西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系构建

高雅玉 宋玉 田晋华 高金芳

摘要：

中国西北干旱区乡镇水资源短缺等问题日益严峻，水资源承载力已成为制约该区域社会经济可持续发展的重要因素。将综合评价指标体系和计算模型相结合，构建了西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系，并以甘肃黄花滩生态移民区为例，对2020年水资源承载力进行评价。结果表明：2020年黄花滩生态移民区属于水资源短缺地区，水资源的承载能力已接近支持当地经济发展的边缘，且支撑的人口规模已达到饱和状态。经济、社会发展对水资源承载压力较大，水资源承载力已轻度超载。基于评价结果，提出了提升黄花滩生态移民区水资源承载力的建议：采取高效率的输水方式、政府加强对区域水资源的管理与调控、促进产业结构优化升级等。研究成果可为西北干旱区乡镇水资源的优化利用和可持续发展政策的制定提供参考。

关 键 词：

水资源承载力； 综合评价指标体系； 层次分析法； 西北干旱区

中图法分类号： TV213

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.019

0 引 言

水资源是生物圈中人类和其他生物生存和繁衍的物质基础，也是全球向前发展必不可少的自然资源。随着世界人口压力的增大、社会经济的发展以及江河的自然演变，水生态环境恶化、水灾害程度加剧、水资源短缺和时空分布不均已成为全球性问题。中国是一个水资源严重不足的国家，水资源分布表现为由东南向西北递减的趋势，加之对水土资源的不合理开发和利用，水资源问题已成为制约中国社会经济发展的瓶颈。特别是在中国西北干旱地区，年降水量较少，气候干旱，水资源紧缺，随着城镇化进程的不断推进，工业用水量、居民生活用水量等逐年增大，水资源承载能力已成为社会经济可持续发展的重要限制因素。因此，研究水资源承载能力，对解决中国西北干旱地区社会经济发展与水资源供需的矛盾，合理开发和利用水资源，实现水资源与经济和生态协调可持续发展等具有重要的意义。

水资源承载力主要来自于取用水、入河排污、对水域空间占用以及对水文过程的扰动，维持健康的生态环境系统同样需要水资源在数量、质量、空间、流场等方面的支撑［1］。针对西北内陆干旱半干旱区水资源承载力的研究，目前主要集中在城市水资源承载力研究、区域（省、地区）水资源承载力研究和流域水资源承载力研究3个方面［2］，例如吴明艳等［3］运用熵权TOPSIS模型和耦合协调模型定量评价2004～2019年西北五省区水资源承载力时空演化过程及子系统间的耦合协调性；Wang等［4］结合水资源承载力的缺水压力指数和综合指数，建立了旱地农业水资源的多维评价框架，利用多源数据对西北干旱区乡镇的农业水资源承载力及其影响因素进行了评价；Yu等［5］提出了一种鸡群优化-投影追踪评估（CSO-PPE）模型来评估陕西省2007～2016年期间的水资源承载力，建立了基于驱动-压力-狀态-影响-响应-管理（DPSIRM）模型的评价指标体系；Han等［6］建立了基于社会福利和用水效率影响下的水资源承载力评估模型和谱系图，分析计算了新疆水资源的可持续利用能力；唐家凯等［7］、张宁宁等［8］构建了黄河流域水资源承载力评价指标体系，分别运用指标间耦合关系的EFAST算法和层次分析法计算指标权重。研究方法主要有常规趋势法［9］、模糊综合评价法［10-11］、主成分分析法［12-13］、多因素综合评估法［14］、系统动力学法［15-16］、多目标分析法［17］等。

综上，国内学者对中国西北干旱地区的水资源承载力研究取得了较大进展，研究视角也逐渐趋向多元化，但研究区域大多立足于某一省（市）或大范围的区（流）域，对城（乡）镇或小范围的区（流）域的水资源承载力研究较少。因此，推进西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系构建及其应用研究，对水资源可持续利用具有现实意义。甘肃省古浪县黄花滩生态移民易地扶贫搬迁工程是中国“十三五”规划提出的易地扶贫搬迁代表性工程［18］。黄花滩生态移民区近年来各项重点绿化工程和防沙治沙工程卓有成效，但土地沙化仍较为严重、水资源承载能力弱、生物多样性低、植被覆盖度低，生态环境仍然脆弱［19］。如何加快移民区经济发展，加强生态环境保护，改善水资源状况，构建水资源承载力评价体系，这一问题亟待解决。本次研究综合考虑影响西北干旱区乡镇水资源承载力的多种因素，评价体系构建需结合可持续发展与复合系统协同的思想与观点，从而构建西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系，评价体系包括综合评价指标体系和计算模型。根据评价体系框架和指标选取原则确立综合评价指标体系，其中指标单位通过正向化（MMS）和逆向化（NMMS）方法进行量纲处理，指标权重采用层次分析法（AHP）计算。计算模型中水资源承载力、水资源承载经济压力指数、水资源承载人口压力指数和水资源复合系统承载压力指数的计算需结合指标综合评价值和当地人口与经济等数据资料。以黄花滩生态移民区2020年的基础数据为样本，通过计算综合评价指标体系中的指标综合评价值来评价水资源的承载能力与利用水平，以此为西北干旱区乡镇水资源的优化利用和社会、经济、生态可持续协调发展政策的制定提供依据。

1 水资源承载力综合评价指标体系

1.1 评价体系框架构建

区域水资源为该地区的社会经济提供服务，并且直接产生了各种各样的价值和效益，评价体系框架应能够全面客观地反映水资源与经济、生态以及社会之间的协调发展状况，可分为目标、分类与指标层。各指标的选取应根据区域水资源条件、水资源在农业、工业、生活等方面的利用效率以及利用水资源产生的生态环境和社会经济效益来确定。评价体系框架见图1。

指标选取遵循以下基本原则：① 目的性，指标能够描述西北干旱区乡镇水资源的水量和质量、社会和经济活动方式、水资源的压力和社会的响应等；② 整体性，指标体系应符合乡镇水资源承载力的内涵，能较全面地反映水资源所承载的各个方面；③ 动态性，指标能够显示复合系统以及子系统的状态在时空范围内的变化，且对区域水资源承载状况和相关人口与经济规模的变化反应灵敏；④ 可操作性，综合评价指标体系各指标和变量的数据易采集，从而使得复合系统有较强的可操作性；⑤ 科学性，综合评价指标体系复合系统是子系统之间的相互作用和协调发展，复合系统自身应与整体评价模型和动态信息系统联系起来，在理论上具有科学基础；⑥ 层次性，复合系统与子系统以及子系统与各组成要素之间层次分明，形成良性循环系统。

1.2 综合评价指标体系确立

根据评价体系框架和指标选取原则，结合中国西北干旱区乡镇的整体实际情况与前人研究成果，最终构建水资源承载力综合评价指标体系见图2，将目标层西北干旱区乡镇水资源承载力分为6个分类层（B层）和29个指标层（C层）。B层中水资源条件是区域水资源可持续利用的基础，表征复合系统的承压情况；农业水资源利用表征水资源在农业方面的开发利用以及农业对水资源系统产生的承载压力，主要表现为水

资源在农业方面的利用水平、利用效率和利用效益；工业水资源利用表征水资源在工业方面的利用水平以及工业对水资源系统产生的承载压力，主要表现为工业对水资源的利用以及利用水资源产生的经济效益；生活水资源利用表征水资源与居民之间的协调程度以及居民用水对水资源系统产生的承载压力；生态环境系统反映水资源对生态环境方面的贡献和作用以及水资源质量的状态，主要考虑了与水资源综合利用有关的水土、流域环境和绿化状况；社会经济系统表征水资源对人口、社会、经济产生的影响以及水资源系统与其之间的相关情况。C层指标含义及计算方法见表1。

1.3 指标无量纲化、权重与综合评价值计算

（1） 指标无量纲化。

3 实例研究

3.1 移民区概况

黄花滩生态移民区位于甘肃省古浪县东北部的黄花滩镇（见图3），处于古浪“山川沙”格局中“川沙”交界处。黄花滩镇东邻西靖镇，南靠黄羊川镇，西连永丰滩镇，北靠腾格里沙漠并与凉洲区接壤，区域总面积456.72 km2。海拔1 707～1 871 m，地势特征为东南高西北低，属石羊河冲、洪积平原。截至2020年全镇共有10个行政村，安置总人口达到15 600户、62 800人。移民区水资源匮乏，主要水源为景电二期工程黄河供水量以及古浪河黄花滩人饮安全工程和大靖河农村饮水安全工程引水量，引水量已经由2013年的76.54 万m3增加到2020年的2 732.82万m3，到2020年为止共引水量为1.41亿m3。全区日照时间长，温差较大，无霜期短，降水稀少，蒸发量大，地表、地下水贫乏，属典型的干旱型大陆性气候。表5为移民区气候类型及数值。

移民区降水多集中在7、8、9三个月，占全年降水的60%以上（见图4），水资源利用主要为农业用水和非农业用水。在农业用水方面，移民区灌溉面积为82.67 km2，其中农田73.33 km2，生态林地9.33 km2，灌溉方式主要为大田滴灌和管灌。移民区种植面积最大的作物为大田经济作物，净用水量占比达到33.16%；种植面积最小的作物为洋芋和玉米，净用水量占比分别为3.2%和4.31%；温室大棚、生态林、制种玉米的种植面积占比都在11%～13%，小麥种植面积占比为18.3%，净用水量占比达到了20.7%。移民区农业灌溉需水量为3 809万m3，占比达到了 79.9%。在非农业用水方面，居民家庭生活需水182万m3、养殖业需水431万m3、工业需水48万m3、生态环境需水257万m3、城镇公共需水43万m3。

3.2 评价结果及分析

C层指标值xi可通过式（1）、（2）计算得到无量纲化值yi；由式（3）、（5）计算A层和B层判断矩阵E的随机一致性比率CR值和权向量（见表6），满意度全部达到要求，权重分布合理，最终计算得到C层指标权重值wi；由式（6）计算得到C层指标综合评价值Si，表7中B层指标的wi和Si为C层指标对应的wi和Si之和。

由表7可计算出水资源系统压力指数TCP=0.269 0，其中农业水资源利用B2的权重及综合评价值最大（w2=0.257 1、S2=0.101 4），说明该地区农业是第一产业，农业用水仍是最主要的用水形式，其用水程度及用水水平对整个区域的水资源承载力有重大影响。工业水资源利用B3权重和综合评价值较小（w3=0.029 0、S3=0.023 8），说明该地区工业规模较小，工业用水程度也较低。生活水资源利用B4权重值w4=0.060 0，由于在C层中对应子指标（生活用水额、城镇生活废水排放量、居民养殖需水量）是负向指标，其综合评价值较大（S4=0.057 6），说明该地区居民生活和养殖业用水量较大。生态环境系统B5权重值较大（w5=0.077 6），综合评价值S5=0.050 5，说明该地区生态用水程度较低。社会经济系统B6的权重值较大，综合评价值较小（w6=0.074 5、S6=0.035 7），说明水资源利用对该地区的社会经济发展影响重大，但该地区的社会经济发展较为缓慢。

水资源复合系统承载压力指数TC表征区域内水资源所承载的社会、经济、生态环境复合系统压力，数字越大则表明该地区水资源承载压力越大。承压指数TCS=0.190 6，TC=1.411 3（在1～2之间）。移民区经济、社会发展对水资源承载压力较大。

水资源承载经济压力指数Fe表征区域内水资源所承载的经济发展压力，数字越大则表明该地区水资源承载的经济发展压力越大。2020年黄花滩生态移民区生产总值GDPT为3.055亿元，区域农业、工业、生活和养殖的最低用水总量为4.558×107m3，水资源最大可利用总量为4.770×107m3，预测在最低用水量下产生的全区生产总值为2.58亿元。由式（8）和（9）计算得区域内水资源承载的最大经济规模为2.70亿元，Fe=0.883 8（在0.6～0.9之间）。移民区经济规模已接近区域水资源的最大支撑能力，即全区水资源的承载能力已经接近支持当地经济发展的边缘。

水资源承载人口压力指数Fp表征区域内水资源所承载的人口规模压力，数字越大则表明该地区水资源承载的人口规模压力越大。2020年移民区人口数量PA为6.28万人，人均占有区域生产总值的下限阀值GDPp为4 538元。水资源所能承载的最大人口数量为5.69万人，Fp=0.906 1（接近0.9）。移民区人口规模已接近水资源最大支撑能力，即全区水资源支撑的人口规模已达到饱和状态。

水资源承载力TW表征区域内水资源状况与整体承载情况，数字越大则表明该地区水资源承载压力越大，水资源量越短缺。由式（7）计算可得TW=1.122 5（本次研究取权重α=β=0.5），TW值在1.01～1.30之间。该地区属于水资源短缺地区，水资源承载力已轻度超载。

4 讨 论

根据中国西北干旱区乡镇的整体实际情况，从水资源概况、数据收集的难易程度、社会经济的发展现状等角度出发，构建了水资源承载力评价体系，黄花滩生态移民区具有西北干旱区乡镇水資源短缺、用水水平低以及承载压力较大等特点，提升该地区水资源承载力可从加强水资源输送与管理和提高水资源利用水平两方面来考虑。

（1） 加强水资源输送与管理。水资源短缺已成为制约移民区社会经济发展的主要因素，对当地群众脱贫致富与可持续发展影响重大。开展大规模调水工程势在必行，移民区应采取管道、渠道系统化、高效率的输水方式，从而缓解景电二期工程的供水压力。当地政府应重视移民区内水资源分布不均等问题，统筹协调水库坑塘管理，发挥政府主观能动性，加强对区域水资源的管理与调控。

（2） 提高水资源利用水平。移民区经济、社会发展对水资源承载压力较大。农业、居民生活和养殖用水量较大，工业和生态环境方面用水程度较低，农业用水程度及用水水平对整个区域的水资源承载力有重大影响。坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则。优化移民区农业种植结构以适应当地水资源承载能力，以水布局，优先发展高效节水作物，减少高耗水作物的种植面积。采用更新的高效节水灌溉技术，利用更少的有限水资源，产生更高的种植经济效益。从而实现移民区节水增收的目标，促进农业产业的可持续发展。强加工业与生态方面用水程度，加强居民节水意识，加大生态修复与环境保护的力度，降低水土流失率与合理规划畜禽养殖区与居民生活区，提高工业节水技术，促进产业结构优化升级，走产业生态化道路。通过工程节水、农业、工业、畜牧业以及生态产业结构的调整，提高移民区整体的用水水平。

5 结 论

（1） 本文构建了西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系，将综合评价指标体系和计算模型相结合，对黄花滩生态移民区2020年的水资源承载力进行评价，基于评价结果讨论了未来移民区应如何通过提升水资源承载力来促进社会经济的可持续发展。

（2） 经计算，研究区水资源复合系统承载压力指数为1.411 3，移民区经济、社会发展对水资源承载压力较大。水资源承载经济压力指数为0.883 8，全区水资源的承载能力已经接近支持当地经济发展的边缘。水资源承载人口压力指数为0.906 1，全区水资源支撑的人口规模已达到饱和状态。水资源承载力为1.122 5，全区属于水资源短缺地区，水资源承载力已轻度超载。

（3） 基于评价结果，建议在加强水资源输送与管理方面，开展大规模调水工程，采取高效率的输水方式，加强对区域水资源的管理与调控；在提高水资源利用水平方面，应优化农业种植结构，优先发展高效节水作物和灌溉技术，加强工业与生态方面用水程度，促进产业结构优化升级，走产业生态化道路，提高区域整体用水水平。

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（编辑：黄文晋）

Abstract：

The shortage of water resources in villages and towns in the arid region of Northwest China has become increasingly serious，and the carrying capacity of water resources has become an important factor restricting the sustainable development of the regions social economy.The comprehensive evaluation index system and calculation model were combined to build an evaluation system of township water resources carrying capacity in arid region of Northwest China.Taking Huanghuatan Ecological Resettlement Area as an example，the water resources carrying capacity in 2020 was evaluated.The results show that Huanghuatan Ecological Resettlement Area is a water resource shortage area.The carrying capacity of water resources is close to the edge of sustainably supporting local economic development，and the population has reached saturation.The economic and social development has a great pressure on the carrying capacity of water resources，and the carrying capacity of water resources has been slightly overloaded.Based on the evaluation results，we discuss how to improve the water resource carrying capacity of Huanghuatan Ecological Resettlement Area in the future，such as adopting efficient water conveyance methods，strengthening the governments management and regulation of regional water resources，and promoting the optimization and upgrading of industrial structure.The research result can provide reference for the optimal utilization of township water resources and the formulation of sustainable development policies in arid region of Northwest China.

Key words：

water resources carrying capacity；comprehensive evaluation index system；AHP；arid region of Northwest China