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時(shí)間：2011-10-31來源：馬興華 安娟 王少波 賈洪濤
摘要: 水資源承載能力是指某一區(qū)域某一時(shí)期內(nèi)水資源系統(tǒng)能夠支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的最大規(guī)模。建立水資源支撐人口最大化目標(biāo)函數(shù)、以可供水量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最大用水量為約束條件的水資源承載能力模型, 對(duì)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力進(jìn)行了研究。結(jié)果表明: 在75%的來水頻率下, 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源可以承載規(guī)劃水平年2015年和2020年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 2020年水資源承載能力比2015年的大, 海南片水資源承載能力比廣東、廣西片的大。
關(guān)鍵詞: 水資源承載能力; 模型; 指標(biāo)體系; 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)
國(guó)內(nèi)關(guān)于水資源承載能力的研究始于20世紀(jì)80 年代中后期[1]。目前, 建立水資源承載能力模型的方法有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[2]、目標(biāo)綜合分析與多級(jí)灰關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法[3]、基于歐氏貼近度的模糊物元模型方法[4]、基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型(COIM 模型) 方法[5-6] 等。水資源承載能力可以采用數(shù)值計(jì)算方法或計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行求解[7]。筆者在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上, 采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)方法對(duì)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力進(jìn)行了研究。
1 水資源承載能力基本理論
1. 1 水資源承載能力的概念
不同的學(xué)者對(duì)水資源承載能力概念的表述有所不同[6, 8-11], 但都強(qiáng)調(diào)時(shí)空限制和最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模這兩方面。因此, 筆者認(rèn)為, 水資源承載能力是指某一區(qū)域、某一時(shí)期內(nèi)水資源系統(tǒng)能夠支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的最大規(guī)模。
1. 2 評(píng)價(jià)模型
(1)目標(biāo)函數(shù)。以社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大化為目標(biāo)、以可供水量為約束條件, 構(gòu)建水資源承載能力模型。社會(huì)經(jīng)濟(jì)包括人口、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、耕地面積等指標(biāo), 所以是一個(gè)多目標(biāo)問題, 即
F = {f1, f2,…, fn} (1)
式中: F 為水資源承載能力; f1 ~ fn 為社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的表征指標(biāo)。
在實(shí)際求解的過程中, 通常以人口的最大化為目標(biāo), 以社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部相互約束關(guān)系和可供水量為約束條件, 構(gòu)成單目標(biāo)求解問題, 即
Max(P) (2)
式中: P 為總?cè)丝凇?span lang="EN-US">
(2)約束條件。約束條件如下:
式中: W用、W供分別為水資源利用量和可供水量; W生活、W工業(yè)、W農(nóng)業(yè)、W其他分別為生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水量和其他用水量; Y工業(yè)、Y農(nóng)業(yè)、P 分別為工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人口數(shù); a工業(yè)、a農(nóng)業(yè)、a生活分別為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人均用水定額。
由于在模型約束方程中加入了社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程, 因此能夠制約人口、工業(yè)、農(nóng)業(yè)主要指標(biāo)之間的關(guān)系,在確定最大人口數(shù)的同時(shí)也就確定了相應(yīng)的其他指標(biāo), 如工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值等。
從式(3)可以看出, 方程組中既包含了水資源的約束條件,又包含了社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部之間的相互約束關(guān)系, 在可供水量一定的情況下, 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活總用水量的最大量是一定的,當(dāng)工業(yè)規(guī)模增大時(shí), 工業(yè)用水量必然增大, 勢(shì)必會(huì)減少農(nóng)業(yè)和生活用水量, 因此必將減小農(nóng)業(yè)規(guī)模和人口規(guī)模。
1. 3 評(píng)價(jià)方法
評(píng)價(jià)一個(gè)區(qū)域水資源是否“超載”或“可承載”, 可以用水資源承載能力指數(shù)I[12] 來表示:
I = Ps/Pc (4)
式中: P s為預(yù)測(cè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模; Pc為滿足水資源承載能力的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。
本文用人口數(shù)量來表示社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。當(dāng)I> 1 時(shí), 說明已經(jīng)超出水資源承載能力, 且I越大超載越嚴(yán)重; 當(dāng)I = 1時(shí), 說明處于水資源承載能力臨界狀態(tài); 當(dāng)I < 1時(shí), 說明在水資源承載能力范圍之內(nèi), 且I值越小可承載的空間越大。根據(jù)水資源承載能力指數(shù)I 值的分布區(qū)間, 進(jìn)行承載程度分級(jí), 見表1。
表1 承載程度分級(jí)[12]
1. 4 評(píng)價(jià)指標(biāo)
水資源承載能力評(píng)價(jià)涉及水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面, 所以水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)也分為水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩類。
指標(biāo)體系分為三個(gè)層次, 見表2。
表2 水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
表3 來水頻率為75%條件下水資源承載能力計(jì)算結(jié)果
2 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力計(jì)算
北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)位于中國(guó)南部, 包括廣西壯族自治區(qū)的南寧市、北海市、欽州市、防城港市, 廣東省的湛江市、茂名市, 海南省的海口市、澄邁縣、臨高縣、儋州市、東方市、昌江縣和樂東縣。根據(jù)上述水資源承載能力計(jì)算模型, 選取總?cè)丝凇⒊擎?zhèn)人口、工業(yè)增加值和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP) 4個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo), 計(jì)算北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力。
計(jì)算過程中所用到的計(jì)算條件說明如下:①采用來水頻率為75% (偏枯水年) 的水文條件; ②經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件采用規(guī)劃水平年2015年、2020年預(yù)測(cè)結(jié)果; ③各規(guī)劃水平年用水、耗水條件采用節(jié)水指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力計(jì)算結(jié)果見表3。來水頻率為75%情況下, 規(guī)劃水平年2015年和2020年北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載能力指數(shù)分別為0. 841 2和0. 799 6, 屬于“可承載”范圍。2015年可承載人口為4 030萬人, 其中城鎮(zhèn)人口1 897萬人, 可承載工業(yè)增加值5 099億元, 可承載國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值11 166億元, 比預(yù)測(cè)的2015年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模要大; 2020年可承載人口為4 406萬人, 其中城鎮(zhèn)人口2 251萬人, 可承載工業(yè)增加值8 979億元, 可承載國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值18 453億元, 比預(yù)測(cè)的2020年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模要大。
從表3可以看出: 在75%的來水頻率下, 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源可以承載規(guī)劃水平年2015年和2020 年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,2020年比2015年的水資源承載能力大, 海南片比廣東、廣西片的水資源承載能力大。
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作者簡(jiǎn)介: 馬興華(1983-) , 男, 廣西南寧人, 助理工程師, 碩士研究生, 研究方向?yàn)樗乃Y源。
