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《水土保持研究雜志》2014年第三期

1區域特征與研究方法

榆林市位于陜西省最北部，東經107°28′—111°15′，北緯36°57′—39°35′，總面積4．4萬km2，占全省總土地面積的21．2％。榆林地處中溫帶干旱、半干旱大陸性季風氣候區，日照充足、四季分明。年均氣溫10℃，全市多年平均年降水量為397．7mm，是陜西省降水量最少的地區。地勢從西向東、從西北向東南傾斜，境內平均海拔1000～1800m。全市地貌大體以古長城為界，北部為風沙草灘區，地勢平緩，沙丘連綿，約占全市總面積的42％；南部為黃土丘陵溝壑區，地面支離破碎，易引發水土流失，約占總面積的58％。境內河流主要有黃河水系和陜西省唯一的內陸水系，黃河流經府谷、神木、佳縣、吳堡、綏德、清澗6縣，共270km，其支流無定河為全市最大河流，流域面積占全市總面積的79．8％；內陸水系較大的有八里河和紅堿淖，北部風沙區還有大小不等的海子，分布在神木、定邊縣北部的沙漠閉流區，流域面積占全市總面積的10．8％。榆林地區土壤呈現較為典型的非地帶性土壤分布，市域內植被主要有7種類型，分別是草場植被、落葉闊葉灌叢、落葉闊葉林、沙生植被、草甸、鹽生植被、沼澤及水生植被。榆林市水資源總量少，時空分布不均，北豐南貧、季差劇烈。全市多年平均水資源總量為32．01億m3，其中地表水資源量為22．90億m3，地下水資源量為24．78億m3，水資源可利用總量為12．75億m3，人均地表水資源量550m3，僅為全國平均值的1／4，耕地畝均水資源僅為165m3，為全國平均值的1／9，屬資源性缺水地區。根據1952—2010年的徑流實測資料，全市平均降水量減小5．14％，地表水資源量減少了13．4％，主要河流近20a來的徑流呈現出減小態勢，徑流量削減量最大的皇甫川為36．0％。在煤、氣、油等北部能源富集的榆陽、神木、府谷、橫山、靖邊、定邊六縣區水資源總量為22．7億m3，占全市總量的70．9％，水資源相對豐富，為北部縣區能源開發建設創造了有利條件。相比之下，南部丘陵區地形破碎，且河流含沙量大，地下水埋藏深，可開采量小，開發利用難度較大，加之人口密度大，人均水資源量低，嚴重制約南部縣區經濟社會發展。

2水資源承載力的研究方法與模型

本文所要探討的水資源人口承載力是指流域在不同階段的社會經濟和技術條件下，在考慮區域水資源稟賦、開發利用潛力以及當地經濟發展水平和結構、資源開發和利用的前提下，流域水資源能夠維系和支撐的人口總量，即一個區域在水資源的約束下能夠達到的最大承載人口數量。

2．1關鍵指標的選取水資源承載力評價指標不僅是水資源承載力大小的評判依據，而且也是水資源承載力大小的決策工具，選取能反映社會經濟系統發展規模的指標體系成為問題的核心。水資源承載力的大小受到諸多因素的影響，主要包括水資源稟賦、經濟發展水平、人口與生態和環境狀況等指標［11］。指標的選取既要反映“水資源系統—社會經濟系統—生態系統”中的水資源數量與質量、開發利用狀況及其動態變化對水資源承載力的影響，又要反映被承載的社會、經濟系統發展規模、結構及發展水平變化對承載力的影響，以及水資源系統、社會系統、經濟系統及生態環境系統之間的協調狀況。在實際計算過程中，水資源承載力評價指標的選取有不同的做法。其一從定義出發，直接選取可支持人口數量、產業發展規模等人口和社會經濟發展指標，作為衡量水資源承載力大小的依據；其二從水資源可供水量、需水量、可承載人口規模等方面綜合考慮建立水資源承載力評價指標體系。指標的選取直接關系著水資源承載力計算的結果，不同的指標選取，計算結果也大相徑庭。以北京市為例，根據現有的計算結果統計，水資源人口承載力最大值為2000萬人，最小值僅為130萬人，承載力值的巨大差異與水資源量指標的選取有密切關系，已有的研究中僅對水資源量這一指標就劃分了天然水資源總量、供水總量、生活用水量三類，這三者之間的數量差異直接導致了水資源人口承載力的不同計算結果。

2．2建立評價模型國內外對資源承載力量化的計算方法大體分成兩大類：一是評價方法，從分析水資源承載力系統中的現象入手構建指標體系，構建評價方法及模型，綜合評判水資源對某種發展規模的支撐程度，主要方法如模糊評價法、灰關聯評價法、主成分分析法等，這類方法局限于水資源承載力系統中各個因素的表象上，在指標體系、評價標準和評價方法的選擇上主觀性較大，因此最終結果只能用于定性判斷；二是規劃方法，通常從水資源承載力系統中各個因素的相互作用關系入手，構建數學方程模擬各個因素的發展，通過變量將數學方程耦合成水資源承載力量化模型，目的在于計算最大承載規模。主要有常規趨勢法、系統動力學法、多目標綜合分析法、人工神經網絡（ANN）和遺傳算法（GA）等，此類方法在探索各個因素的相互作用關系上有所突破，但這種方法過程復雜，涉及的參變量不好掌握，容易得出不合理的結論。本文基于可持續發展理論框架，在趙建世［12］、石培基［13］等學者提出的城市適度規模計算模型的基礎上，運用模型（1），（2）對水資源約束下的城市人口適度發展規模進行計算與分析，該模型指標量較少，容易獲取，且全面反映了城市發展中缺水、污水等水資源問題，能夠很好地解決城市發展過程中人口規模與水資源之間需求與制約的關系。z值代表水資源的超載程度，當z＞1時，區域或流域處于超載狀態，值越大，超載程度越嚴重；當z＜1時，說明區域或流域的承載潛力大，值越小，其水資源的承載潛力越大，可容納的人口量越大。在應用上述方法模型時，需要考慮的關鍵因子是區域的水資源量、水資源可利用量、不同水平年人均生活需水量、耗水量。

3榆林重點開發區水資源的人口承載量分析

3．1水資源承載力的各項指標分析

3．1．1榆林市供水量與供水結構分析供水量主要包括地表水源供水、地下水源及其他水源供水。在各供水水源中，地表水源供水量所占比例最大，占總供水量的62％，其中引水工程供水量占38％；集雨工程和污水處理再利用供水量相對較少，僅占0．2％；微咸水在榆林市利用率已達到1．3％。在1980—2010年期間，研究區總供水量有較大增長，地表水源供水所占比例有所下降。2010年，全市各類水利工程年供水量6．92億m3，占全市水資源總量的30．19％；其中地表水4．42億m3，占總供水量的59．47％；地下水2．48億m3，占總供水量的40．38％；其他供水量約占0．02億m3（附圖6）。由于受地理位置影響，水利工程分布不均，造成各分區供水能力有余有缺。從人均供水能力的空間分布情況來看，人均供水能力由北向南、由東向西呈現遞減的趨勢。各縣（區）中人均供水能力最大的是榆陽區，為861．01m3／人；其次是橫山縣、神木縣，人均供水能力均達到400m3／人以上；再次是米脂縣和府谷縣，人均供水能力均達到100m3／人以上，其余各縣的人均供水能力都在100m3／人以下（圖1）。本文根據區域水資源情況、供水工程設施、來水條件、產業需水情況，結合引黃取水、區域調水工程，提出不同水平年不同降水條件下的區域可供水量。詳見表1。根據榆林市對國家級能源化工基地的建設要求，未來將新增大批煤炭開采、煤電轉化、煤化工等產能，水資源需求將大幅增長；加之該地區屬于半干旱地區，降雨量少，蒸發強烈，當地自產徑流量少，水資源開發條件較差，將來水資源的缺乏勢必難以支撐國家能源化工基地建設的需求。

3．1．2榆林市用水量與用水結構分析用水量分為社會經濟用水和生態系統用水，社會經濟用水按生活、工業、農業3部門劃分。其中，榆林市用水大戶為農田灌溉用水，占總用水量的64．71％，其次是工業用水，占總量的18．73％，林、牧、漁、畜業用水占6．37％，居民生活用水、城鎮公共用水分別占8．51％，1．17％，生態環境用水僅占0．50％。在1980—2010年間，榆林市人均總用水量由213m3／a下降到176m3／a，單位GDP用水量、工業用水指標、農田灌溉用水指標下降趨勢顯著，而城鎮生活、農村居民用水指標則逐年略有上升。（1）生活用水。生活用水包括城鎮生活用水和農村生活用水。城鎮生活用水包括城鎮公共設施和流動人口用水，靠地表水供給；農村生活用水包括大小牲畜飲水，以取地下水為主。由于農村住宅一般沒有給排水設施，用水定額低，耗水率較高，因此近似認為農村生活用水量基本是消耗水量。在1980—2010年，隨著人民生活水平不斷提高，生活配套設施日益完善，生活用水定額呈現逐年上升趨勢。人均城鎮生活用水指標增長到69L／d，農村生活用水指標增長到39L／d，分別增長了50％，48％。從圖2中可以看出，2010年的城鎮人均用水量表現出比往年減少的趨勢。事實上，由于該年人口城鎮化呈現爆發式增長，大量的農村人口轉化為城鎮人口，原本增加的城鎮用水量在人均水平上呈現出降低的趨勢。生活用水量占總用水量的比重較小，但對用水保證程度要求較高、對水質好壞也有較嚴格的標準。目前，榆林市的所有中小河流上改建的庫壩已基本建成，解決水瓶頸制約的唯一出路，只能從黃河干流引水。（2）生產用水。農業用水包括灌溉用水和林牧漁用水兩部分。1980—2010年，全市農業用水量呈緩慢上升趨勢，年均增長率為0．3％；農田實灌面積增加了2．25萬hm2，農田灌溉用水量增加了137萬m3；林牧漁業面積呈增長趨勢，由1980年的0．17萬hm2發展到2010年的0．61萬hm2，用水量增加了3160萬m3。隨著農業灌溉技術的改進和農業結構的調整，單位面積灌溉用水量下降了1551．58m3。歷年農業用水情況見表2。工業用水包括火電和一般工業用水。1980—2010年，榆林市工業用水量總體呈增長趨勢，年均增長率達9．78％，全市工業用水量在30a間增加了10．89倍。從行政分區來看，工業用水量增長最快的是神木縣，年均增長達到13％；全市生產用水量占總用水量的91．44％。隨著工藝的改進和產業結構的調整，萬元產值用水量明顯下降，30a來降低了401m3，單方水GDP產出增加了15倍。受到產業結構調整、企業經營狀況、用水管理水平及節水水平等因素的影響，各年份及各地區的增長率并不均衡。歷年主要工業部門用水情況見表3．（3）生態用水。1980—2010年間，隨著城市化進程的不斷推進，對城市的綠化及景觀環境建設的力度也不斷加強，生態環境用水量呈逐年上升趨勢，從1980年的81萬m3增至2010年的344萬m3。年均增長最快的是神木縣，其余各縣在經濟發展的同時，也相應地加大了對生態環境需水的重視。

3．1．3人均用水量法預測供、需水量根據榆林市統計年鑒數據分析，從1980年改革開放初期到現在，榆林市人口發生了很大的變化。1980—2010年榆林市人口凈增量為131．41萬人，常住人口年均自然增長率7．5‰，年平均增長率為1．53％，榆陽區人口增長率最高，為2．1％，最低為吳堡縣0．9％。2000年以來城鎮人口年均增長3．2％，農業人口從2003年開始逐年減少，市內出現了以榆林主城區為中心，以神木、靖邊、綏德為副中心，以其他縣城和中心城鎮為重點，形成勞動力轉移和人口集聚格局。由于能源化工基地的建設與高速發展，神木縣、榆陽區等經濟迅速膨脹，吸引大量外來人口流入，造成這些地區人口呈不穩定、急速增長的態勢。按照用水類型進行預測，將水資源需求劃分為生活需水、河道外生產需水、河道外生態環境需水以及河道內需水。以2010年為基準年，采取人均用水量法分別預測近遠期水平年2015年和2020年的需水量。計算公式如下：根據社會經濟、國民經濟發展指標、水價水平，結合生活用水習慣和現狀用水水平，參照建設部門已制定的城鎮用水標準，同時借鑒國內外同類地區或城市生活用水定額，擬定城鎮和農村居民生活用水定額，并以2010年的生活需水量為基準，采用人均綜合用水量加趨勢微調方法對2015年、2020年在不同保證率下的需水量進行預測，根據人均用水量的變動趨勢對預測值加以修正，以保證預測成果更加接近實際。（1）生活需水量。以2010年為基準年，2015年和2020年各縣區常住人口根據《榆林市國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》確定的年均自然增長率7．5‰進行預測。榆林市各縣區城鎮常住人口數根據城鎮化率預測，2015年、2020年城鎮化率分別為52％，60％。按照《城市居民生活用水量標準》（GB／T50331—2002），根據經濟社會發展水平、人均收入水平、水價水平、節水器具推廣與普及情況，結合生活用水習慣和現狀用水水平，參照建設部門已制定的城市（鎮）用水標準，參考國內外同類地區或城市生活用水定額［14］，分別擬定各水平年城鎮和農村居民生活用水定額，建議2015年城鎮生活需水定額取119L／（人•d），農村生活需水定額取51L／（人•d）；2020年城鎮生活需水定額為134L／（人•d），農村生活需水定額為56L／（人•d）。經測算，到2015年、2020年榆林市生活需水量分別為9914．7萬m3和1259．1萬m3（附圖7）。（2）生產需水量。生產需水量包括農業需水、工業需水、建筑業需水和第三產業需水。考慮到榆林市灌溉面積比較分散，已經處于較高的灌溉水平，要進一步提高灌溉效率，降低畝均用水量的難度很大，因此建議農業用水維持現狀不變，即農業的增長主要靠技術進步、制度創新、管理水平提高等因素完成。根據榆林市農業發展指標和擬定的定額，預測各規劃水平年的需水量統計結果如表4所示。工業需水預測中，分別將采掘業、火力發電、煤化工、鹽化工作為主要耗水戶進行測算。榆林市用水量較大的采掘業主要包括煤炭、石油、天然氣的開采，單位產品用水定額采用《陜西省行業用水定額》（2010年修訂）的規定值；火力發電用水量按照裝機容量、年利用小時數和裝機取水定額確定，年利用小時數按照5500h計，裝機取水定額按照《陜西省行業用水定額》確定；煤化工和鹽化工由于產品眾多，且缺乏部分產品的用水定額，通過借鑒并引用歷年煤炭及轉化、鹽化工產業的發展趨勢進行預測。建筑業需水量預測采取萬元產值用水量指標計算。榆林市2009年建筑業用水指標為16m3／萬元，隨著施工技術進步，2015年和2020年可分別按照節水10％和20％計算。通過分析，采用2001—2009年建筑業總產值序列作為回歸樣本，通過線性回歸進行趨勢外推2015年和2020年的總產值，預測榆林市第二產業的需水量，2015年為88863．08萬m3，2020年為138198．22萬m3。第三產業需水采用萬元產值用水量指標計算。結合用水現狀分析，預測各規劃水平年的需水定額，進行需水量的預測。以2005—2010年第三產業總產值序列為樣本進行趨勢外推，預計榆林市第三產業的需水量，2015年為4404．07萬m3，2020年為10983．68萬m3。（3）河道外生態環境需水。河道外生態環境需水主要包括城市生態環境需水和農村生態環境需水，農村生態環境需水已經在農村居民生活用水定額中考慮，在此不再重復計算。考慮到河道內需水量不參與河道外水資源供需平衡分析，因此在預測分析中不予計算。城鎮生態環境美化依據城市人口多少及人均生態環境美化需水量確定。結合榆林市實際情況，根據經濟和社會發展的規模及需要，城市生態環境需水主要考慮綠地需水，預計2015年和2020年榆林市城鎮人均綠地面積分別為7．5m2和9m2，預計榆林市生態環境需水量，2015年為14840．09萬m3，2020年為24438．90萬m3。綜合榆林市生活、生產和生態（環境）三大用水戶需水量，在不同保證率下需水量統計結果見表5。50％代表年的需水量2010年為136708．3萬m3，2015年為190014．2萬m3，2020年為261015．8萬m3；75％代表年的需水量2010年為145687．3萬m3，2015年為199379．9萬m3，2020年為271939．6萬m3；95％代表年的需水量2010年為154467．8萬m3，2015年為208614．8萬m3，2020年為280643．9萬m3。

3．1．4人均水資源量變化趨勢分析根據1980—2010年的人均水資源量統計數據，榆林市水資源與人口的空間分布極不均衡，全市水資源總量較少，人均用水量在全國屬于相對較低水平。榆林市人均占有水資源量由1998年的1180m3下降到2010年的892m3（圖3），年均遞減2．3％，僅為全省人均占有量1300m3的68．6％，為全國人均占有量2300m3的38．8％。全市有67％的縣區人均水資源量低于1000m3，現已經達到國際公認的MalinFalkenmark缺水標準［15］，人均水資源量最低的子洲縣，只有227m3。人口與水資源矛盾表現最為突出的為吳堡縣，人均水資源量多年平均值僅為218．17m3／人，居民的日常生活用水得不到保障；神木縣的水資源量相對較豐富，人均水資源量多年平均值為2484．5m3／人，其次是榆陽區，值為2407．67m3／人；定邊縣與靖邊縣處于周期性用水緊張狀態。

3．2榆林市水資源承載人口規模計算本文以2010年的水資源數據、社會經濟統計數據作為基礎數據，從供用水量、人均水資源量兩個角度分析水資源對人口發展的可持續條件，結合不同水平年的需水量預測結果，運用水資源承載力及城市人口適度規模模型，計算榆林市水量承載能力c1（人）、水質承載能力c2（人）、城市適度規模pr（人）以及超載度z。模型參數的確定，人均污水排放量sp（t）取2010年榆林市人均排放量，sp（t）為9．22t／人；一般來講河流具有自凈能力的徑污比最低限為20，河流自凈能力可按wc＝0．05ws計算。模型計算結果如表6所示。根據對榆林市水量、水質承載力的計算，榆林市未來將以水量超載型為主。通過對超載度的計算，z值為1．02～1．08，水資源的人口承載力均處于超載狀態，超載程度隨時間的增大呈現出加重的趨勢。以2010年作為基礎參照數據，根據對人口增長趨勢的一元線性回歸分析，計算出未來水資源的城鎮、農村人口承載力，如表7所示。結果顯示，在未來10a內，榆林市城鎮人口處于超載狀態，隨著時間的增加，超載狀態居高不下；而農村人口在未來10a內人口在水資源承載范圍之內，且呈現出承載能力逐漸加強的趨勢。到2015年，水資源能夠承載的城鎮人口的超載程度達到1．89；到2020年，超載程度降至1．73，超載形勢嚴峻。由于城鎮化是未來必然的發展趨勢，因此未來區域經濟的集聚勢必會造成人口的增長，從而加重人與水資源之間的矛盾，城鎮化與水資源相互制約的作用會更加明顯。

4結論與討論

水資源人口承載力作為衡量人與自然協調程度的重要指標之一，其水量和水質的承載力對人口、經濟發展和生態環境保護同樣具有深遠影響。本文通過對水資源承載力的概念、內涵、指標體系、模型方法進行理論總結，結合榆林市實例，利用人口適度發展規模預測模型對區域水資源人口承載力進行分析計算。結果表明，在未來10a內，榆林市水資源處于水量型超載狀態，在超載人群中，尤以城鎮人口為重，且超載程度隨時間呈現出加重的趨勢，超載度高達1．89，農村人口尚有承載余地。可見，榆林市作為能源化工基地在一味強調城鎮化和追求人口數量并不能保障區域可持續發展。相反，設定過高的城鎮化率對城市良性發展造成障礙：未來生活、工業用水量的增長勢必會擠占農業灌溉用水，部分原設計農業灌溉功能的水庫改為以生活供水或工業供水為主，使得原本存在供水缺口的農業用水無法得以保證。再者，大規模的資源開發不僅給國民經濟各用水部門之間造成很多矛盾，而且產生巨大的生態環境壓力。在未來的研究中，為進一步緩解榆林市這個重度缺水、其產業布局又以煤化工、鹽化工、煤電等高耗水行業為主的地區在未來水資源的人口超載情況下的惡性發展問題，應將水資源的產業承載力、生態承載力納入研究中，會使得研究結果更加精確；此外，也可從產業經濟和生態環境的角度，以人口中心遷移和空間布局為重點，側面解決人水壓力，從而提高水資源承載力的潛力，為打造能源化工基地水資源保障體系提供科學依據。

作者：黨麗娟徐勇王志強單位：中國科學院地理科學與資源研究所中國科學院大學