基于gis的关中：天水经济区水资源承载力评价

第 28 卷第6 期 2010 年 11 月 干 旱 地 区 农 业 研 究 Agricultural Research in the Arid Areas Vol. 28No. 6 Nov. 2010 ? 收稿日期: 2010 ?05 ?04 基金项目: 教育部人文社会科学重点研究基地项目基金资助(2009JJD770025) ; 国家自然科学基金项目( 40771019) 作者简介: 王美霞( 1984? ) , 女, 山东淄博人, 硕士研究生, 主要研究方向为国土资源评价与 GIS。 基于 GIS 的关中- 天水经济区水资源承载力评价 王美霞, 任志远, 王永明, 郭 ? 斌 ( 陕西师范大学旅游与环境学院, 陕西 西安 710062) ? ? 摘? 要: 采用定量分析方法, 并借助 GIS 技术, 分析关中- 天水经济区栅格尺度上的水资源开发潜力, 并对各 区县的水资源承载力进行分析评价。结果发现: 该经济区整体上水资源负载指数较大, 为 14. 19, 表明水资源利用 程度较高, 开发潜力小, 仅关中西部和南部的部分地区水资源开发潜力还较大; 关中? 天水经济区水资源超载状况 较为严重, 平均人口超载率为 422. 40% , 多数区县水资源承载力指数(WCCI)远大于 1, 实际人口数量远超过水资源 可承载的人口数量, 只有少数地区 WCCI 接近或小于 1, 即处于人水平衡或水资源盈余状态。针对不同地区的水资 源承载状况, 提出相应的应对措施。 关键词: 水资源承载力; 水资源开发潜力; GIS; 关中? 天水经济区 中图分类号: F323. 213? ? 文献标识码: A? ? 文章编号: 1000 ?7601(2010)06?0222 ?06 ? ? 水资源承载力是指在区域社会、 经济和环境可 持续发展前提下, 根据一定的经济技术水平和社会 生产条件, 水资源天然产出量的允许开发水量维持 的人口、 社会经济发展能力1。它是一个国家或地 区持续发展过程中各种自然资源承载力的重要组成 部分, 且往往是水资源紧缺和贫水地区制约社会发 展的 瓶颈!因素, 它对一个国家或地区综合发展和 发展规模有至关重要的影响 2,3。20 世纪 80 年代 末我国国内提出了水资源承载力的概念, 经过学者 们20 多年的深入研究和探索, 目前已经取得了丰硕 的成果4 14。但由于水资源系统自身的复杂性和 模糊性, 以及水资源系统和社会、 经济系统之间复杂 的关系, 评价的理论与方法在不同区域仍需进行探 索和实践。本文以国家西部大开发 十一五!规划# 提出的三大重点经济区之一? 关中 ? 天水经济区为 研究区域, 借助 GIS 技术, 从水资源开发潜力和水资 源所能承载的人口规模两个角度分析了该经济区水 资源承载力状况, 一方面拓展了 GIS 技术的应用范 围, 另一方面有利于该经济区水资源的优化配置, 为 提高区域水资源对社会经济发展的支撑能力提供理 论参考。 1 ? 研究区概况 关中? 天水经济区是国家西部大开发 十一 五!规划#中提出的三大重点经济区之一, 在行政单 元上分为关中地区、 陕南商洛部分区县和甘肃省天 水市。关中- 天水经济区以秦岭为界, 分属黄河、 长 江两大流域。秦岭以北为黄河流域, 秦岭以南为长 江流域。该区近年来地表水资源总量为 120. 09 亿 m3, 地下水资源总量为 57. 53 亿 m3, 地下与地表水 资源重复计算量为 52. 84 亿 m3, 所以多年平均水资 源总量为 124. 44 亿 m3, 人均水资源量为 1 033. 56 m3/人, 为全国水平的 48. 81% , 世界平均水平的 9. 47%。目前该经济区年供水量 52. 81 亿 m3, 年用 水量 51. 19 亿m3。其中, 工业用水量为 10. 24 m3/ a, 生活用水量为 8. 46 亿m3/ a, 农业用水量为 33. 72 亿 m3/ a, 生态用水量为 0. 64 亿m3/ a。 2? 数据来源和研究方法 2. 1? 数据来源 本文所使用的统计数据包括水资源数据、 人口 数据和GDP 数据。其中水资源数据包括水资源总 量、 降水量、 可利用水资源量等统计数据, 为消除偶 然因素的影响, 水资源数据采用 1997 2006 年的平 均值, 数据来源于 1997 2006 年陕西省水资源公 报#、 天水市 十一五!水资源开发利用及保护规划# 等。计算水资源承载指数所使用的现实人口数为 2006 年人口数据, 数据来源于 2007 年陕西省统计 年鉴#和天水经济年鉴#。在进行栅格尺度的水资 源开发潜力评价时, 所使用的人口和 GDP 数据为 2000 年的栅格数据, 所采用的投影方式为双标准纬 线Albers 等积圆锥投影, 数据精度为 1 km 1 km, 该 数据来源于中国科学院地理科学与资源研究所人地 系统主题数据库。 2. 2 ? 研究方法 基于 GIS 技术, 采用国家人口和计划生育委员 会编写的国家人口发展功能区工作技术导则#中对 水资源承载力的评价方法, 利用水资源负载指数、 水 资源承载力和水资源承载指数这三个指标, 从水资 源的开发利用潜力、 水资源所能承载的人口规模以 及水资源超载率( 或盈余率) 角度对关中 ? 天水经济 区的水资源承载力进行评价。 2. 2. 1 水资源负载指数 ?水资源负载指数是水资源 开发利用潜力评价的主要指标。水资源负载指数可 以用区域水资源所能负载的人口和经济规模来表 达, 反映的是一定区域内的水资源与人口和经济发 展之间的关系 15。计算公式为: C = KP % G/ W(1) 其中, C 为水资源负载指数; P 为人口数(万人) ; G 为GDP(亿元); W 为水资源总量(亿 m3); K 是与降 水有关的系数, 取值见下式, 其中 R 为降水量(mm) : K = 1. 0R 其次是 宝鸡市区、 陇县、 天水麦积区, 以及商洛四个区县; 最 224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 干旱地区农业研究 ? ? ? ? ? ? ? ? 第 28 卷 小的是关中中部地区。分地区来看, 关中地区基于 全国统一标准的 WCC 为 979. 66 万人, 2006 年该区 实际人口为 2 324. 65 万人。测算的关中地区可承 载人口数量远远小于关中地区实际人口数量, 表明 关中地区水资源严重超载。由图 3 可以看出, 各区 县中周至的水资源承载力最强, 承载人数为 106. 27 万人; 其次是凤县和蓝田, 承载人数分别为 80. 95 万 人和 69. 63 万人; 咸阳市区的水资源承载力较弱, 承 载人数仅为 1. 82万人。 图2? 基于栅格尺度的水资源负载指数空间分布图 Fig. 2? The spatial distribution of the carrying index of water resources on grid scale 图 3? 基于分县尺度的水资源承载力图( 万人) Fig. 3? The water resources carrying capacity on county scale ? ? 商洛市四个区县基于全国统一标准的 WCC 为 120. 83 万人, 2006 年该区的实际人口为 145. 38 万 人。测算的商洛市该地区的可承载人口数量小于该 地区的实际人口数量, 表明水资源超载。其中商州 225第 6期 ? ? ? 王美霞等: 基于 GIS 的关中- 天水经济区水资源承载力评价 区和洛南县的水资源承载力为 32. 98 万人和 30. 30 万人, 而商州区和洛南县 2006年的实际常住人口为 54. 52 万人和 45. 25 万人, 实际人口超过水资源的承 载力。丹凤县和柞水县的承载人数分别为 29. 22万 人和 28. 32万人, 而两县 2006 年的实际常住人口为 分别为 30. 11 万人和 11. 50 万人, 说明丹凤县的人 口略超载, 而柞水县的实际人口远小于水资源的可 承载力, 该县还有继续容纳人口的潜力。 天水市基于全国统一标准的 WCC 为 157. 20万 人, 2006年该区实际常住人口为352. 34 万人。测算 的天水市的可承载人口数量小于该地区的实际人口 数量, 表明水资源严重超载。由图 3 可以看出, 天水 市麦积区和秦州区的水资源承载力最强, 承载人数 为52. 32 万人和 36. 73 万人。其次是武山县, 承载 人数是21. 18 万人。秦安县和甘谷县的水资源承载 力较弱, 承载人数仅为 7. 90万人和 7. 97 万人。 3. 2. 2? 基于分县尺度的水资源承载力评价 ? 在水 资源承载力测算的基础上, 根据公式( 4) , 计算得到 关中 ? 天水经济区各区县基于全国人均综合用水量 下的水资源承载指数( WCCI) 。关中? 天水经济区 平均 WCCI 值为 5. 22, 人口超载率为 422. 40%。其 中关中地区平均 WCCI 值为 5. 84, 人口超载率为 483. 70% 。商洛市四个区县平均 WCCI 值为 1. 18, 人口超载率为 18%。天水市平均 WCCI 值为 3. 51, 人口超载率为 250. 94%。 依据水资源承载指数和人水平衡关系( 表 2) 以 区县为单元, 对其进行划分如图 4 所示, 关中地区 47个区县中有 39 个属于水资源超载地区, 3 个属于 人水平衡地区, 5 个属于水资源盈余地区, 其中水资 源严重超载的地区位于关中的咸阳市区和铜川市区 及其周边。商洛四区县中有 2 个属于水资源超载地 区, 一个人水平衡地区, 一个水资源盈余地区。而天 水市 7 个区县中有一个属于人水平衡地区, 其余 6 个属于水资源超载地区, 水资源超载最严重的是天 水市西北部降水量较少的半干旱带。由此可以看 出, 关中- 天水经济区大多数区县属于水资源超载 地区, 这也说明该区的人口、 经济、 生态环境复合系 统处于较弱的可持续发展状态。 图 4? 基于分县尺度的水资源承载力评价示意图 Fig. 4? Evaluation for water resources carrying capacity on county scale 4 ? 结论与讨论 通过以上测评结果可以看出, 关中- 天水经济 区水资源承载状况具有一定的区域差异, 但总的来 看, 大部分地区属于水资源超载区。针对不同地区 的水资源承载状况和自然、 社会经济条件, 可采取相 应的应对措施。 1) 关中地区的水资源超载状况较为严重, 但该 区的水资源的需求量大, 而除关中南部和西部的部 分地区外, 大部分区县的水资源开发潜力又很小。 因此为满足其工农业生产发展的需要, 应采取工程 调水措施, 此外要加强对渭河等流域的综合治理, 采 取节水、 调水、 治污等综合措施解决水资源严重不足 的问题。 226? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 干旱地区农业研究 ? ? ? ? ? ? ? ? 第 28 卷 2) 商洛市四个区县以及天水市南部地区位于 水资源较为丰富的长江流域, 大部分地区水资源开 发潜力较大, 目前各区县的水资源承载状况既有超 载, 也有盈余地区。因此, 可以针对性地兴修中小水 利工程, 提高水资源利用程度, 同时也应重视水质的 问题, 防止流域内工农业生产对水资源的污染, 以保 证当地居民生活饮用水的安全。 3) 天水市西北部半干旱带降水较少, 水资源较 少, 水资源严重超载, 南部麦积区、 秦州区的长江流 域段水资源相对丰富, 有一定开发潜力。因此可适 当考虑区域间调水措施。 需要指出的是, 本文是对关中- 天水经济区区 域内实际水资源承载状况的评价, 未考虑流域外调 水等措施的缓解作用, 而目前陕西省和天水市已采 取跨流域调水、 兴建水库等措施有效提高了区域水 资源承载力。此外, 本文将 GIS 技术应用到水资源 承载力的空间尺度评价上, 是个很好的尝试, 今后在 这方面的工作还有待进一步加强。 参 考 文 献: 1 ? 张建兴, 马孝义, 赵文举, 等. 黄土高原地区水资源承载力动态 变化分析? 以山西、 陕西、 宁夏、 甘肃 4 省为例 J . 干旱区研 究, 2009, 26( 1) : 115? 119. 2 ? 朱一中, 夏? 军, 谈? 戈. 关于水资源承载力理论与方法的研究 J . 地理科学进展, 2002, 21( 2) : 180? 188. 3 ? 苑? 涛, 何秉宇. 干旱区水资源承载力分析及应用 J . 水土保 持研究, 2007, 14(3) : 341? 342,345. 4 ? 孙才志, 左海军, 杨? 静. 基于极大熵原理的黄河流域水资源承 载力研究? 以山西段为例 J . 资源科学, 2004, 26( 2) : 17? 22. 5 ? 赵国华, 翟国静, 何? 平, 等. 廊坊市区域现状水资源承载力分 析 J . 水土保持研究, 2009, 16( 1) : 245? 249. 6 ? 夏? 军, 朱一中. 水资源安全的度量: 水资源承载力的研究与挑 战 J . 自然资源学报, 2002, 17( 3) : 262? 269. 7 ? 黄庆旭, 何春阳, 史? 培, 等. 气候干旱和经济发展双重压力下 的北京水资源承载力变化情景模拟研究 J . 自然资源学报, 2009,24( 5) : 859? 870. 8 ? 李丽娟, 郭怀成, 陈 ? 冰, 等. 柴达木盆地水资源承载力研究 J . 环境科学, 2000, 21( 2) : 20? 23. 9 ? 樊庆锌, 于? 淼, 徐东川, 等. 大庆地区水环境承载力计算分析 与评价 J . 哈尔滨工业大学学报,2009, 41( 2) :66? 70. 10 ? 封志明, 刘登伟. 京津冀地区水资源供需平衡及其水资源承载 力 J . 自然资源学报, 2006, 21( 5) :689? 699. 11 ? 张振伟, 杨路华, 高慧嫣, 等. 基于 SD 模型的河北省水资源承 载力研究 J . 中国农村水利水电, 2008, (3) : 20? 23. 12 ? 惠泱河, 蒋晓辉, 黄? 强, 等. 二元模式下水资源承载力系统动 态仿真模型研究J . 地理研究, 2001,20( 2) : 191? 198. 13 ? 何梓霖, 毛德华, 周? 刚. 湖南省长沙县水资源承载力主成分 分析研究 J . 资源环境与发展, 2008, (2) : 17? 19. 14 ? 潘兴瑶, 夏? 军, 李法虎, 等. 基于 GIS 的北方典型区水资源承 载力研究? 以北京市通州区为例 J . 自然资源学报, 2007, 22 ( 4) : 664? 671. 15 ? 张? 丹, 封志明, 刘登伟. 基于负载指数的中国水资源三级流 域分区开发潜力评价J . 资源科学, 2008,30(10) : 1471? 1477. Evaluation of water resources carrying capacity based on GIS techniques in Guanzhong?tianshui Economic Zone WANG Mei?xia, REN Zhi?yuan, WANG Yong?ming, GUO Bin ( College o f Tourism and Environmental Sciences, Shaanxi Normal University , Xi an, Shaanxi 710062, China) ? ? Abstract: By using the quantitative analysis method and GIS technology, water resources development potential on grid scale was analyzed in the study area, and also water resources carrying state of all counties in the area was analysed and evaluated. The results showed that: the overall carrying index of water resources in Guanzhong?tianshui Economic Zone, that was 14. 19, was high, meaning a high degree of water resources utilization and small development potential. Only in the western and some southern regions of Guanzhong, the