌溉面积，退减至53.42万亩。即在2018年灌溉面积的基础上继续退减3.8万亩。人工生态与环境用水与保持现状灌溉面积情景一样，在现状灌溉水平下，农业用水量为2.660亿m3，2025年、2035年和静县城镇综合用水分别为1.365亿、1.387亿m3，可承载的城镇建设规模分别为105.0、106.7km2；进一步提高节水水平下，农业用水量为2.564亿m3，2025年、2035年和静县城镇综合用水分别为1.461亿、1.483亿m3，可承载的城镇建设规模分别为112.4、114.1km2。

表4 基于现状灌溉面积的水资源承载 单位：亿m3

表5 落实水利部门退地指标的水资源承载 单位：亿m3

3.4 落实农业“两区”建设任务情景

为保障粮食生产和重要农产品生产，根据《关于建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区的实施意见》(新政发〔2018〕28号)，自治区下达巴州“两区”建设任务为480万亩，其中和静县为28万亩。保持现状园地、林地、亩草场等用地的灌溉面积不变，退减现状耕地灌溉面积。即在现状2018年的基础上退减1.76万亩的耕地。

落实农业“两区”建设任务，到2025年和2035年，和静县农业灌溉面积退减至55.46万亩，人工生态与环境用水与保持现状灌溉面积情景一样，2025年与2035年分别为0.71亿m3、0.714亿m3。在现状灌溉水平下，2025年、2035年和静县农业用水量均为2.762亿m3，城镇综合用水分别为1.264亿m3、1.285亿m3，可承载的城镇建设规模分别为97.2、98.8km2；进一步提高节水水平下，2025年、2035年农业用水量均为2.662亿m3，和静县城镇综合用水分别为1.364亿m3、1.385亿m3，可承载的城镇建设规模分别为104.9、106.5km2。

3.5 综合承载结果分析

通过保持现状灌溉面积情景、落实自治区和水利部门退地指标情景、落实农业“两区”建设任务情景等三种情景的承载规模计算分析可知：和静县在三种情景下的可承载的城镇建设用地规模为90.5～114.1km2，和静县国土空间规划至2035年城镇建设用地总规模为81～88km2。因此，和静县在严格落实水资源“三条红线”用水总量控制目标的前提下，水资源综合承载能力较大，能够满足未来农业承载规模和城镇承载规模要求。但和静县作为全州重要的水源涵养地以及“新疆水塔”，应该在保障自身发展用水需求的基础上，从保障全州乃至全疆水资源安全的战略高度和要求考虑，认真落实自治区退减减水工作要求，科学合理确定农业退减面积和实施计划，大力发展节水灌溉农业，大力推进节水型社会建设，在控制总量下允许盘活存量，实现全州的水资源合理配置和高效利用。

4 水资源保护措施与策略

和静县作为巴州重要的水源涵养地，为下游城市提供了良好的水源补给。为进一步提高和静县的水资源利用效率与水资源城市综合承载力，提出以下几个措施保障区域供水：

表6 基于“两区”建设任务的退地规模 单位：万亩

表7 基于“两区”建设任务的水资源承载 单位：亿m3

表8 不情景方案退减灌溉面积及承载力对比表

一是加强水利基础设施建设，提高区域供水保障能力。和静县水资源虽然储备充沛，但地表水资源分布相对分散，且降水在时间和空间上分布不均，夏季水量占全年水量的80%，多年平均最大月平均流量与最小月平均流量之比高达180。同时部分河流上游缺乏骨干水源工程，水量高度集中的夏季产生大量弃水，水资源未得到充分利用，2019年水资源开发利用率为5.01%，居全州末位。水资源时空分布不均、缺少骨干水源工程是导致和静县水资源开发利用率较低的主要原因，下一步应有序安排山区控制性水库建设，调节河流季节性水量，修建输水工程，提高地表水的利用率，提高城市供水保障能力。

二是实行最严格的水资源管控，落实水资源消耗总量和强度双管控。严控用水总量，抓紧健全和完善用水总量控制制度。对此，既要有正向引导，也要有反向严控。正向引导主要体现为用水总量控制的考核问责。反向严控是在接近或超过总量时的严格控制，包括水资源承载能力监测预警、区域取水许可限批等。严管用水强度，提高各行业用水效率。至2025年，全县农业灌溉有效利用系数提高到0.6，万元GDP用水量不超过487.02m3/万元，万元工业增加值用水量不超过37.68m3/万元。严控高耗水项目，推进区域经济发展与水资源承载能力相适应，确保2025年用水总量不超4.736亿m3，2035年不超4.761亿m3。

三是加快农业灌溉节水，稳步实施农业退地减水。和静县压减农业用水可以通过压缩农业灌溉面积、发展高效节水灌溉和优化种植结构三种途径实现，但综合考虑农业退地的可操作性以及和静县自身水资源禀赋条件，和静县农业减水应以发展节水灌溉农业与提高农业用水效率为主，以农业退地减水为辅。根据水资源约束下的农业与城镇规模承载的计算结果分析可知，和静县水资源承载综合能力较大，可以承载目前的农业灌溉规模，因此，和静县农业退地减水下一步的重点任务首先是提高农业灌溉用水效率，保证大、中型灌区的用水效率不低于现状水平，大力发展和完善田间高效节水灌溉，建立灌溉面积与灌溉水量、地下水量与水位“双控制”制度，保障灌溉面积及用水占比双减少。其次是优化农业种植结构，持续推进设施农业发展建设，大力种植特色农作物，发展红色经济，推动形成孜然、西梅果、红枣等多元化的特色林果业基地，在节约用水的同时提高农业经济效益，实现农业的可持续发展。最后是推进高标准农田建设，选择在集中连片、现有条件较好、增产潜力大的耕地，优先选择现有的基本农田。灌区的高标准农田建设区应具备可利用水资源条件，干、支骨干渠系及相关外部水利设施完善，水质符合灌溉水质标准，能够满足灌溉需求，高标准农田建设后能显著提高水资源利用效率。

5 结语

水资源是经济社会发展不可或缺重要自然资源，把水资源作为最大刚性约束不仅体现在宏观层面对区域的约束，而且体现在微观层面对用水户的约束。在国土空间规划中，充足的水资源支撑保障着城市的稳步健康发展，本文进行水资源不同情景下的城市综合承载分析与计算，并提出了保障区域供水的措施与策略，在国土空间规划中发挥着重大现实作用。建议在国土空间规划编制过程中，城市发展规模、产业发展规模、城镇空间、农业空间等的确定应充分考虑当地的水资源承载能力，引导城市科学发展与合理空间布局。