區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)
----以樂(lè)山市為例

趙 銳，閔 寧，張 涵，劉軼鋆

(1. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756； 2. 高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全空間信息技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，成都 611756)

隨著人口劇增及經(jīng)濟(jì)不斷高速發(fā)展，水資源的需求量不斷增加，導(dǎo)致水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴(yán)重[1,2]。水資源是支撐自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)不可替代的重要資源和關(guān)鍵因素，也是一種動(dòng)態(tài)的、可再生但是又十分脆弱的資源[3]。中國(guó)雖水資源豐富, 但人均占有量少，加之水資源具有時(shí)空分布不均的特點(diǎn)，更加制約了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。在此背景下，掌握區(qū)域水資源綜合利用現(xiàn)狀已受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。水資源利用評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源可持續(xù)利用的前提和基礎(chǔ)[6,7]。其主要研究方法有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[8]、層次分析(AHP)[9]，模糊決策[10,11]，主成分分析[12]、因子分析[13]等。Kondratyev等利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法建立外加負(fù)荷、臨界荷載、水資源質(zhì)量參數(shù)、臨界濃度、水生生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和地球化學(xué)沉積物狀態(tài)的六要素指標(biāo)，對(duì)拉多加湖水質(zhì)評(píng)價(jià)[14]。潘峰[15]等，周振民[16]等基于層次分析法，構(gòu)建包括人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、人口增長(zhǎng)率、污水排放等指標(biāo)的城市節(jié)水評(píng)價(jià)體系，分別對(duì)衡水以及鄭州的水資源利用情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期推進(jìn)城市水資源高效利用和管理。田愛(ài)民[17]的研究也選取了相似的指標(biāo)，利用模糊決策對(duì)濟(jì)南水資源可持續(xù)利用情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。郜彗[18]等以江門(mén)市為例，利用層次分析對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣中各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，凸顯各指標(biāo)的相對(duì)重要性。為克服主觀權(quán)重的隨意性，代穩(wěn)[19]等利用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，結(jié)合模糊決策對(duì)六盤(pán)水2000-2010年的水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，麻榮永及白若男等基于主成分分析，選取包括降水總量、人口數(shù)、城鎮(zhèn)居民消費(fèi)水平、人均水資源量、生產(chǎn)用水量等若干指標(biāo)，以廣西和成都市為例分別評(píng)價(jià)兩個(gè)區(qū)域的水資源承載能力[20,21]。

前述研究多反映某一區(qū)域內(nèi)某一具體年份的水資源綜合利用狀況，卻難以刻畫(huà)出時(shí)序變化規(guī)律。本文以樂(lè)山市為典型案例，對(duì)其2001-2012年間水資源利用情況開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)，確保評(píng)價(jià)時(shí)間連續(xù)，以期反映該區(qū)域近年來(lái)水資源利用的變化?；谒Y源利用的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)合理性建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為克服評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的主觀隨意性，研究采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建出水資源模糊綜合評(píng)價(jià)模型，以期為區(qū)域水資源的合理開(kāi)發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

1 模糊信息熵綜合評(píng)價(jià)模型

研究通過(guò)對(duì)樂(lè)山地區(qū)的調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)有的水資源統(tǒng)計(jì)資料，建立了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)合理性3個(gè)評(píng)價(jià)維度，以此反映區(qū)域水資源系統(tǒng)的發(fā)展水平以及同社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)[14]。所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，指標(biāo)選取基于下述原因：樂(lè)山市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，作為全國(guó)知名旅游城市，一方面可能增加生態(tài)建設(shè)的投入，另一方面也可能導(dǎo)致生態(tài)用水過(guò)量。樂(lè)山市水資源總量豐富，但可利用水資源分布不平衡。近年來(lái)樂(lè)山市人口呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，探討人口密度和人均水資源占有量的變化可體現(xiàn)該區(qū)域水資源分配的合理性。下文將采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重， 進(jìn)而結(jié)合模糊決策建立水資源協(xié)調(diào)與分配合理程度的綜合評(píng)價(jià)模型，得出水資源利用評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖1 水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系

1.1 權(quán)重確定

各指標(biāo)權(quán)重不隨研究區(qū)域的改變而改變，從而造成評(píng)價(jià)結(jié)果客觀性受到影響[22]。本研究采用熵值法確定權(quán)重，其基本思路是根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者信息量的大小來(lái)確定指標(biāo)權(quán)數(shù)[23]。某個(gè)指標(biāo)信息熵越大，表明指標(biāo)變異程度越小，提供信息量越少，在綜合評(píng)價(jià)中所起作用越小，其權(quán)重越小。反之，指標(biāo)的信息熵越小，其權(quán)重越大[24]。根據(jù)信息熵定義,評(píng)價(jià)矩陣X中第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵為：

(1)

式中：p為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)。

某項(xiàng)指標(biāo)的信息效用價(jià)值取決于該指標(biāo)的信息熵Ej與1的差值，即：

Dj=1-Ej

(2)

某指標(biāo)的效用價(jià)值越高，則對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大，該指標(biāo)的權(quán)重也就越大，第j項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)為：

(3)

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是通過(guò)構(gòu)造等級(jí)模糊子集把反映被評(píng)事物的指標(biāo)進(jìn)行量化，利用模糊變換原理對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其基本步驟如下[25-27]：

(1)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

u={u1,u2,…,um}

(4)

(2)確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)集合。

v={v1,v2,…,vn}

(5)

(3)構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R。在構(gòu)造等級(jí)模糊子集后，從每個(gè)因素ui(i=1,2,…,m)逐個(gè)對(duì)被評(píng)事物進(jìn)行量化，確定被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度(R|ui},得到模糊關(guān)系矩陣如下：

(6)

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個(gè)被評(píng)事物從因素ui來(lái)看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬度。

(4)確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量。評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量為：W=(w1,w2,…,wm)。權(quán)向量W中的元素wi本質(zhì)上是因素ui對(duì)模糊子集 的隸屬度。

(5)合成模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量。將權(quán)向量W與各被評(píng)事物R進(jìn)行合成，得到各被評(píng)事物的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B，即：

(7)

式中：bj是由W與R的第j列運(yùn)算得到，表示被評(píng)事物從整體上看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬程度。評(píng)價(jià)結(jié)果定級(jí)如表1所示，本文將水資源可持續(xù)利用程度的評(píng)價(jià)按照0～1分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)[25]，其中0～0.2為很差，0.2～0.4為較差，0.4～0.6為一般，0.6～0.8為良好，0.8～1.0為優(yōu)秀。

表1 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果定級(jí)

2 案例分析

樂(lè)山市位于四川盆地西南部，總面積為12 827 km2，坐落在岷江、青衣江、大渡河三江交匯處，總?cè)丝跒?24.33萬(wàn)人，年降水量在1 000 mm以上。以2014年為例，全市水資源總量111.96 億m3，人均水資源占有量3 147 m3。各指標(biāo)測(cè)算方法如表2所示，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)自于《四川省水資源公報(bào)》(2001-2012)，以及《樂(lè)山市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001-2012)，經(jīng)無(wú)量綱化處理后代入模糊綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)算

2.1 水資源利用評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)熵值法對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了賦權(quán)分析，其結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明：社會(huì)合理性、經(jīng)濟(jì)合理性和生態(tài)合理性對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)均占有1/3的權(quán)重，即考慮3個(gè)子系統(tǒng)在評(píng)價(jià)中的貢獻(xiàn)基本一致。對(duì)社會(huì)合理性中的3個(gè)分項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，人均水資源占有權(quán)重相對(duì)較大，占44.1%的比重；經(jīng)濟(jì)合理性中，3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)基本各占1/3的權(quán)重；而生態(tài)合理性中，人均污水排放量所占權(quán)重最大，占41.8%的比重。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)模型，樂(lè)山市2001-2012年水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)值如表4所示。結(jié)果表明：2001年到2012年間，樂(lè)山市水資源利用的整體合理性基本處于E2(良好)和E3(一般)的水平。其中，2001年到2007年間處于良好水平(即評(píng)價(jià)等級(jí)水平位于0.6

表4 2001-2012年間樂(lè)山市水資源利用評(píng)價(jià)值

水資源綜合利用變化趨勢(shì)如圖2所示。在2007年以前，樂(lè)山市水資源利用合理性的綜合評(píng)價(jià)值均處于0.6到0.7之間，可持續(xù)利用程度處于良好水平，還具備一定的開(kāi)發(fā)潛力。值得堪憂的是2007年之后，評(píng)價(jià)值由0.6逐漸下降到0.48，可持續(xù)利用程度呈下降趨勢(shì)，處于較差水平，嚴(yán)重制約著樂(lè)山市水資源配置以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。整體來(lái)看，2001-2012年間樂(lè)山市水資源可持續(xù)利用水平在逐步降低。

圖2 樂(lè)山市水資源利用合理性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

樂(lè)山市水資源社會(huì)合理性評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示：從2001年到2003年間，水資源社會(huì)合理性基本保持平穩(wěn)，處于優(yōu)秀水平，評(píng)價(jià)值在0.8左右。自2004到2009年間，由良好下降為較差水平，評(píng)價(jià)值也由0.705下降的0.303。2010年之后又緩慢上升，但基本處于較差水平，評(píng)價(jià)值在0.4上下波動(dòng)。這可能與樂(lè)山市近年來(lái)人口快速增長(zhǎng)有關(guān)，自2004年到2009年樂(lè)山市人口以平均每年將近3%的速度增長(zhǎng)，而樂(lè)山市可利用水資源總量有限，從而造成人均水資源占有減少，導(dǎo)致樂(lè)山市水資源社會(huì)合理性在一定時(shí)期內(nèi)呈下降趨勢(shì)[31]。2009年后，人口自然增長(zhǎng)率相對(duì)放緩，人均水資源占有稍有提高，社會(huì)合理性呈上升趨勢(shì)。

圖3 樂(lè)山市水資源利用社會(huì)合理性評(píng)價(jià)結(jié)果

自2001年到2012年間，經(jīng)濟(jì)合理性呈擬正態(tài)分布趨勢(shì)，如圖4所示。在2006年前后，樂(lè)山市經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展良好，水資源利用也較為合理，處于良好水平，評(píng)價(jià)值在0.6到0.8之間波動(dòng)。結(jié)果與樂(lè)山市編制的“十一五”規(guī)劃中將經(jīng)濟(jì)增速由“十五”期間的12.5%降低到11%，以達(dá)到提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等戰(zhàn)略部署密切相關(guān)[32]。

圖4 樂(lè)山市水資源利用經(jīng)濟(jì)合理性評(píng)價(jià)結(jié)果

生態(tài)合理性由2001年的0.389上升至2012年的0.75，基本保持平穩(wěn)，呈緩慢上升狀態(tài)，如圖5所示。其可能原因是樂(lè)山市始終致力于全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，以期從根本上改變水資源粗放利用的現(xiàn)狀。此外，通過(guò)提高城市污水系統(tǒng)的收集率來(lái)改善水環(huán)境污染的現(xiàn)狀，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展良性循環(huán)；完善水資源供給與水資源保護(hù)，以確保水資源的可持續(xù)利用[33]。

圖5 樂(lè)山市水資源利用生態(tài)合理性評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 討 論

樂(lè)山市水資源可持續(xù)利用整體呈下降趨勢(shì)。針對(duì)其可持續(xù)能力減弱的問(wèn)題，必須做到開(kāi)源與節(jié)流并舉，改變現(xiàn)存的不合理、粗放型、高耗水的水資源利用方式，走節(jié)水型經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的道路等[34]。除此之外，應(yīng)根據(jù)樂(lè)山市實(shí)際情況提高生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展污水處理技術(shù)、提高水資源重復(fù)利用率[35]，以期增強(qiáng)水資源可持續(xù)利用能力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

在分項(xiàng)評(píng)價(jià)方面，社會(huì)合理性自2001年到2009年持續(xù)下降，而后又逐步上升。其主要原因可能與人口增長(zhǎng)、水資源價(jià)格機(jī)制不合理等因素相關(guān)。可采取有效措施控制人均水資源的需求，例如通過(guò)對(duì)居民用水逐步推行定額管理辦法等減少水資源浪費(fèi)[36]。

經(jīng)濟(jì)合理性在2006年達(dá)到最高，而后逐漸降低，呈擬正態(tài)分布的趨勢(shì)。其主要原因在于近年來(lái)樂(lè)山市始終把經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源保護(hù)的并存提到一個(gè)戰(zhàn)略高度來(lái)對(duì)待，實(shí)施了一系列水環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策，如強(qiáng)化依法管水，加大執(zhí)法力度，增加水資源保護(hù)的經(jīng)濟(jì)投入等，積極推進(jìn)水資源開(kāi)發(fā)利用方式從粗放型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變[37]。順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)的特點(diǎn)，抓好資源水利、文化水利、特色水利建設(shè)，強(qiáng)力推進(jìn)水利項(xiàng)目建設(shè)，不斷提升水利保障全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力[38]。

生態(tài)合理性自2002年后呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，與樂(lè)山市實(shí)施的一系列環(huán)保治污措施密切相關(guān)。例如樂(lè)山市 “十二五”規(guī)劃中要求在2015年全市污水處理率達(dá)到80%以上，城鎮(zhèn)污水處理廠負(fù)荷率達(dá)80%以上。在規(guī)劃的實(shí)際執(zhí)行中，樂(lè)山市人均污水排放量在過(guò)去10年間明顯降低[39]。

3 結(jié) 論

本研究利用模糊信息熵的決策模型建立了以社會(huì)合理性、經(jīng)濟(jì)合理性和生態(tài)合理性為子系統(tǒng)的水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用熵值法確定了各項(xiàng)的指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合模糊評(píng)價(jià)的方法對(duì)樂(lè)山市水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行了宏觀綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果反映出2001-2012年間，樂(lè)山市水資源的綜合利用合理性整體呈下降趨勢(shì)，可持續(xù)發(fā)展能力在不斷減弱。分項(xiàng)評(píng)估值中，社會(huì)合理性呈下降趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)合理性大致呈先增后減，呈擬正態(tài)分布的趨勢(shì)，而生態(tài)合理性則基本保持平穩(wěn)。

此外，本研究還存在兩方面的不足：一方面在構(gòu)建水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，僅僅選取了9個(gè)具有代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)，但能否有效反映區(qū)域水資源的協(xié)調(diào)和配置狀況還值得進(jìn)一步驗(yàn)證。另一方面，對(duì)于模型中評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的不確定性，在今后的研究中還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)權(quán)重方法靈敏度和有效性的校驗(yàn)，如將主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)相結(jié)合，以使該模型可應(yīng)用于更廣泛的案例評(píng)價(jià)。

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