干旱區綠洲城市與水資源分析范文

本站小編為你精心準備了干旱區綠洲城市與水資源分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《資源科學雜志》2014年第六期

1研究區概況與研究方法

1.1研究區概況烏魯木齊市地處天山北麓中段，準噶爾盆地南緣，東、南、西三面環山，地勢南高北低，兼具山地城市和平原城市的特點，是典型的干旱區綠洲城市。區域屬中溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少且四季分布不均，多年平均降雨量為197.99mm，2010年水資源總量為9.39億m3。烏魯木齊市作為新疆的政治、經濟、文化和科技中心，是經濟高速發展、人口密集的特大城市，2011年全市總人口249.35萬人，地區生產總值為1690億元，占新疆地區生產總值的25.57%，三次產業結構比例為1.31∶44.91∶53.78。隨著社會經濟的快速發展，以烏魯木齊為中心城市的天山北坡經濟區被納入國家重點發展區域，成為中國擴大向西開放、開展對外經濟文化交流的重要窗口，未來烏魯木齊市將進入大規模開發和建設的新時期，水資源需求將不斷增長。但水資源嚴重衰竭和水污染加劇導致烏魯木齊市的水資源環境容量和承載能力大大降低，城市發展和水資源之間的矛盾日益加劇，必須對水資源開發利用提出更高的要求。

1.2研究方法系統動力學認為系統的行為模式與特性主要取決于其內部的動態結構與反饋機制，通過定性與定量結合、系統綜合推理，可以用于研究復雜系統的結構、功能與行為之間的動態關系[19]。綠洲城市系統內部結構復雜，城市發展與水資源開發利用的相互作用機制難以用傳統數學方法進行揭示，而系統動力學對處理非線性復雜反饋系統具有獨特優勢，可以進行長期、動態的定量分析，因此本文選擇系統動力仿真模型對烏魯木齊市城市發展進程與水資源利用潛力進行多情景模擬與預測。根據城市發展進程中的水資源約束理論與機制，建立系統動力仿真模型，將區域水資源－城市發展復合系統劃分為水資源和城市發展兩個系統，其中水資源系統包括供水、用水、水資源利用綜合潛力等模塊，城市發展系統包括人口、經濟和城市發展綜合指數等模塊，對城市發展進程與水資源需求進行多情景模擬與預測。其中，水資源利用綜合潛力由本底條件、開發程度、利用效率、管理能力4個方面、15個指標構建的評價體系計算得出，城市發展綜合指數由城市人口、城市經濟、城市社會、城市空間4個方面、16個指標構建的評價體系計算得出[18]。為提高模型的科學性和可操作性，適當規避難以確定的因素，在模型構建時假定區域可利用水資源確定，可利用土地資源不變，節水技術改進速度穩定，城市水平根據設定情景發展[13]。系統仿真模型構建的概念框架如圖1.在模型構建基礎上，根據控制參量的調控原則和情景預測模型的因果反饋流程，將具有能動調控作用的城市發展系統的7個參量作為控制參量（表1），根據區域現實情況、未來發展環境及城市發展模式選擇等進行初步實驗調控，對烏魯木齊市城市發展情景進行高、中、低三種發展方案設定，其中，高速方案采用烏魯木齊市“十二五”規劃發展速度，中速方案采用1995-2010年平均增速，低速發展則假定城市發展速度相對保守。水資源開發利用則從供水和用水兩個方面設定了現狀供水、跨流域調水、現狀用水和節水利用四種方案：①現狀供水方案假定區域地表、地下水資源量為1995-2010年均值，分別為10.52億m3、5.82億m3，地表水源供水量占地表水資源量的比例由2010年的62.68%勻速增至2030年的75%，地下水源供水量占地下水資源量的比例維持在50%不變，到2030年區域可供水資源總量為11.15億m3；②調水方案中區域調水能力逐漸增強，調水量以每年0.2億m3的速度勻速增加，到2030年調水量達4億m3，可供水資源總量達15.15億m3；③現狀用水方案中，工業重復用水率保持2010年70%的水平，農業灌溉用水定額以50m3/hm2的速度逐年遞減；④節水方案中，工業重復用水率到2030年勻速提高到85%，灌溉用水定額的降幅有所加大。基于不同方案，以2010年為現狀基礎年，對烏魯木齊市2010-2030年城市發展水平與水資源需求進行情景模擬。同時，借鑒城市發展與水資源發展潛力綜合測度的相關成果[17，18]和水資源對城市發展的約束強度模型[20]，計算不同方案下的水資源缺口和水資源系統對城市發展系統的約束強度，比較分析各城市發展和水資源開發利用方案，對不同情景下水資源對城市發展的支撐能力進行預測。

2結果分析

2.1城市發展水平的情景模擬采用城市發展綜合水平指數反映烏魯木齊市城市人口、城市經濟、城市社會和城市空間的整體發展水平[18]。在不同的城市發展速度下，烏魯木齊市主要年份的城市發展指標和綜合指標的模擬結果如表2。（1）高速發展方案中，區域總人口由2010年的243.03萬人增至2030年的422.21萬人，城鎮人口增加到413.76萬人，地區生產總值由303.76億元增加到8895.62億元（圖2），三次產業結構由1.49∶44.86∶53.65變為0.14∶49.68∶50.18，工業總產值由391.36億元增至12691億元，建成區面積由343km2增至433.7km2。城市發展綜合指數由0.5637上升到0.9226（圖3）。（2）城市中速發展方案中，到2030年烏魯木齊市總人口增至320.94萬人，城鎮人口增至314.52萬人，地區生產總值增加到2605.62億元，三次產業結構變為0.48∶54.04∶45.48，工業總產值增至4281億元，建成區面積增至408.69km2（圖2）。城市發展綜合指數上升到0.7115（圖3）。（3）城市低速發展方案中，烏魯木齊市2030年總人口增至279.42萬人，城鎮人口增加到273.83萬人，地區生產總值增加到1183.42億元，三次產業結構變為1.07∶54.43∶44.51，工業總產值增加到2000億元，建成區面積增加到385.82km2（圖2）。城市發展綜合指數上升到0.6374（圖3）。

2.2水資源供需水平的情景模擬高、中、低3種城市發展方案下用水人口與用水產業的不同使水資源需求量有所差異。相同城市發展方案下，用水方案的不同導致用水定額的變化，也帶來需水總量的差異（表3）。（1）社會經濟高速發展情景下，除農業需水呈下降趨勢，2010-2030年烏魯木齊市工業需水、生活需水、生態需水和需水總量均呈增長趨勢（表3）?，F狀用水方案中，需水總量從10.89億m3增至53.80億m3，增加了3.94倍，年均增加2.15億m3，主要用于工業發展，農業、工業、生活、生態用水比重由2010年的64.36∶18.00∶13.74∶3.89變為2030年的9.41∶83.18∶4.39∶3.03，工業產值的高速增長導致工業用水需求增加迅速，工業成為烏魯木齊市用水的重要部門。節水方案中，需水總量增至45.30億m3，年均增加1.72億m3，需水結構調整為9.85∶81.35∶5.21∶3.60，水資源利用結構較現狀用水方案得到了一定優化。社會經濟高速發展帶來水資源需求的加大，超過供水能力時必然導致較大的水資源供需差額。按照現狀供水方案，到2030年烏魯木齊市可供水資源總量為11.15億m3，現狀用水和節水方案下缺水量將分別達42.65億m3和34.15億m3（圖4）。若有外調水補給供水，2030年供水總量為15.15億m3，現狀用水和節水方案下缺水量分別為38.65億m3和30.15億m3。（2）城市中速發展情景下，農業需水量呈下降趨勢，工業需水、生活需水、生態需水和需水總量均有所增長。現狀用水方案中，2030年需水總量增加到23.58億m3，增加了1.17倍，年均增加0.63億m3.農業、工業、生活、生態需水結構為21.48∶63.99∶7.61∶6.91。節水方案中需水總量增加到20.32億m3，年均增加0.47億m3，需水結構調整為21.97∶61.17∶8.83∶8.02。中速發展情景下的缺水程度較高速情景大大減小。在現狀供水條件下，烏魯木齊市從2011年開始缺水，現狀用水方案下到2030年缺水量為12.43億m3，節水方案下2030年缺水量為9.17億m3。調水情景下，現狀用水方案使烏魯木齊市2017年開始缺水，到2030年缺水量為8.43億m3，節水方案使烏魯木齊市2021年開始缺水，到2030年缺水量為5.17億m3。（3）在低速發展情景下，2011-2030年農業需水量和生活需水量呈現下降趨勢，工業需水量、生態需水量和需水總量有所增長?，F狀用水方案中，2030年需水總量增加到15.31億m3，年均增加0.22億m3，農業、工業、生活、生態需水結構為33.08∶46.05∶10.20∶10.65。節水方案中需水總量增加到13.46億m3，年均增加0.13億m3，需水結構調整為33.16∶43.14∶11.60∶12.11。烏魯木齊市需水總量大大減小，在現狀供水條件下，現狀用水方案2012年開始缺水，到2030年缺水量為4.16億m3，節水方案2017年開始缺水，2030年缺水量為2.31億m3。調水情景下，水資源處于盈余狀態，水資源能夠滿足社會經濟發展的需要。

2.3水資源對城市發展約束強度的情景仿真水資源對城市發展的約束強度反映水資源短缺對城市發展進程的影響[20]，水資源條件較好、水資源開發利用潛力較大，其對城市發展的約束強度較小，城市發展水平較高，對水資源約束力的抗拒能力較強，也在一定程度上減輕水資源帶來的約束作用。不同情景下的仿真結果顯示，由于城市發展綜合水平和水資源開發利用潛力的提高，水資源系統對城市發展系統的約束強度有所下降（表4）。社會經濟高速發展，導致城市發展綜合指數較高，使得城市對水資源短缺的抗約束能力越強，較中、低情景下的水資源約束強度更小。但現狀用水方式下，社會經濟的快速發展，也帶來水資源開發程度的加劇，影響水資源開發利用潛力，導致到2030年高情景下的水資源約束強度反而低于中、低情景。在現狀供用水方案下，水資源對城市發展的約束強度逐年下降，從2011年的0.5083降到2027年的0.4602，后有所上升，到2030年為0.4654；調水方案下，從2011年的0.5080降到2027年D0.4567，后上升到2030年的0.4606。節水利用方案下，現狀供水和調水方案分別導致烏魯木齊市水資源對城市發展的約束強度從2011年的0.5073、0.5070降到2030年的0.4050、0.4002。中速和低速發展情景下，社會經濟的發展帶來的城市發展水平的提高，均導致各用水方案下的水資源約束強度降低。比較而言，在現狀用水方案下，城市低速發展的水資源約束強度最?。还澦梅桨赶拢鞘懈咚侔l展的水資源約束強度則最小?？傮w來看，未來烏魯木齊市水資源系統對城市發展系統的約束強度基本在0.4~0.5之間，按水資源對城市發展約束強度的分級標準[20]，約束強度<0.3為弱約束，0.3~0.5為較強約束，0.5~0.7為強約束，>0.7為極強約束，則烏魯木齊市未來基本屬于較強約束。社會經濟發展速度較快，城市發展綜合水平較高，有助于提高對水資源約束強度的抵抗能力；節水方案較現狀用水方案，水資源開發利用潛力指數較高，水資源約束強度也低于現狀用水方案。

3結論

（1）城市發展方案和用水方案共同影響需水總量。按照現狀用水方案，到2030年高、中、低三種城市發展情景下烏魯木齊市的需水總量將分別達53.80億m3、23.58億m3和15.31億m3，若采用節水方案，需水總量則分別為45.30億m3、20.32億m3、13.46億m3。（2）現狀供水方案下，2030年烏魯木齊市供水總量為11.15億m3，水資源甚至難以支撐社會經濟的低速發展，未來烏魯木齊市水資源系統對城市發展系統基本屬于較強約束。若采用調水方案，調水量以每年0.2億m3的速度遞增，可以滿足城市低速發展的要求，但按照中速發展方案，2017年將出現缺水，2030年水資源缺口為8.43億m3，如果采用節水措施，中速發展情景下缺水將推遲到2021年，2030年水資源缺口減少到5.17億m3。設定的調水方案和節水方案也難以滿足社會經濟高速增長帶來的用水需求增加，必須加大調水和節水力度，否則水資源對城市發展的約束將限制烏魯木齊市社會經濟的健康發展。（3）節水對水資源開發利用潛力提高的效果遠大于調水，社會經濟發展速度越快，節水帶來的效果越明顯。在現狀用水方案下城市低速發展的水資源約束強度最小，節水利用方案下城市高速發展的水資源約束強度則最小。（4）烏魯木齊市水資源開發利用潛力提升空間較大，適度擴大城市規模，加快人口和產業的集聚與規模效應，采取節水措施，降低用水定額，提高水資源利用效率，是提高水資源開發利用潛力最有效的途徑。在節水技術滿足社會經濟發展對水資源需求的同時，通過跨流域調水提高區域的供水能力，也有助于減弱水資源系統對城市發展系統的約束作用。

作者：唐宏夏富強楊德剛黃鳳喬旭寧單位：四川農業大學經濟管理學院四川省農村發展研究中心中國科學院新疆生態與地理研究所四川省宜賓市城鄉規劃建設地理信息中心河南理工大學測繪與國土信息工程學院