基于外调水潜力的吉林省水资源承载力分析

佟剑杰，贺华翔，娄安宇

(1.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038)

伴随经济社会高质量发展对水资源的强劲需求，水资源供需矛盾日趋严峻，水资源承载力作为区域水资源开发利用上限，是水资源管理中刚性约束的重要抓手，科学评估区域水资源承载力对贯彻落实水资源刚性约束的应用实践具有重要意义。随着国家级工程建设推进，外调水潜力将逐渐成为衡量区域水资源承载力的重要指标。在以往研究中，水资源承载力指标体系中的常用指标主要包括城镇化率、产水模数、供水模数、GDP增长率、农业用水比例、人均生活日用水量、地下水开采系数、年径流量，均涉及水资源、社会经济、生态环境复合系统等[1- 4]，并未考虑外调水潜力对指标体系构成的影响，因此有必要将外调水潜力纳入区域水资源承载力分析当中。

较为成熟的水资源承载力评价方法如运用主成分分析法，分析了影响南京市水资源承载力的主要驱动因子[5]。白露采用Logistic关联模型构建水资源、社会经济、生态环境各系统与承载力等级的关联关系，利用风险矩阵综合确定各子系统的承载力[6]。金菊良分别采用基于投影寻踪权重优化、动态评价的半偏减法集对势方法，基于集对分析和风险矩阵构建了水资源承载力评价模型，并在安徽省和引黄灌区得到应用[7- 9]；田培采用改进熵权TOPSIS模型，通过对24项指标的空间自相关分析和耦合协调性分析，评价长江中游城市群的水资源承载能力[10]；李少朋采用改进TOPSIS模型，对江苏省水资源承载力进行了综合评价[11]；郑江丽引入系统演变过程序参量，构建的基于系统协调性的承载力评估模型在广州市得到应用[12]；此外，还包括系统动力学模型和综合评价法等多种方法[13]。综合评价法可以形象、直观地对样本进行分类或评价，有效避免了各类评价因素权重确定的人为任意性，该方法目前应用较为普遍。

本文采用综合评价法，创新性地在水资源系统中增加了外调水潜力指标，结合社会、经济、生态系统中的指示性指标，构建了区域水资源承载力计算模型，对于本地水资源匮乏，依靠跨流域调水满足水资源需求地区的水资源承载能力评价有较好的借鉴意义。

1 区域水资源承载力计算方法

充分考虑调水工程建成后，外调水供水潜力对区域水资源承载力的支撑性作用，在水资源系统中增加外调水潜力指标，重新定义水资源复合系统承载压力指数的内涵。主要计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

T=∅1P1+ρ∅2P2+…+∅nPn

(5)

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(7)

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(9)

式中，WCZ—区域承载力评价值；ZHI—区域水资源复合系统协调指数；ZCI—区域水资源复合系统承载压力指数；α、β—待定权重；PeI、PpI—同等权重；Vmin为国民经济最低用水量；Vmax—区域水资源最大可用水量，根据用水总量控制指标确定；GDPmin、GDPmax—用水量Vmin、Vmax对应的国内生产总值；Pc—当前人口规模，Pmax为某一社会发展水平，人口承载规模的上限值；T—系统综合评价函数；C—协调系数；n—系统个数；∅—各系统权重；Pi—序参量对各系统的总有序度；ρk—第i系统第k项序参量的权重系数；Yik—第i个系统第k个序参量变量的有序度；ZCP—水资源系统压力指数；ZCS—水资源系统承压指数；N1、N2、N3、N4—水资源系统、经济系统、社会发展系统、生态系统；ωi—指标因子权重，Xi—指标评价值，两者均采用熵权法确定[14]。综合指标度量标准如下所示：

(10)

2 案例分析

2.1 研究区概况

吉林省土地总面积为18.74万km2，处于北半球的中纬地带，接近亚寒带。全省形成了显著的温带大陆性季风气候特点，四季分明，春季干燥风大，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长。吉林省多年平均年降水量608.4mm，由东部山区向西部平原呈递减趋势。吉林省有五大水系，19条主要江河。根据水资源调查评价最新成果，吉林省多年平均水资源总量为400.02亿m3。其中，地表水资源量为342.95亿m3，地下水资源量为124.50亿m3，重复计算量为67.43亿m3。

2019年全省常住人口2601.64万人，GDP 11707.37亿元，工业增加值3596.15亿元，耕地面积10545.05万亩，耕地实际灌溉面积2576.74万亩。2019年全省总供水量为115.21亿m3，其中地表水供水量为74.82亿m3，占总供水量的64.9%；地下水供水量为38.99亿m3，占总供水量的33.8%；其他水源供水量为1.40亿m3，占总供水量的1.2%。2019年全省用水量为115.21亿m3，其中农业用水量85.25亿m3(农田灌溉用水量80.90亿m3)，工业用水量11.22亿m3，生活用水量12.30亿m3，生态环境补水量6.46亿m3。

吉林省包括长春市、吉林市、四平市、辽源市、通化市、白山市、松原市、白城市、延边朝鲜族自治州等9个市(州)，以及长白山保护开发区和梅河口市2个省直管行政区。

2.2 指标筛选及数据来源

按照水资源承载力主要影响因素，结合水资源、经济、社会、生态环境各系统特征[15]及其在前述文献中高频出现的指标，筛选确定了反映区域水资源承载力评价指标13项，见表1。

考虑以往区域水资源承载力评价指标体系中，以本地水资源为主要指标体系，未考虑已建、在建调水工程实施对区域水资源承载力变化的影响。按照国家水网布局的完善与推进，外调水源成为区域水资源配置格局的重要组成部分。基于此，本文以现状水资源禀赋及其开发利用条件基础，结合《松辽流域综合规划》《吉林省水中长期供求规划报告》提出的吉林省未来规划发展水平，在已筛选的13项水资源、社会、经济、生态系统指标基础上，考虑增加外调水潜力指标，形成13项指标(方案1)与14项指标(方案2)两套对比方案，分析不考虑外调水潜力和考虑外调水潜力条件下，区域水资源承载力结果的差异性，并结合当前的实际情况进行合理性分析。

表1 水资源承载力评价指标表

表2数据来源自《吉林省第三次水资源调查评价报告》《吉林统计年鉴2020》《2019年吉林省水资源公报》《吉林省中西部供水工程可行性研究报告》等各地市实施最严格水资源管理考核自查报告，具体情况见表2。

表2 吉林省水资源、社会、经济、生态相关基础数据

2.3 综合评价结果

本文以行政区为单元，在数据标准化后进行的区域水资源承载力综合评价，计算结果见表3。按照式(10)提出的综合指标度量标准进行了各行政区承载力等级评价如图1所示。

表3 吉林省不同分区水资源承载力评价结果

图1 不同方案下各区域承载能力评估情况对比

根据水资源承载力评价结果显示，可得到如下结论：

(1)区域承载力综合评价结果越小，说明区域承载等级越高，只有长春市和四平市濒临超载，其他市处于适宜等级，该结论与《中国水资源承载力综合评价研究》中吉林省水资源承载力的评价结果基本相符。

(2)两个方案对比后发现，考虑外调水潜力指标(方案2)后，除四平市之外其他市(区、州)的区域承载能力有明显提升，其中梅河口市提高1个等级，其他市(区、州)仍处于同一等级，说明各市(区、州)的外调水工程布局(由外调水潜力表征)与区域发展承载状态、协调状态较为相符。

(3)长春市作为吉林省省会城市、未来省内的发展核心，区域水资源承载力处于濒临超载状态，几乎没有本地水资源开发利用潜力，主要依靠外调水工程支撑社会经济发展。

(4)四平市区域承载力评价结果出现反转，究其原因是受用水总量控制指标和地下水开采率限制双重影响，未来2.04亿m3的外调水潜力对支撑131.9万人和GDP达到1250.7亿元的发展规模，仍然处于紧平衡的状态(濒临超载)，应综合考虑四平市区域水资源限制要素、合理定人、定产、定地，真正发挥水资源最大刚性约束管控作用。

3 结论与建议

3.1 主要结论

本文采用综合评价法，从水资源、社会、经济、生态4大系统遴选了13项基本指标，结合外调水潜力指标，构建了2套指标体系，对比分析考虑外调后各区域水资源承载力的变化情况，有效识别重点区域的承载力变化情况：①有外调水支援情况下长春市、四平市仍然处于紧平衡状态；②区域水资源利用协调水平较高，但水资源量(含外调水量)短缺仍是制约社会经济发展的瓶颈问题。

与以往水资源承载力评价相比，本文将外调水潜力作为水资源系统重要指标之一，是基于国家水网建设为背景下的适应性考虑，呼应了“水资源合理配置的重要水源指标应当作为评价指标体系中的重要因素之一”这一观点，丰富了的水资源承载力指标体系，对于外调水影响区域供水格局具有重要指示作用。

3.2 建议

随着吉林省社会经济高质量发展，以及国家大水网建设布局推进，区域水资源承载力会因外调水供给发生转变，有必要针对新时期吉林省社会经济发展状况，立足于国家对吉林省的战略部署，重新核算吉林省水资源承载力，为指导吉林省水资源可持续利用、落实水资源最大刚性约束发挥积极作用。特别要针对重点区域发展特征，如长春市经济社会发展用水需求较为强劲、四平市水资源极度匮乏、导致产业布局处于劣势等，优化外调水布局、落实水资源最大刚性约束制度，探索出一条水资源承载力与社会经济相协调的发展之路。