海城市水资源承载能力评价

陈 新

(辽宁省海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

1 区域概况

海城市地处辽东半岛之北部、辽河下游之左岸，东部绝大部分为山区及丘陵地带(海拔60-500m)，西部为五道河、海城河冲积而成的平原区，丘陵漫岗多位于平原与山麓的过渡地带。海城位于温带季风气候区，雨量集中、光照充足、雨热同期、平原风大，年均降水量721.3mm，平均气温10.4℃。境内东西横贯海城河、杨柳河、八里河、三通河、五道河，南北纵横浑河、太子河、大辽河，总面积2732.1km2，总人口113.41万人。海城市属北温带大陆季风气候，年均降雨量484.3mm，平均气温7.2℃，无霜期152d，年蒸发量1659.4mm，其中5-6月份风速大、气温上升快、相对湿度小，因此属蒸发量最大时期。

海城市境内自然灾害频繁，水、雹、旱、霜、虫、风灾俱全，其中最为严重的旱灾，素有“十年九旱”之称。该区域气候特点为“春旱秋吊”，特别是近年来遭受少有的旱灾，其旱情强度大、持续时间长且气温高，造成惨重的经济损失和作物减产。为进一步探究水资源对海城市经济发展的承载余量及其现状，本研究利用双要素计算模型评价分析了其现状年、规划年水资源缠在李，以期为区域总体规划和水资源高效利用提供决策依据。

2 研究方法

2.1 水资源承载力的定义

现有学者从不同角度定义了水资源承载力的内涵，总体上划分为水资源的最大支撑规模和最大开发利用能力两类[1-4]。文章参考相关文献资料和赵建世等研究成果，通过归纳总结定义水资源承载力为[5-7]：在维持水循环系统功能和人们物质生活水平的基础上，运用现有的技术、智力、水资源及其他资源等，某特定区域或流域的水资源在可预见期内所能持续供养的人口数量。

2.2 双要素承载力计算模型

水是维持地球生命系统以及自然生态系统的重要资源，同经济、社会、人类等有着无法割舍、错综复杂的联系，对实现人员自然和谐发展发挥着不可替代的作用[8]。因此，流域外部及其他水源、生态环境状况、科学技术水平、水资源利用程度及基础条件、其他自然资源、人口及其生活水平、经济发展状况等因素势必会对水资源承载能力造成影响。考虑到以上基础资料、技术手段及影响因子，目前比较常用的水资源承载力研究方法有双要素计算模型、模糊综合法、简单定额估算法、人工神经网络法、物元分析法、反推模型法、主成分法、综合指标法、背景分析法、常规趋势法等[9-10]。根据模型简单易操作性及基础数据的易获取性，结合水资源承载能力定义应综合考虑水资源开采受制约条件、生产能力水平及其开发程度等因素。拟从人均污水排放量和耗水量两个层面，利用双要素承载力计算模型综合反映受水资源禀赋的水资源开发制约因素及其水平，其表达式如下：

(1)

式中：Wc、Wn为河流自净能力和可利用水资源量；Sp(t)、qp(t)为人均污水排放量和耗水量；C1、C2、Cw(t)为水量、水质和水资源承载力。

设外流域调水量、生态环境需水量和区域水资源总量为Wb、Wo、W，利用下式确定可利用水量Wn，即：

Wn=W-Wo+Wb

(2)

本研究利用下式求解生态环境需水量Wo和人均耗水量qp(t)，数学公式为：

Wo=αW

(3)

(4)

式中：P(t)、Wet(t)为t时刻的人口数量和区域总耗水量；α为生态环境需水系数，湿润区、半湿润半干旱区、干旱区的α取值区间为0.75-0.85、0.55-0.65、0.45-0.55。

根据公式(5)、(6)确定河流自净能力Wc和污径比β，其数学表达式为：

(5)

(6)

式中：Q、a为径流量与污水流量；β为地表径流总量。

一般条件下符合自净功能要求的河流，其最低限径污比为20。因此，可以利用公式Wc=0.05Ws替代式(5)，并利用以下公式确定人均污水排放量：

(7)

式中：P(t)、Wec(t)为t时刻的人口数量和排污河道的COD总量。

2.3 确定评价指标

根据双要素水资源承载力计算模型引入超载度Pw、宽松度Rw两项评价指标，从而更加全面、系统的反映区域水资源承载潜力及其状态，其表达式为：

(8)

(9)

由此可知，Pw<1或Rw>1水资源系统不超载，Pw越小或Rw越大则承载余量越大；Pw>1或Rw<1为水资源系统超载，Pw越大或Rw越小则超载程度越严重。

3 区域承载力评价

3.1 水资源状况

海城市属于太子河流域，结合辽宁省水资源二次评价成果其多年平均水资源总量为57649万m3，可利用总量41139万m3，地表水与地下水资源量39039万m3、33638万m3，地下水可开采量为28256万m3。按用水总量控制分配指标分析，农业灌溉可用水量为30857万m3，其中地表与地下可用水量为11568万m3、19289万m3。

3.2 现状供水情况

海城市现状总供水量为38295万m3，按照供水工程情况分类：蓄水、引水、提水工程和非工程供水量为2641万m3、410万m3、7452万m3、95万m3，水井工程供水量为27697万m3；按照供水水源性质分类：地表水与地下水供水量为10598万m3、27697万m3。

3.3 现状用水情况

除农业用水外，海城市现状的总用水量为12899万m3，即考虑工业、生活和生态耗水量。

依据海城市现状供用水情况和水资源状况，利用双要素承载能力计算模型科学评价现状与未来情景下的水资源承载能力，评价结果如表2。

表2 水资源承载能力评价值

由表2可知，在水资源质量和数量的综合作用下确定的承载力具有较好科学合理性。污水处理率、可利用水资源量与模型计算的海城市水资源承载力呈正相关性，城市排污及工业用水水源以太子河及其支流为主。太子河的自净能力在很大程度上决定了海城市的水资源承载能力，考虑到现阶段海城市自产水量较少而水源以区域外调水为主的实际情况，为进一步提高海城市水资源承载能力和河流的自净功能，若仅仅依靠增加外调水量还难以实现[12]。因此，节约用水、提高污水处理率等为提高承载力的决定性因素。

3.4 现状承载能力

海城市2020年现状水平年的实际人口约113.41万人，纳入污水管网处理的污水处理率达到90%。将可利用水资源量、人均污水排放量输入双要素承载能力计算模型，该条件下确定的承载为361.7万人、122.5万人，海城市现状水平年的水资源承载能力取两者最小值，从而确定122.5万人，水资源宽松度与超载度为1.08、0.93，水系统未达到超载状态。

研究表明，通过实施节约用水、区域调水等措施，现状经济技术条件下海城市水资源量能够满足经济发展要求，现状人口数量未超过承载人口界限。然而，结合河流纳污实际情况和污水管网未实现全面覆盖的实际，海城市仍需进一步提高污水处理质量，为进一步提高其水资源承载能力仍然要加强污水处理能力的提升。

3.5 规划水平年承载力

根据人口发展趋势及社会生产力发展水平，预测海城市2025年、2030年的人口达到126.52万人和138.04万人，污水处理能力达到95%和96%。采用双要素承载力计算模型确定规划水平年2025年、2030年的承载人口为130.2万人和150.8万人，水资源宽松度与超载度为1.03、0.97和1.09、0.92，规划水平年未达到超载水平。

研究表明，通过实施节水增粮行动、续建配套节水改造及加快污水处理厂建设等，能够大大提高海城市污水处理效率和区域供水条件，预测人口未超过可承载人口规模，能够满足区域发展需要。

4 结 论

1)针对海城市2020年现状年、2025年和2030年规划水平年的水资源承载能力，利用双要素承载力计算模型进行评估。结果显示，现状年113.41万人，水资源可承载人口122.5万人，水资源宽松度与超载度为1.08、0.93，水系统未达到超载状态；2025年和2030年规划水平年的预测人口126.52万人、138.04万人，水资源可承载人口130.2万人和150.8万人，水资源宽松度与超载度为1.03、0.97和1.09、0.92，规划水平年未达到超载水平。

2)为进一步增强海城市水资源承载能力，可以采取的措施有：合理规划水资源利用与污水处理厂建设，以增强污水处理能力和提高污水回用量；通过增设市政污水管网、节约用水和加大区域外调水等，减少对河流水环境的污染、提高水资源利用率和可利用总量。