陜北延河流域水土資源承載力評價研究

姜 鋒，王麗霞，孫 燁

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710069;2.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安710054)

進(jìn)入20世紀(jì)，隨著人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對水土資源利用的廣度和深度在不斷加強，從而導(dǎo)致了全球性資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等一系列問題的產(chǎn)生，很大程度上削弱了自然生態(tài)環(huán)境的承載能力。因此，水土資源的利用問題已經(jīng)成為區(qū)域發(fā)展中亟待解決的重大課題之一，而水土資源承載力評價研究是解決這一問題的關(guān)鍵［1-3］。其中水資源承載力是對水資源安全的一個基本度量，其對于認(rèn)識和建設(shè)水資源安全保障體系，協(xié)調(diào)水資源利用與人口、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［4-9］;土地資源承載力是對土地資源開發(fā)利用特征的一個基本度量，其對于區(qū)域規(guī)劃、決策、經(jīng)濟計劃和協(xié)調(diào)人地關(guān)系開辟了有效途徑［10-12］。

延河流域地處我國西北干旱半干旱地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。水土資源作為生態(tài)和環(huán)境的核心要素，不僅具有自然、生態(tài)、經(jīng)濟和社會屬性，而且其生態(tài)屬性更為明顯。因此，研究該區(qū)域的水土資源承載力，對于揭示流域水土資源對人口、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的支撐和制約作用關(guān)系具有重要意義。本文中，筆者依據(jù)《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》，選用相應(yīng)的水資源和土地資源承載力測評模型，計算延河流域水土資源的承載力和承載指數(shù)，并對比評價了流域各區(qū)縣的水土資源承載現(xiàn)狀。

1 研究區(qū)概況

延河發(fā)源于靖邊縣天賜灣鄉(xiāng)周山，由西北向東南流經(jīng)志丹縣、安塞縣、寶塔區(qū)、延長縣四縣(區(qū))，最終匯入黃河，全長286.9 km，流域面積7 680 km2，屬于黃河一級支流(圖1)。延河流域(36°27'～ 37″58'N，108″41'～ 110″29'E)是黃河中游水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一，其地勢西北高而東南低，平均海拔高度950 m，年均降水量500 mm，年均水面蒸發(fā)量1 000 mm，年均氣溫9.2℃。以安塞縣縣的化子坪和寶塔區(qū)的甘谷驛為界，可以將流域劃分成上、中、下游河區(qū)。上游為梁峁丘陵溝壑區(qū)，地形陡峭，河谷狹窄，植被稀少，侵蝕劇烈;中游為峁?fàn)钋鹆隃羡謪^(qū)，河谷明顯展寬，階地發(fā)育;下游多為破碎塬區(qū)，沖溝發(fā)育。流域多年平均徑流總量為2.89億m3，徑流年內(nèi)分配很不均勻，年際變化大，夏季徑流量占全年徑流總量的50%以上。多年平均輸沙量為0.82億 t，相應(yīng)侵蝕模數(shù)為1.12萬 t/km2。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來源于《陜西省水資源公報》、《陜西省“十一五”水資源開發(fā)利用及保護(hù)規(guī)劃》、《延安市統(tǒng)計年鑒》等。為消除偶然因素的影響，水土資源數(shù)據(jù)采用2000-2009年的平均值。

2.2 研究方法

依據(jù)國家人口和計劃生育委員會編寫的《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中對水土資源承載力的評價方法，采用水資源承載力和承載指數(shù)以及土地資源承載力和承載指數(shù)，對區(qū)域水土資源所能承載的人口規(guī)模進(jìn)行測評。

3 水土資源承載力測評模型

3.1 水資源承載力測評

水資源承載力是指在區(qū)域社會、經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展前提下，根據(jù)一定的經(jīng)濟技術(shù)水平和社會生產(chǎn)條件，水資源天然產(chǎn)出量的允許開發(fā)水量維持的人口、社會經(jīng)濟發(fā)展能力［13］。因此，水資源承載力是一個度量區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展而受水資源制約的閾值，它通常用滿足生態(tài)需水的可利用水量與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有限目標(biāo)需求水量的供需平衡退化到臨界狀態(tài)所對應(yīng)的單位水資源量的人口規(guī)模來表達(dá)。根據(jù)《國家人口發(fā)展功能區(qū)技術(shù)導(dǎo)則》，水資源承載力的測評模型為:

式中:WCC為水資源承載力(人/km2);W為水資源可利用量(m3)，以2000-2009年延河流域水資源可利用量的平均值計算;Wpc為人均綜合用水量(m3/人)，根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則人均用水標(biāo)準(zhǔn)以500 m3/人計。

水資源承載指數(shù)是指區(qū)域人口規(guī)模與水資源承載力之比，反映區(qū)域水資源與人口的關(guān)系。水資源承載指數(shù)及相關(guān)指標(biāo)的測評模型為:

式中:WCCⅠ為水資源承載指數(shù);WCC為水資源承載力;Pa為流域現(xiàn)實人口數(shù)量，以流域2000-2009年的平均值計算;Rp為水資源超載率;Rw為水資源盈余率。

3.2 土地資源承載力測評

土地資源承載力是指在一定時空范圍內(nèi)，在可預(yù)見的自然技術(shù)、經(jīng)濟及社會諸因素綜合制約下的土地資源生產(chǎn)能力，以及能持續(xù)供養(yǎng)的、具有一定生活水準(zhǔn)的人口數(shù)量［14］。土地資源承載力是對區(qū)域土地、糧食和人口關(guān)系的系統(tǒng)透視。因此，土地資源承載力可以用一定糧食消費水平下，區(qū)域土地生產(chǎn)力所能持續(xù)供養(yǎng)的人口規(guī)模來度量。根據(jù)《國家人口發(fā)展功能區(qū)技術(shù)導(dǎo)則》，其測評模型為:

式中:LCC為土地資源承載力(人/km2);G為土地生產(chǎn)力(kg)，以流域2000-2009年均糧食產(chǎn)量計算;Gpc為人均糧食消費標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則糧食消費標(biāo)準(zhǔn)以400kg/人計。

土地資源承載指數(shù)是指區(qū)域人口規(guī)模與土地資源承載力之比。土地資源承載指數(shù)及相關(guān)指標(biāo)的測評模型為:

式中:LCCⅠ為土地資源承載指數(shù);LCC為土地資源承載力;Pa為流域現(xiàn)實人口數(shù)量，以流域2000-2009年的平均值計算;Rq為土地資源超載率;Rg為糧食盈余率。

4 水土資源承載力測評結(jié)果及分析

4.1 水資源承載力測評結(jié)果及分析

《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中，水資源承載指數(shù)和人水平衡關(guān)系如表1所示。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，評價流域水資源承載狀況，結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，延河流域各區(qū)縣均屬于水資源超載區(qū)，其中延長縣和志丹縣的水資源承載狀況均為過載，水資源超載率分別為356.01%和104.88%;流域中游寶塔區(qū)和安塞縣的水資源承載狀況均為嚴(yán)重超載，其水資源超載率高達(dá)1 208.07%和401.82%，由此說明了延河流域人口、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)已經(jīng)處于較弱的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，一方面這些區(qū)縣的生態(tài)環(huán)境本底就十分脆弱，因此需要保障生態(tài)環(huán)境用水，另一方面流域鼓勵發(fā)展農(nóng)林牧漁產(chǎn)業(yè)，工農(nóng)業(yè)用水也會不斷增加，這就意味著不僅延河流域的水資源現(xiàn)狀已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人口和經(jīng)濟發(fā)展的需要，而且水資源緊缺的形勢會愈加嚴(yán)峻。

表1 基于水資源承載指數(shù)(WCCⅠ)的水資源承載力評價

表2 延河流域各區(qū)縣基于全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的水資源承載指數(shù)

4.2 土地資源承載力測評結(jié)果及分析

《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中，土地資源承載指數(shù)和人糧平衡關(guān)系如表3所示。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，評價流域土地資源承載狀況，結(jié)果如表4所示。

表3 基于土地資源承載指數(shù)(LCCⅠ)的土地資源承載力評價

由表4可以看出，延河流域各區(qū)縣的土地資源承載狀況存在一定的地域差異性。寶塔區(qū)和延長縣的土地資源承載狀況均為嚴(yán)重超載，土地超載率分別為68.77%和91.88%;安塞縣和志丹縣的土地資源承載狀況均為平衡有余，其糧食盈余率分別為4.74%和6.80%，由此說明了延河流域上游的土地資源承載狀況較中、下游要好，主要是由于流域中游地區(qū)的寶塔區(qū)是延安的政治、經(jīng)濟和文化中心，隨著城市化進(jìn)程的加快，人口大量聚集，同時耕地資源迅速減少，這樣人均耕地資源的占有量就會減少，勢必導(dǎo)致土地資源的嚴(yán)重超載。延長縣的土地資源超載主要是由于糧食單產(chǎn)較低，2000-2009年，延河流域的平均糧食單產(chǎn)為210.53 kg/hm2，而延長縣僅為131.54 kg/hm2，表明延長縣的土地資源利用效率極為低下。同時，流域存有較多待開墾的荒地和待改造的鹽堿地，亟待通過綜合技術(shù)的組裝配套，開發(fā)利用這些潛在的土地資源，從而有效促進(jìn)糧食生產(chǎn)能力的提高。

表4 延河流域各區(qū)縣基于全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的土地資源承載指數(shù)

5 結(jié)論

目前，一些研究者從不同的角度對水資源和土地資源的承載力進(jìn)行定義，并提出相應(yīng)的指標(biāo)體系和測評模型，這就使得基于不同方法進(jìn)行的水土資源承載力的測評結(jié)果存在多樣性和不確定性。而實際中，水土資源承載力可以綜合理解為某一地區(qū)的水土資源在一定時期、一定生活水平和生產(chǎn)技術(shù)條件下，通過合理配置所能承載的人口數(shù)量。因此，選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測評模型是準(zhǔn)確把握水土資源承載現(xiàn)狀，協(xié)調(diào)區(qū)域之間資源平衡的關(guān)鍵。本研究中，選擇了基于全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中的測評模型，計算延河流域各區(qū)縣的水土資源承載力和承載指數(shù)。這一模型不僅遵循了生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展原則，同時，其測評結(jié)果在全國范圍內(nèi)具有可比性。這樣可以通過以水定土的方式實現(xiàn)水土資源在縣域之間、省際之間等不同級別行政區(qū)域中的合理均衡和分配。

研究結(jié)果表明:①延河流域各區(qū)縣均屬于水資源超載區(qū)，其中延長縣和志丹縣的水資源承載狀況均為過載，水資源超載率分別為356.01%和104.88%;寶塔區(qū)和安塞縣的水資源承載狀況均為嚴(yán)重超載，其水資源超載率高達(dá)1 208.07%和401.82%。②延河流域各區(qū)縣的土地資源承載狀況存在一定的地域差異性。寶塔區(qū)和延長縣的土地資源承載狀況均為嚴(yán)重超載，土地超載率分別為68.77%和91.88%;安塞縣和志丹縣的土地資源承載狀況均為平衡有余，其糧食盈余率分別為4.74%和6.80%。

由此說明延河流域的水土資源承載狀況存在超載甚至是過載的現(xiàn)象，特別是寶塔區(qū)，水土資源的承載狀況均為嚴(yán)重超載。水土資源的有限性與人口增長的必然性決定了流域水土資源的負(fù)荷會日益加重。因此，調(diào)整流域水土資源的利用結(jié)構(gòu)和方式，提高水土資源利用效率，優(yōu)化配置現(xiàn)有水土資源，保證生態(tài)用水和經(jīng)濟用水的均衡配置，是流域目前亟待解決的重大問題。

需要指出的是本文在計算水資源可利用量和土地資源生產(chǎn)力時，均是以2000-2009年流域的平均值為參考的，該測評結(jié)果反映了流域近年來水土資源承載力的平均狀況。而在實際中，極端的氣候條件、國家的政策法規(guī)、人類的生產(chǎn)活動等因素都會對區(qū)域或流域水土資源承載狀況產(chǎn)生影響。因此，基于較長時間尺度的水土資源承載力的動態(tài)分析和預(yù)測以及承載力變化的驅(qū)動機制研究還有待繼續(xù)深入，這也是后續(xù)研究工作的重點。

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