宁夏宁夏银杏水资源利用与生态系统健康评价

宁夏宁夏银杏水资源利用与生态系统健康评价

银银位于银川平原的底部。是典型的北方干旱之一。银川市作为银川平原人类活动最为集中,人地关系最为复杂和敏感的区域,其生态系统健康直接关系到当地经济发展和社会稳定。改革开放以来,银川市经济呈现了较快的增长势头,伴随经济增长而出现的各种环境问题以及潜在的环境威胁也不容忽视。城市化对威胁未来生存的全球环境变化有着重要影响,干旱区城市所显现出的矛盾就表现得更加突出,水资源对当地社会经济发展和生态环境有很大胁迫力。随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,各行业对水资源的需求必将增大,如何在协调各产业发展对水资源需求的同时,保证干旱区生态系统健康发展是当前面临的首要问题。上世纪90年代,干旱区水资源对城市发展约束的相关研究已经显现,主要从城市水资源利用问题展开。2000后,城市发展与水资源相关研究逐渐增多,主要集中在水资源对干旱区城市空间景观格局的影响、水资源与生态经济的耦合发展、干旱区水资源利用对经济发展和生态环境的影响及效应分析,水资源约束下的干旱区城镇发展模式等。银川平原三面环沙,被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠以及毛乌素沙地所包围,沙漠总面积近10×104km2,水资源成为当地社会经济发展与生态建设的主要“瓶颈”。银川平原是西北荒漠化地区与中部地区防风固沙的天然屏障,其生态环境的优劣直接影响到西北地区的生态稳定,甚至波及华北地区。因此,研究银川市生态系统健康事关西北地区甚至全国的生态稳定。1降水量、水质现状银川市位于黄河上游,东以黄河和明长城为界,与石嘴山市和内蒙古鄂托克前旗毗邻;西依贺兰山,与内蒙古阿拉善盟为邻,南接吴忠市,北连平罗县。地域范围在北纬37°29′~38°53′,东经105°49′~106°53′。地形分为山地和平原两大部分,略呈西南——东北方向倾斜,平均海拔在1010m~1150m之间。年均降水量为197mm,年陆地蒸发量为178mm,蒸发量与降水量几乎持平,且降水年际分配不均,1960年~2004年银川市平均降雨量为197mm,其中1973年达到了最大值(321mm),1980年落入了最小值为101mm,变率为3.18,年内降水主要集中在6月~9月份。城市发展对黄河水依赖较大,用量占总用水量的81.74%,但黄河水随气候变化水量变率大,存在安全隐患。近年出现农业、工业、生态用水激烈竞争的局面,农业灌溉既是农业生产的保证,又是银川平原地下水补给的主要来源,农业用水压缩过大势必造成地下水位下降,进而会导致生态退化。数据来源:人口规模、工业生产总值、农业种植面积以及绿地和湖泊面积来源于《宁夏统计年鉴》(2005)和《银川市统计年鉴》(2005)、《银川市城市总体规划(2005~2020)》,水资源数据来源于《宁夏水利发展“十一五”规划》(2006)、《宁夏水资源综合规划》(2006)和《银川市节水型社会建设规划》(2006)。2水资源环境胁迫水资源胁迫度指区域社会经济发展和生态环境建设受当地所能供给水资源总量(包括流域调水)的限制程度。在干旱、半干旱地区主要表现为水量型胁迫,即水资源总量的不足,而湿润地区表现为水质型胁迫,即由于水资源的污染而无法满足生产生活的需要,从而出现生产、生活受水资源的胁迫现象。这里主要通过水资源压力指数、水资源供需平衡分析银川市社会经济发展与生态建设的水资源胁迫度。银川市地处干旱沙漠边缘,生态建设需水量大,加之近年社会经济的快速发展对水资源需求快速增长,水资源成为当地社会经济发展和生态建设的主要“瓶颈”,造成工农业生产与生态建设争抢水源的现象。2.1水资源短缺评价指标水资源压力指数是对一个国家或地区社会经济发展过程中的水承载力进行分析。根据1993年国际人口行动提出的“持续水-人口和可更新水的供给前景”报告所确定的水资源紧缺评价指标的标准(表2)。干旱区既是生态脆弱区,又是水资源短缺区,而生态系统对维持社会经济系统健康发展,发挥生态服务功能都有举足轻重的作用,因此在水资源压力指数计算中,首先应充分考虑干旱区生态用水,故水资源压力指数将生态用水量扣除后进行评价。2.1.1生态需水量分析这里只计算湖泊水道等各类水体的生态需水和土壤生态需水,未涉及其它生态系统的需水量。因此,评价的结果只是生态系统的基本生态需水量。2004年,银川市拥有湖泊湿地面积约3.2×104hm2,天然无灌溉林地面积3.53×104hm2,灌溉林地面积1.26×104hm2。由表1计算得出,城市基本生态需水量为1.19×108m3/年。2.1.2生态用水与水资源水资源压力指数是在扣除基本生态用水后,求得人均拥有水资源量,分析其所处的压力区间。银川市生态建设用水约1.19×108m3/年,这并没有考虑各类生态系统之间物质、能量的流动与交换所需水量,因此仅仅是维持生态平衡和生物多样性等最小生态用水量。银川市供水总量35.99×108m3/年,扣除基本生态用水得到银川市人均水资源压力指数为2526m3/年,高于全国人均水资源占有量2170m3/年,属轻度缺水状态(表2)。从水资源利用压力指数分析,2004年,银川市利用地下水量1.91×108m3,地下水资源利用率为32.2%,处于中高水资源利用压力状态(表3)。由于农业使用黄河水,城市生产生活几乎全部使用地下水的“二元”用水格局造就了银川市在水资源压力指数与水资源利用压力指数不统一的局面。2.2水资源平衡的重要性水资源供需平衡是通过对当地水资源现有量的分析,结合人口、工业、农业、生态建设等发展概况,预测未来城市用水量,进而预测出未来城市水资源供需平衡状况。近年来,有关水资源平衡的问题从不同的角度进行了探讨,主要侧重于水资源平衡对保障社会经济发展需求,没有将生态环境需水纳入水资源供需平衡中,水资源是干旱区经济发展和生态环境建设的双重保障。因此,这里将生态用水纳入用水总量,采用多目标回归分析,预测出未来城市水资源供需平衡。2.2.1水资源生产能力分析银川市可供水资源如表4所示。(1)m3/年银川市当地地表水平均可用量为0.15×108m3/年。黄河流经银川市80km,平水年引水量为29.42×108m3,耗水量约为13.20×108m3。(2)地下水补径排渗银川平原是西北地区地下水资源相对丰富的地区之一。地下水主要补给源为渠系和田间灌溉渗漏,降水入渗及贺兰山山前侧向补给。银川市市域可开采资源量为5.93×108m3/年。(3)污水处理厂设计能力总复合化银川市已投入运行的两个污水处理厂污水处理能力为15×104m3/d,生产中水7.50×104m3/d,根据三、四、五污水处理厂的设计能力总计为12×104m3/d,预计可生产中水6×104m3/d。2.2.2水资源需求分析(1)生态用水及其种植面积农业需水主要是农田灌溉需水和林牧渔业需水,而湖泊湿地补水也有相当一部分取自于林牧渔、农业灌溉,因此,银川市农业用水中有一部分为生态用水。2004年银川市农田实际灌溉面积为15×104hm2,灌水总量29.19×108m3。近年来银川市大力推广节水灌溉技术,农业用水呈现下降趋势,但农业用水是银川平原地下水的主要补给源,过分压缩可能导致地下水位下降进而影响到当地的生态安全。(2)人民生活需要水增加2004年底,银川市总人口为137.79×104人,其中市区人口75.82×104人,非农业人口84.06×104人,生活用水0.72×108m3,随着人们生活水平提高和城市化水平提升,生活需水也将快速增加(表5)。(3)老工业水资源量模型2004年,银川市工业产值138.7×108元,用水量0.92×108m3,万元工业产值取水量为66m3。据《宁夏水资源供求形势及合理利用研究》表明,随着老工业的改造,工业技术含量提高,银川市工业用水万元产值取水量将逐渐下降,但银川市正处于社会经济发展加速期,工业数量不断增多,规模逐渐扩大,工业用水总量呈现上升趋势。目前在建的宁东重化工基地,预计2010年用水量为1.70×108m3,相当于目前银川市工业用水量的2倍,二期工程建成后,需水量将达到3.70×108m3/年。(4)农业需水情况结合前述分析,目前银川市生态用水为1.19×108m3/年。但随着宁东重化工基地和银川“塞上湖城”的建设以及贺兰山东麓银西防护林工程实施,将促使银川生态建设用水急剧扩张。2004年银川市总需水量32.02×108m3,其中农业需水29.19×108m3,占91.16%。由于统计数据的原因,这里的农业用水包括部分林地灌溉需水,因此计算的农业需水偏多,生态需水偏少。通过对各行业现状用水进行分析,运用多目标回归法预测未来各年份农业、生活、农业、生态用水(表5)。农业需水呈现缓慢下降的态势,而生活需水量、工业需水量、生态需水量都呈现上升的势头。工业用水的涨幅最大,主要归因于工业数量增多、规模增大。生态用水增多主要因为银川市实施的塞上湖城、景观水道、森林公园等一系列改善城市生态环境的需水增加。生活需水增加源于人口增加和人们生活水平的提高。2.2.3供应分析和安全分析(1)“二元”用水结构对银杏工业用水需求的影响根据银川市社会经济发展趋势,结合当地水资源现状,得出银川市水资源供需平衡状况(图1)。从图中可以看出,工业用水增长很快,如果延续城市“二元”用水结构,银川市在2010年城市生活、工业用水就不能得到满足。虽然农业节水潜力很大,但银川平原的地下水94.1%来自于渠系和田间灌溉渗透补给,考虑到农业用水的生态作用,农业节水也应该在一定的限度内。(2)区域生态安全危害巨对于当地水资源较为有限,依靠过境水作为城市经济发展主要来源的地区水安全显得至关重要。从图2可以看出,银川市用水的81.74%来自于黄河水,这对银川市和黄河流域都构成了安全隐患。按国际标准河川径流量可供开发的限度不能超过来水量的40%,而黄河流域就宁夏一省的引黄量已达35.7%,接近了流域水资源利用预警线,说明黄河流域宁夏段乃至全流域的生态安全已经存在严重隐患。根据王乃昂等人相关研究分析,河西走廊地区沙漠化的原因之一就是地表水利用率超过了河流径流量的40%。对于城市来讲,水资源利用占总水量的40%时,较为安全,我们命名为“安全线”,同理将水资源利用率为60%、80%的界限分别称之为“警戒线”、“维持线”。发现银川市现状年和未来城市用水量都超越了水资源的安全线,而且均靠近甚至超过了警戒线,特别是2004年银川市用水量几乎达到了城市水资源的维持线。城市供用水在这样的环境下运行,对城市的生态安全构成了极大的威胁。另外,黄河水量受气候变化影响大,这对银川市社会经济发展供水稳定性提出了挑战。2003年由于受干旱化气候的影响,黄河水量锐减,银川市的引水量也比平水年少1/3。3城市生态系统健康的内涵生态系统健康学是20世纪80年代末在可持续发展思想的推动下发展起来的一门新学科。它为生态系统的利用、保护与管理提供了新的理论与方法。Rapport等认为生态系统健康应该包含两方面内涵:满足人类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新的能力。城市生态系统健康的最大特点是,它不仅强调从生态学角度出发的生态系统结构合理、功能高效与完整,而且更加强调生态系统能维持对人类的服务功能,以及人类自身健康及社会经济健康不受损害。由于银川市地处干旱区,水资源对当地生态建设与经济发展产生较大胁迫,故这里将水资源作为一个重要的因素来评价。3.1城市生态系统健康评价指标体系结合干旱区城市的具体情况及生态系统健康要求,建立了评价指标体系。考虑到干旱区城市发展受到水资源的胁迫,故将相关水资源的衡量指标纳入城市生态系统健康评价体系。城市生态健康评价标准分为病态、不健康、亚健康、较健康、很健康5级(表6)。3.2生态系统健康评价采用模糊数学方法建立城市生态系统健康评价模型。权重采用专家打分和AHP相结合的方法,运用墒进行修正,参照国内外生态城市健康程度评价标准,赋予各指标层相应的权重。通过查阅银川市统计年鉴(2005年)、宁夏环境统计公报(2004年)及相关资料,建立模糊矩阵,得出银川市城市生态健康隶属矩阵为:Ryc=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪0.4000.3080.0000.1450.3510.3680.3030.5780.2490.2390.3210.1720.0000.0450.2290.0560.0000.0400.1470.049⎫⎭⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪Ryc={0.4000.3510.2490.0000.0000.3080.3680.2390.0450.0400.0000.3030.3210.2290.1470.1450.5780.1720.0560.049}将一级指标权重W=(0.220.180.260.34)代入,得银川市生态系统健康评价结果:H2004=(0.1930.4180.2400.0870.062)Η2004=(0.1930.4180.2400.0870.062)按照最大隶属度原则,银川市2004年城市生态系统健康值为0.418,属于不健康状态,病态和不健康级别的隶属度之和高达0.611,原因是城市发展过程中的资源损耗和能耗过大,归因于银川市处于加速发展阶段,对资源的依赖程度相对较高所致,特别是能耗效率达到1.000,呈严重病态状况。由于资源损耗和能耗与城市经济发展极不协调,因此,发展能力(D)隶属于病态,值为0.400。组织力(O)隶属度为0.368,呈不健康状态,这与银川市科研教育投资力度不够、第三产业发展还未完善等因素有关。还原能力(R)隶属度为0.321,是4个评价因子中唯一一个表现出健康的因子,说明随着城市基础设施的建设和人们对环境意识增强,当地生态环境状况有所改善,自2002年起,银川市连续投资建设污水处理厂5座,目前已投入使用3座,预计2008年,5座全部投入使用。城市生活质量(L)隶属度为0.578,表现为不健康状态,说明银川市整个城市居民生活条件还与国内其它城市的居民生存条件存在着一定的差距。总之,银