秦 景，吳志旺，牛文龍，朱明明，馮 杰

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，100044，北京；2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，210098，南京）

新疆地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，降水稀少，氣候干燥，是典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，水資源非常寶貴。新疆現(xiàn)有水資源主要用于供給農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水較為匱乏，用水總量嚴(yán)重超標(biāo)，供需矛盾突出。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2015年新疆用水結(jié)構(gòu)中農(nóng)業(yè)用水占94.7%，工業(yè)用水僅占2.0%?？紤]到農(nóng)業(yè)在新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的地位，新疆工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展仍將面臨水資源制約問題。

紡織工業(yè)作為新疆傳統(tǒng)支柱性產(chǎn)業(yè)，屬于高耗水、高污染工業(yè)。隨著我國全方位對外開放戰(zhàn)略的逐步實施與“一帶一路”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，新疆紡織工業(yè)快速發(fā)展，廢水排放量呈遞增趨勢，2015年新疆紡織服裝產(chǎn)業(yè)廢水排放量約占全疆工業(yè)廢水排放總量的24.1%，其中化學(xué)需氧量（COD）和氨氮排放量分別占全疆工業(yè)總排放量的60.1%和26.2%，帶來的水資源消耗和水環(huán)境污染問題不容小覷。新疆綠洲區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)脆弱，如不能有效控制和治理工業(yè)發(fā)展對水體及環(huán)境的影響，將引發(fā)河道斷流、綠洲荒漠化等重大生態(tài)環(huán)境問題，故新疆紡織產(chǎn)業(yè)面臨的生態(tài)化發(fā)展挑戰(zhàn)十分嚴(yán)峻。保護(hù)水資源和水環(huán)境，提高新疆紡織工業(yè)基地水資源承載力，是保障今后新疆紡織產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵所在。

水資源承載力是全面系統(tǒng)反映水資源對經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境支撐能力的綜合指標(biāo)，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化布局的重要衡量指標(biāo)，也是水安全的重要度量指標(biāo)。為緩解水資源供需矛盾，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，新疆出臺了“退地減水”規(guī)劃、用水總量控制方案等一系列重要規(guī)劃和政策。本文構(gòu)建在用水總量控制條件下的多目標(biāo)決策模型，量化在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃下的紡織工業(yè)基地水資源承載力，對促進(jìn)“水資源—社會環(huán)境—生態(tài)環(huán)境”系統(tǒng)協(xié)調(diào)綠色發(fā)展、保障區(qū)域水安全和資源環(huán)境安全、維護(hù)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會穩(wěn)定和推動可持續(xù)發(fā)展提供參考。

一、研究區(qū)域選取

新疆現(xiàn)狀水質(zhì)總體情況較好，但用水總量嚴(yán)重超標(biāo)，紡織工業(yè)用水占區(qū)域用水總量比重較小，但紡織行業(yè)的主要原材料棉花種植用水占比大?？紤]以上特點，在探究新疆紡織工業(yè)基地水資源承載力時，研究區(qū)域不局限于某一塊工業(yè)園區(qū)，而是拓展到紡織工業(yè)基地所在地州，以期研究紡織產(chǎn)業(yè)對整個區(qū)域水資源承載力的實際影響。此外，南疆是新疆紡織產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展重點，也是印染和化纖等用水排水較多的工藝發(fā)展區(qū)域，具有研究價值。本文選取南疆的阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)，以及全疆作為評價區(qū)域。

二、水資源承載力多目標(biāo)決策模型

1.目標(biāo)函數(shù)

模型目標(biāo)既要反映各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，又要具有可控性。根據(jù)新疆干旱地區(qū)水資源開發(fā)利用結(jié)構(gòu)特點、紡織工業(yè)基地所在區(qū)域現(xiàn)狀及未來發(fā)展規(guī)劃，以可持續(xù)發(fā)展為原則，基于水資源—生態(tài)環(huán)境—社會經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)原理，選取國內(nèi)生產(chǎn)總值、人口規(guī)模、COD排放和工業(yè)增加值為目標(biāo)，綜合反映水資源對經(jīng)濟(jì)、人口和生態(tài)環(huán)境的適度承載能力。

①水資源承載的最大國內(nèi)生產(chǎn)總值：

式中：Xi表示第i部門的需水量，億m3；AGDP表示萬元GDP用水量，m3/萬元；i=1，2，3，分別指代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)用水部門。

②水資源承載的最大人口規(guī)模：

式中：XPOPCZ表示城鎮(zhèn)人口規(guī)模；XPOPNC表示農(nóng)村人口規(guī)模。

③最少污染物（COD）排放：

式中：XWU表示廢水排放總量，億t；η表示排放的廢水中COD的濃度含量，g/m3。

④水資源承載的最大工業(yè)增加值：

式中：AIVA表示萬元工業(yè)增加值用水量，m3/萬元。

2.約束條件函數(shù)

（1）水資源支撐約束

①總供水量：

式中：XWS表示供水總量；XSWS表示地表水供水量；XDWS表示地下水供水量；XEWS表示外調(diào)水供水量；XOWS表示其他水源供水量。

②總需水量：

式中：XWR表示需水總量；XSH表示生活需水量；XST表示生態(tài)需水量。

③生活需水量：

式中：WCZ、WNC分別表示城鎮(zhèn)和農(nóng)村的人均生活需水定額，L/（人·d）；W表示用水總量紅線指標(biāo)；XSH表示生活需水量。

④水資源供需平衡：

（2）宏觀經(jīng)濟(jì)約束

①國內(nèi)生產(chǎn)總值：

式中：GDPmin、GDPmax分別表示規(guī)劃水平年國民生產(chǎn)總值的最小和最大預(yù)測值，億元。

②工業(yè)增加值：

式中：IVAmin、IVAmax分別表示規(guī)劃水平年工業(yè)增加值的最小和最大預(yù)測值，億元。

（3）社會發(fā)展約束

①人口規(guī)模：

式中：XPOP（t）表示研究區(qū)在t年人口總數(shù)；XPOPT表示基準(zhǔn)年研究區(qū)人口總數(shù)；λp表示預(yù)測平均人口增長率；t-T表示預(yù)測年與基準(zhǔn)年年限差。

②城鎮(zhèn)化率及城鎮(zhèn)人口約束：

式中：XPOP（t）表示規(guī)劃年區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；j（t）表示規(guī)劃年區(qū)域人口城鎮(zhèn)化率預(yù)測值。

③退地減水規(guī)劃約束：

式中：XNYMAX、XNYMIN表示在不同程度落實“退地減水”規(guī)劃時，預(yù)測農(nóng)業(yè)需水量的最大值和最小值。

（4）環(huán)境約束

①廢水排放總量：

式中：XWU表示廢水排放總量；?為工業(yè)廢水排放系數(shù)；β為城鎮(zhèn)居民生活廢水排放系數(shù)。

②COD排放量約束：

式中：XCODXZ表示COD排放控制目標(biāo)。

三、新疆紡織工業(yè)基地水資源承載力量化計算

逐步約束法是一種求解多目標(biāo)問題的交互決策方法，其求解過程是在決策者和分析者交互間逐步迭代，遵循極小極大規(guī)則，不斷以適度犧牲滿意目標(biāo)來優(yōu)化不滿意目標(biāo)的結(jié)果，直到?jīng)Q策者得到綜合滿意的解。本文采用該方法求解多目標(biāo)決策模型，能夠在評價分析上融入決策者的思想，考慮經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的不同目標(biāo)，體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與資源環(huán)境之間的聯(lián)系。

1.現(xiàn)狀年評價

采用參數(shù)的初始數(shù)據(jù)均來自新疆統(tǒng)計年鑒和水資源公報等資料。根據(jù)逐步約束算法，利用MATLAB語言編程進(jìn)行求解，得到2015年阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)及全疆水資源承載力量化值。現(xiàn)狀年各評價區(qū)水資源承載力量化值與實際承載規(guī)模的對比情況見表1。

根據(jù)表1，2015年各評價區(qū)人口規(guī)模和主要污染物COD排放量基本達(dá)到區(qū)域水資源可承載容納能力的容許限值，而GDP和工業(yè)增加值的承載負(fù)荷已經(jīng)全面超出區(qū)域水資源承載力，各評價區(qū)水資源負(fù)荷狀況均不容樂觀。在現(xiàn)階段的生產(chǎn)技術(shù)水平下，區(qū)域水資源難以承載現(xiàn)有規(guī)模的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，尤其是以大規(guī)模農(nóng)業(yè)用水占絕對主導(dǎo)地位的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)。

2.規(guī)劃年評價

根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》、各評價區(qū)的水資源保護(hù)規(guī)劃、新疆城市總體規(guī)劃、新疆用水總量控制方案、“退地減水”規(guī)劃等規(guī)劃政策成果，合理預(yù)測規(guī)劃水平年模型參數(shù)，將其代入模型，得到不同水平年綜合目標(biāo)及相應(yīng)決策變量的量化結(jié)果，見表2。

根據(jù)表2，在完全貫徹落實新疆“退地減水”規(guī)劃和新疆用水總量控制方案中制定的水資源開發(fā)利用相關(guān)控制指標(biāo)情況下，隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水效率的提高，2020年、2030年阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)及全疆水資源承載力較現(xiàn)狀年均有明顯的提高。其中，全疆2015年、2020年和2030年水資源可承載的適宜國內(nèi)生產(chǎn)總值分別為7 991.99億元、11 852.91億元和23 608.51億元。

表1 評價區(qū)域2015年水資源承載力模擬值與實際值對比

表2 評價區(qū)域各水平年水資源承載力量化結(jié)果

四、結(jié) 語

模型量化結(jié)果表明，南疆的阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)及全疆2015年水資源承載狀況均為超載狀態(tài)，情況不容樂觀。隨著用水效率的提高，2020年和2030年各評價區(qū)水資源承載力將有較大提升，但要實現(xiàn)紡織產(chǎn)業(yè)在新疆的可持續(xù)發(fā)展，必須要依托地區(qū)自身水資源承載力的提高、“退地減水”規(guī)劃的貫徹落實、農(nóng)業(yè)用水規(guī)模的有效控制。因此提出以下建議：

1.合理控制水資源承載狀況，優(yōu)化調(diào)整紡織產(chǎn)業(yè)布局

合理控制新疆水資源承載狀況，嚴(yán)格落實各地區(qū)環(huán)境保護(hù)責(zé)任，堅持走綠色、可持續(xù)發(fā)展之路。新疆紡織行業(yè)的發(fā)展必須要貫徹落實最嚴(yán)格水資源管理制度的“三條紅線”，必須要加快“退地減水”規(guī)劃的推進(jìn)實施，以保障紡織行業(yè)發(fā)展的水資源需求和污水排放要求。合理調(diào)整紡織產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展同區(qū)域水資源承載條件相適應(yīng)。在貫徹落實“退地減水”規(guī)劃和用水總量控制條件下，未來新疆重點紡織工業(yè)基地所在區(qū)域的水資源承載基本處于臨界狀態(tài)，水資源開發(fā)利用潛力較小。未來，紡織行業(yè)可在承載潛力相對較好的阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)等南疆地州重點發(fā)展，印染企業(yè)和全產(chǎn)業(yè)鏈紡織服裝企業(yè)印染環(huán)節(jié)宜向南疆地區(qū)的阿克蘇等地區(qū)集聚。

2.明確紡織工業(yè)發(fā)展的環(huán)境責(zé)任，加大企業(yè)節(jié)水減污力度

明確紡織工業(yè)發(fā)展的環(huán)境責(zé)任，根據(jù)水資源承載系統(tǒng)中的短板，確定可承載的適宜人口、經(jīng)濟(jì)規(guī)模以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展適應(yīng)水資源條件，將紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中產(chǎn)生的污染物排放合理控制在區(qū)域水資源可承載適宜范圍內(nèi)。加大企業(yè)節(jié)水減污力度，推動產(chǎn)業(yè)清潔、集約化發(fā)展，促進(jìn)紡織產(chǎn)業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展，防止區(qū)域水資源過度開發(fā)加劇新疆水資源短缺，保護(hù)新疆綠洲區(qū)域的生態(tài)平衡。