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    水资源承载能力分析 [水资源承载能力分析论文]

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    水资源承载能力分析论文

    水资源承载能力分析论文 自20世纪以来,新疆随着土地开垦面积的扩大和水资源的开发利用,人口 不断增长。1909年新疆总人口201.79万,总耕地76.6万hm2,人均耕地0.37hm2。

    解放后,新疆进行了大规模土地开发,到1990年,耕地面积达到308.68万hm2, 较1949年增加1.54倍。同期人口增加到1515.58万,较1949年增加2.49倍,人 均耕地面积为0.203hm2,较1949年减少0.073hm2,但粮食单产却由1342.5kg /hm2增加到3705kg/hm2,人均占有粮食由196.3kg增加到447kg,居全国各省 区第五名,较为充分地保证了人口增加对粮食的需要。

    显然,随着生产技术的改进,新疆水资源开发利用水平在提高,资源的人 口承载能力也在提高。按照现在的技术条件,在水资源得到可持续开发的条件下, 在生态环境得到良性循环的条件下,新疆的社会经济能发展到一个怎样的程度? 人口的承载量是多少?其生活水平又如何? 1生活水平的期望值分析 衡量水资源的承载能力大小的主要依据是承载的人口数量和人口的生活 水平,而人民群众的生活水平主要决定于人民群众对工农业产品的占有量。因此 未来人口对工农业产品的占有量则必然影响水资源的承载能力的计算。

    为了更客观的分析新疆水资源的承载能力,有必要对全国乃至全世界的消 费水平的变化趋势进行详细分析。农业产品可以分为粮食、棉花、蔬菜、油料、 肉、蛋、奶等消费品,相对来说,简单而一致;
    工业产品产品种类繁多,且与历 史年代有关,相对复杂,为简单起见,用人均GDP描述工业产品的消费水平。

    1.1主要农产品生产状况 1.1.1我国(或世界)的农产品生产 (1)粮食:我国是一个农业大国,粮食生产是国家的头等大事。从总体 上说,目前我国的粮食供求基本平衡,但一直处于紧张运行状态。1978年粮食总 产量30477万t,人均生产量316.6kg。从1990年到1996年,人均年粮食占有量在 370kg以上,可以满足基本需求。与世界人均水平420kg相比,还差20~50kg。1990 ~1996年间七年间四年净进口,三年净出口,年均净进368万t。从进口的品种来 看,进口的主要是小麦,出口的有大米、玉米、大豆等。目前粮食的进出口主要起着品种调剂和丰歉调剂作用,粮食的供求平衡并未对国际市场形成依赖关系。

    (2)棉花:虽然我国或者全世界棉花生产在不同时期有所波动,但总体 趋势仍是在发展。1978年我国棉花总产量216.67万t,人均生产量2.25kg,1980 ~1989年的10年间我国棉花平均年产量为400.4万t,1990~1996年的七年间棉 花平均年产量为453.4万t。全世界棉花平均年产量的变动情况是:1934~1938 年为580万t,1948~1952年为670万t,1955~1956年为765万t,1985~1989年为 1702万t,1992~1996年为1861万t。

    (3)畜产品:自1985~1996年12年间,我国肉类生产量增长了3倍多,年 平均递增10.7%。其中,猪肉生产量增长2.4倍,年均递增8.4%;
    牛肉生产 量递增10.5倍,年均递增23.9%:羊肉生产量增长4倍,年均递增13.6%。猪 肉产量在肉类的总产量中所占比重逐年下降,由1985年86%降至1996年的68. 3%;
    牛羊肉产量在肉类总量中所占比值逐年上升,由1985年的5.5%,升至1996 年12.3%。1996年人均占有量达到48.3kg,其中:猪肉33kg,牛肉4kg,羊肉 2kg。可见,在找国未来的肉类消费中,牛羊肉所占比例将会明显增大。

    从1987到1992年,世界牛肉消费在各国之间是不平衡的,发达国家人均消 费量大,年际变化小,而发展中国家人均消费量低(仅为发达国家的15%),但 逐年增长趋势明显。据有关资料,1990年世界发达国家肉类人均消费量已达76. 7kg,其中:牛肉26.8kg,占34.9%;
    羊肉2.8kg,占3.6%;
    猪肉29.8kg, 占38.8%;
    禽肉17.3kg占22.6%。

    目前我国人均肉类占有量虽然超过世界人均占有水平,但远低于发达国家 水平。我国人均奶类占有量只有6kg,大大低于世界人均占有量。

    1.1.2新疆的农产品生产 新疆是我国的一个农业大省,1995年农业产值占全国农业总产值的3.65%, 从八十年代到九十年代,新疆的农业发展较快,在全国中的比例呈上升趋势。1978 年粮食总产量为370万t,人均生产量300kg,低于全国平均水平的317kg,1985年 粮食总产量为497万t,人均生产量365kg,1990年粮食总产量为677万t,人均生产 量443kg,九十年代以后虽然粮食总产量还在继续保持增长,但人均生产量基本 上保持440kg的水平。自1985年之后人均生产水平一直高于全国平均水平。新疆 的棉花生产量从1978年到1995年间持续保持增长势头,1978年棉花总产量为5.5 万t,人均生产量4.5kg,而1995年棉花总产量达到93.5万t,占全国的20%,人均生产量56.3kg,高于全国平均水平4kg。

    新疆肉类生产水平居于全国中下游,1996年新疆肉类产量为60.3万t,人 均占有量为36kg,仅及全国人均肉类占有量的74.5%。随着国家向西北倾斜的 经济政策的实施,新疆的经济建设、必将迅速发展,人民群众的生活水平将随之 改善,对肉类的需求将不断增长,尤其是对牛、羊肉的需求量将会增长的更快。

    但是,新疆的农业生产还是处于一种粗放式的经营状态中,增产靠开荒, 靠增加播种面积,灌溉基本上采用古老的大水漫灌方式。随着农业生产技术的改 进,这种耕作方式必然要被淘汰,而提高现有耕地面积的单产和灌溉用水的利用 效率将是农业生产的发展方向。

    1.2国内生产总值 随着改革开放,我国经济已经走上健康发展的道路。在1978~1995年期间, 我国国内生产总值(GDP)平均年增长率达9.8%,明显高于全球的2.7%(1980 ~1994)和东亚地区的8.3%。尤其是“八五”时期,年均增长达11.6%(“七五” 为7.9%、“六五”为10.8%)。从人均国内生产总值来看,1978年仅为379元, 1995年已经达到4754元(折合美元620)。国民经济的高速、持续增长的主要动 力之一为工业的快速发展。1978~1995年间,工业总产值和工业GDP年均增长率 分别为14.9%和12.0%。由此驱动了用水的增长,对供水提出更高的要求。

    进入九十年代我国政策开始向西倾斜,新疆的国民经济发展也开始超过了 全国平均水平,1980年新疆人均国内生产总值为410元,而1990年为1799元,1995 年为4819元(折合美元628)。

    1.3期望值分析 本次研究拟用两类指标表示人民群众的生活水平:农产品和国内生产总值 GDP,人均农产品的占有量说明了人民群众的温饱程度,而人均GDP则代表富足 程度。农产品分粮食、棉花、油料、蔬菜、甜菜、水果、肉、奶等指标,这些指 标基本上涵盖了人民群众日常生活所必须的农业消费品。通过上述分析,综合考 虑世界、全国以及新疆的社会经济发展历程,我们给出了2020年和2050年的农产 品和GDP的人均期望值,作为分析水资源承载能力的主要依据(见表1)。

    生活水平标准划分原则。人均农产品占有量达到上述指标,则承载人口的 生活水平只是温饱:在温饱的基础上,202O年人均GDP超过1万元或2050年人均GDP超过4万元,则承载的人口进入中等富裕水平;
    在温饱的基础上,2020年人 均GDP超过2万元或2050年人均GDP超过6万元,则承载的人口进入富裕水平。

    表1主要农产品期望值 2新疆水资源可利用量 新疆水资源承载能力研究拟按2020和2050年分别代表中远期和远景两个 水平年。前者利用水资源开发利用规划和水资源合理配置方案分析的研究成果进 行较详细的分析计算;
    后者使用供需平衡原理,即水资源可利用量与耗水量相平 衡的原理粗略估算承载能力。

    新疆的多年平均自产地表水总径流量为794亿m3,按典型年法计算的75% 来水保证率为734亿m3,远期可以被开发利用的水量还必须考虑以下几部分:
    (1)国外入境水量多年平均值为88亿m3,75%来水保证率为77亿m3,这 些水量的一半可以被利用。

    (2)昆仑山脉高山盆地羌塘区无法利用的水量20.81亿m3,流入青海柴 达木盆地的水量多年平均为4.03亿m3,75%保证率为3.1亿m3,这些水量均不 能被利用。

    (3)高山区出境河流奇普卡甫河、小阿克苏河和巴尔鲁克山西坡诸小河 年径流量全部流出境外,不能被利用,其多年平均值合计为17.8亿m3,75%保 证率为16.2亿m3。

    现状流入哈萨克斯坦境内的伊犁河、额尔齐斯河、额敏河的年径流量多年 平均值分别为129.1亿m3、89.6亿m3、3.18亿m3,合计为221.88亿m3,75% 来水保证率(由于观测资料系列短,伊犁河和额尔齐斯河选用1992年作为典型年, 额敏河选用1963年作为典型年)分别为100.8亿m3、86.23亿m3、2.86亿m3, 合计为189.9亿m3。随着新疆社会经济的发展,远期对这部分水资源的开发将 势在必行,初步设想到2050年三河的出境水量按50%计算。

    (4)远景平原区下游天然生态环境耗水量正常年份为121亿m3,75%保 证率的来水年份可以只维持天然植被的生态耗水92亿m3,而放弃河湖生态补水 29亿m3。新疆平原地下水补给量为402亿m3,地下水资源量为383亿m3,其中地表 水转化补给量为320亿m3,无然补给量为63亿m3,井灌回归补给量为19亿m3。

    这说明新疆地表水与地下水转换频繁,有利于重复开发利用。由于可利用量不包 括重复利用量,故新疆地下水资源可利用量为63亿m3。

    综上所述,新疆水资源可利用量多年平均值为628亿m3,75%来水保证率 为610亿m3。

    32020年新疆水资源承载能力分析 3.1边界条件分析 为了有效地分析水资源承载能力,本研究拟将新疆分成南疆、北疆和东疆 三大计算单元,以水稻、小麦、玉米(包括玉米、高粱、大麦、豆类)、棉花、 油料、蔬菜、甜菜、其它(麻类、烟叶、啤酒花、药材、打瓜籽、果用瓜等)八 种作物描述种植业的种植结构,水果代表果林,肉和奶代表畜牧业,以三大产业 刻画经济结构。

    新疆气候干旱,农业需要灌溉。为了能在作物生长期内充分发挥水的利用 效率,必须拟订科学合理的灌溉制度。综合新疆17个灌溉实验站的实验资料以及 当地群众总结的丰产灌溉经验,并考虑节水技术措施(如喷灌或微喷灌等)逐步 实施,确定了主要农作物的净灌溉定额。

    现状新疆生活用水水平与全国其它地区比较,属于偏低水平。北疆的城市 生活用水水平虽然高于南疆和北疆,但也只有170升/人日,而东疆最低只有97 升/人日;
    农村生活用水水平更低,不足50升/人日。随着社会经济的发展,新 疆的生活用水水平必然要接近我国其它地区。

    现状新疆工业用水量占总用水量的比例不足3%,但浪费现象比较严重, 重复利用率不高,虽然北疆的乌鲁木齐市和克拉玛依市的工业比较发达,节水水 平较高,但全疆平均万元产值取水量高了全国其它地区。预计未来的形势依然如 此。

    1995年新疆全区综合渠系有效利用系数平均为0.47,其中南疆为0.45, 北疆和东疆为0.50。根据国内外许多灌区的实践表明,只要进行渠道防渗和灌 区建筑物的配套及加强管理,可使渠系有效利用系数显著提高,但在新疆地区由 于自然地理条件恶劣,灌区改造工程投入大,因此渠系有效利用系数的提高将取决于水利事业费的投入。综合考虑这些因素,本研究认为2020年全疆渠系利用系 数可达0.6左右。

    为了使新疆水资源承载能力的分析更符合实际,根据有关工程规划设想, 拟订下述水利工程作为多目标模型的备选方案(见表2)。

    3.2方案设置 水资源是限制新疆社会经济发展的主要因素。提高水资源的承载能力,须 采取提高节水水平、优化产业结构、提高污水处理能力、充分挖掘当地水资源的 潜力、跨流域调水等、加强水资源管理等措施。根据新疆的实际情况,本次研究 定义了5个基本的优化方案,方案的基本设置参见表3,然后利用多目标模型对新 疆的社会经济发展规模、各种模式下的水资源配置方案及各种配置方案对经济、 环境、粮食的影响程度作优化分析,并在此基础上分析了2020年的水资源承载能 力。

    表2水利工程规划方案 表32020年新疆水资源承载能力分析方案基本设置 注:“有节水措施”表示按3.1节的定额,“上规划水利工程”表示按表2的 设置。

    3.3承载能力分析 在进行具体的承载能力分析计算时,允许某些指标低于期望值,但必须建 立农产品的市场交换机制,即可以用超出期望值的农产品在国际市场或国内市场 上去等价交换低于指标期望值的农产品,使总的农产品的人均占有量与指标期望 值达到总体平衡。农产品交换平衡公式为:
    (1) 式中 R――总体平衡指标 P――农产品的人均占有量D――农产品的人均期望值 α――农产品的交换比 i――农产品指标分类 农产品交换比价受市场、政策、国际国内政治形势等多种因素的影响与干 扰,本研究参考1995年的农产品的市场销售价格预测分析了未来主要农产品之间 的交换比价(参见表4)。表中价格以粮食价格为基本单位,其它都是相对价格。

    表4农产品相对交换比价 按照所给定的期望值和交换价格比,对上述五个方案进行了人口承载能力 的分析。在农产品按照期望值达到平衡的情况下,也就是保证温饱的程度时,方 案A、B、C、D、E的全疆人口承载量分别是2640、2798、3198、3606、4264万 人,但是方案A、B、C的经济发展水平太低,人均GDP不足1万元;
    方案D和E无 论是在经济发展方面还是在农产品方面都好于前三个方案,特别是方案E,它在 GDP总值和农产品生产总量上是五个方案中最高的,按照农产品平衡关系,方案 E的人口承载量达到了4260万人,比方案D多了655万人,但是方案E的人均GDP 仅为1.5580万元,低于方案D,故方案D可以作为2020年新疆水资源承载能力分 析的基本方案。

    按照方案D的忧化指标,并根据温饱生活标准,2020年新疆水资源的人口 承载量为3606万人,其中南疆为1638万人,比预测人口1230万人多408万人,北 疆为1863万人,比预测人口1169万人多694万人,东疆为105万人,比预测人口150 万人少45万人。从生活水平来看,新疆人均GDP为1.77万元,其地区分布为南 疆最低,1.33万元,北疆居中,为1.96万元(接近富裕水平的下限2万元), 东疆最高为5.46万元。虽然南疆和北疆能承载这么多的人口,但从人均GDP来 看,被承载人口的生活水平只能达到一个中等富裕程度。要使被承载的人口既能 温饱又能有富裕的生活,则须降低承载人口的数量。在人均GDP达到2万元的条 件下,南疆承载的人口要下降到1087万人,北疆为1822万人。而东疆按照富裕水 平的人口承载量显然不只105万人,它可以用工业产品换取农产品,从而承载比 105万人更多的人口。由于难以预测未来工业产品与农产品的价格交换比,故仍 以105万人作为东疆在富裕生活水平条件下的承载能力。因此,2020年新疆富裕 生活水平下的人口承载能力为3014万人。具体承载指标见表5。表52020年方案D富裕条件下的水资源承载能力指标 42050年新疆水资源承载能力分析 2050年的新疆水资源承载能力以2020年的水资源承载能力研究为基础,利 用水资源供需平衡理论探索远景的新疆社会经济及生态环境的最大发展程度。

    4.1需求预测与供需平衡 新疆是一个少数民族聚居区,下一世纪的城市化率将有加快趋势,预计从 2020年到2050年期间,30年的年平均增长率不应低于10‰,按10‰预测得2050 年的总人口为3450万人,其中城市人口为1890万人,农村人口为1560万人。预计 2050年牲畜数量达到8500个基本绵羊单位。城市生活用水分居民生活和公共生活 两项,分别按160升/人日和120升/人日计算,农村生活用水90升/人日,一个 绵羊单位用水12升/头日。预计到2050年城市生活需水将达到19.3亿m3,农村 生活用水8.8亿m3,新疆生活需水量合计为28.1亿m3。

    根据2020年水资源承载能力分析的成果,从1995~2020年25年期间GDP 的年平均增长率为8.47%,预计2020~2050年的GDP增长速度将放慢,以每年 增长5%计算,2050年新疆的GDP将达到27500亿元。工业总产值30年的增长率比 GDP的增长高一个百分点,按6%计算,到2050年将达到56700亿元。工业的综合 万元产值取用水定额将从2020年的45m3下降到25m3,因此2050年工业的总需水 量将达到142亿m3。

    新疆的农业灌溉面积到2050年将比2020年多发展1000万亩,达到7000万亩, 其中粮食为3490万亩,考虑复种指数后,播种面积为4160万亩,棉花面积达2225 万亩,油料面积760万亩,蔬菜面积200万亩,甜菜面积140万亩,农田灌溉的综 合定额取310m3/亩,净需水量为217亿m3。饲草饲料基地和灌溉草场是提高载 畜能力的主要措施之一,预计2050年其灌溉面积将在2020年的基础上增加500万 亩,达到1880万亩,综合灌溉定额取280m3/亩,需水量为52.6亿m3。林业面 积由于农田防护林和果林的需要,2050年比2020年增加250万亩,达到1350万亩, 综合灌溉定额取280m3/亩,需水量为37.8亿m3。2020年的新疆渔业需水量已 经达到4.2亿m3,2050年按10亿m3净需水量计算。因此,2050年新疆农林牧渔 业的灌溉净总需水量为317亿m3。

    新疆2050年的灌区改造将进入完善阶段,综合渠系有效利用系数也将有较大提高,达到0.7是完全有可能的。农村生活及农林牧业的毛总需水量为466亿 m3。加上城市生活和工业的需水量,2050年新疆总需水量为627亿m3。现状1995 年国民经济耗水率为0.74,考虑到2050年由于生产技术的提高,农业灌溉定额 和工业万元产值取用水定额将下降,而耗水率将会升高,预计2050年国民经济耗 水率为0.85,因此,2050年的新疆国民经济耗水量为533亿m3。

    新疆水资源可利用量多年平均和75%保证率分别为628、610亿m3,大于 2050年新疆国民经济耗水量533亿m3,考虑到2050年水利工程还不能控制全部的 可利用量,按可利用量的90%计算,为540~550亿m3,与国民经济耗水量基本 保持平衡。

    4.2承载能力指标 现状农业用水是新疆的用水大户,占总用水的97%,2020年农业用水所占 比例下降到91.5%,这说明从1995年到2020年农业将逐步由粗放型耕作方式缓 慢地转向集约型耕作方式,2020年以后转型速度将加快,农作物单产将有新的飞 跃。预计2050年新疆粮食作物的综合单产将达到380kg,粮食总产量将达到1580 万t;
    棉花单产将上升到110kg,总产量将达到245万t;
    油料单产将上升到170kg, 总产量将达到129万t;
    蔬菜单产将上升到3000kg,总产量将达到600万t;
    甜菜单 产将上升到4000kg,总产量将达到560万t。

    畜牧业2050年按8500万头个基本绵羊单位计算,肉产总量为136万t,奶产 总量为130万t。水果总产量243万t。

    根据2050年的人口预测,新疆人口预计将上升到3500万人。这样,人均 GDP为7.86万元,按1995年汇率计算约合1万美元,相当于发达国家二十世纪末 的水平。而农产品的人均占有情况是:人均粮食452kg,人均棉花70kg,人均油 料37kg,人均甜菜160kg,人均蔬菜171kg,人均肉39kg,人均奶37kg,人均水果 69kg。这些指标比2020年略有降低或基本保持其水平。

    按照所设定的2050年的农产品期望值和给定的价格交换比,利用农产品平 衡关系,估算在保证温饱条件下的2050年新疆水资源承载人口为4000万人,此时 人均GDP为6.875万元(约合9000美元),超过了富裕生活水平的下限6万元, 即到2050年新疆水资源可以承载4000万人,且保证具有富裕生活水平,具体指标 见表6。

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