葫蘆島市水資源承載能力分析

任書軍

(葫蘆島市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島125000)

0 引 言

當(dāng)前，中國面臨著嚴(yán)峻的水體污染和水資源不足等問題，并對社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提升，葫蘆島市水資源系統(tǒng)受人類活動(dòng)和氣候變化的影響不斷增大，河道斷流、水污染事件、嚴(yán)重缺水等問題日趨突出并呈逐年惡化的發(fā)展趨勢[1]。

對于一定的區(qū)域持續(xù)擴(kuò)大發(fā)展規(guī)模、提升綜合發(fā)展能力和協(xié)調(diào)持續(xù)而言，水資源承載能力占據(jù)著十分重要的地位。然而，區(qū)域的快速發(fā)展為引起水資源系統(tǒng)超載和水問題逐漸突出的主要原因。為解決日趨嚴(yán)峻的水問題，國內(nèi)外諸多學(xué)者取得了一定的研究成果，如Naimi等[2]開發(fā)設(shè)計(jì)了嚴(yán)重缺水區(qū)域的承載能力評價(jià)軟件，并對阿爾及利亞地區(qū)的水資源總量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算；朱照宇等[3]運(yùn)用自然趨勢法和年遞增率指標(biāo)，初步評價(jià)了珠三角地區(qū)的水資源狀況；時(shí)佳等[4]構(gòu)建了包含環(huán)境、生態(tài)、水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等方面的量化評價(jià)體系；劉樹峰等[5]采用相對承載力評價(jià)法，系統(tǒng)分析了惠州市的水資源開發(fā)潛力；孟珍珠等[6]基于和諧理論及“協(xié)調(diào)、發(fā)展、健康”準(zhǔn)則，從多個(gè)方面建立較為完善的承載力評價(jià)體系；危文廣[7]、蔣汝成[8]等對區(qū)域水資源承載力4個(gè)維度進(jìn)行了定量的評價(jià)分析。依據(jù)現(xiàn)有研究成果和文獻(xiàn)資料，關(guān)于水資源承載力的相關(guān)研究主要側(cè)重于社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)兩大方面。雖然，從這2個(gè)方面選取的評價(jià)因子具有一定的代表性，但水資源“雙控”行動(dòng)的提出為建立評價(jià)指標(biāo)體系提供了一種新的思路，有利于順應(yīng)政策的施行和時(shí)代的發(fā)展。

為提升水資源承載能力和控制水資源消耗，“十三五”規(guī)劃綱要及國務(wù)院頒布的相關(guān)文件提出要實(shí)行“雙控”行動(dòng)和“三條紅線”的用水管理要求。自實(shí)施“雙控”行動(dòng)以來，已完成水量分配的跨省江河流域有19條，計(jì)劃推進(jìn)完成的有53條，已完成核減和論證的多個(gè)水資源項(xiàng)目量為40×108m3，實(shí)現(xiàn)用水定額全覆蓋的區(qū)域有31個(gè)省區(qū)市，制定頒布的國家取水定額標(biāo)準(zhǔn)32項(xiàng)。然而，個(gè)別地區(qū)還存在沒有足夠重視節(jié)水工作、缺乏頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃水資源論證、未將用水強(qiáng)度指標(biāo)分解至縣級行政區(qū)域、對“雙控”行動(dòng)與最嚴(yán)格水資源管理制度認(rèn)識(shí)不到位、農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重及全國性節(jié)水條例和實(shí)施安全未出臺(tái)等問題。鑒于此，文章結(jié)合區(qū)域水資源實(shí)際情況，從總量和強(qiáng)度控制兩個(gè)方面構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，將指標(biāo)利用主、客綜合賦權(quán)法計(jì)算，并對葫蘆島市水資源承載力現(xiàn)狀利用模糊綜合評價(jià)模型分析，為促進(jìn)水資源系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展以及更好的組織實(shí)施“雙控”行動(dòng)提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

葫蘆島市地處遼寧省西南部，占地面積10415km2，總?cè)丝诩s262萬。葫蘆島地區(qū)為亞濕潤季風(fēng)氣候，年降水量560-630mm，年均氣溫8.2-9.2℃，四季分明。該區(qū)域地形地貌復(fù)雜，山區(qū)森林植被稀少，丘陵起伏，山嶺重疊，水系縱橫交錯(cuò)且南北跨度大，素有“遼西走廊”之稱。

當(dāng)前，葫蘆島地區(qū)面臨著嚴(yán)峻的資源性、水質(zhì)性和工程性缺水問題。調(diào)查顯示，該地區(qū)人均水資源量顯著低于遼寧省平均值，屬于嚴(yán)重的貧水區(qū)。依據(jù)區(qū)域用水實(shí)際情況，水資源存在可開發(fā)利用量少、邊界效益低、開發(fā)難度大和開采成本高等特點(diǎn)，加之局部地區(qū)地下水開發(fā)過度與水環(huán)境保護(hù)意識(shí)薄弱，境內(nèi)水生態(tài)功能和承載力水平持續(xù)下降[9-10]。

1.2 評價(jià)方法

1.2.1 構(gòu)建評價(jià)體系

水資源直接決定著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度和人類的繁衍生存，其承載力水平為反映當(dāng)?shù)啬芊癯掷m(xù)健康發(fā)展的重要參數(shù)。因此，構(gòu)建的評價(jià)體系應(yīng)層次分明、條理清晰且能夠體現(xiàn)各因子間的相互關(guān)系。通過對水系統(tǒng)影響因素的分析，進(jìn)一步將質(zhì)量、強(qiáng)度、總量分解為若干指標(biāo)并建立指標(biāo)體系。

水資源總量屬于反映區(qū)域開發(fā)利用程度和區(qū)域各產(chǎn)業(yè)最大耗水量的重要指標(biāo)，通過對消耗總水量的分析可為用水消耗強(qiáng)度管理和掌握各行業(yè)可用水量提供科學(xué)的依據(jù)。水資源利用效率與用水強(qiáng)度相對應(yīng)，主要涉及單位人口、面積和產(chǎn)品的用水量，為提升用水效率、更好的抓住重點(diǎn)、辨識(shí)方向及采取措施有必要對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、人口等利用效率進(jìn)行系統(tǒng)的分析。水質(zhì)反映了區(qū)域水環(huán)境的狀況，為更加系統(tǒng)的評價(jià)水資源承載能力必須考慮水資源對生態(tài)環(huán)境的影響[11]。

采取專家咨詢法、頻度統(tǒng)計(jì)法、理論分析法等，遵循五大原則選取評價(jià)指標(biāo)。其中，理論分析法是結(jié)合水資源“雙控”行動(dòng)的目標(biāo)，選取典型的重要特征指標(biāo)綜合分析區(qū)域水資源承載能力。最嚴(yán)格水資源管理制度中體現(xiàn)了“雙控”行動(dòng)的主要內(nèi)容，其拓展延伸即為“雙控”行動(dòng)的目標(biāo)，如控制萬元生產(chǎn)增值用水量、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率及農(nóng)田灌溉有效用水系數(shù)等；頻度分析法是通過統(tǒng)計(jì)分析國內(nèi)外有關(guān)承載力評價(jià)的研究資料選取較高頻率的指標(biāo)，如污水處理率、需水模數(shù)、人均供水量及工業(yè)用水計(jì)量率等；專家咨詢法是依據(jù)水文水資源領(lǐng)域的專家意見對初步確定后的指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終選取適用性較強(qiáng)的評價(jià)指標(biāo)。綜合比較后，從總量和強(qiáng)度控制兩個(gè)方面選取的評價(jià)指標(biāo)[12]。

文章以葫蘆島市2017年、2020年和2025年水資源承載能力為研究對象，結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)和水利部門相關(guān)資料獲取各評價(jià)因子有關(guān)數(shù)據(jù)，3個(gè)水平年的評價(jià)因子值及構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系，基于總量和強(qiáng)度控制的評價(jià)體系及各水平年指標(biāo)值，見表1。

表1 基于總量和強(qiáng)度控制的評價(jià)體系及各水平年指標(biāo)值

1.2.2 確定評價(jià)等級

綜合考慮當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展?fàn)顩r和水資源利用情況，結(jié)合現(xiàn)有研究成果將評價(jià)等級劃分為a1-a5級，所對應(yīng)的評語依次為好、較好、一般、較差、差。其中，“好”代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源承載能力相適應(yīng)，承載力強(qiáng)；①“一般”代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與區(qū)域水資源承載能力基本達(dá)到平衡狀態(tài)；②“差”代表水系統(tǒng)承載力超越極限水平，任其繼續(xù)發(fā)展將對生態(tài)平衡產(chǎn)生破壞作用；③“較差”、“較好”則處于相鄰兩等級的中間水平。不同評價(jià)等級下的取值界限為：0

綜合考慮葫蘆島市、遼寧省以及國際上各項(xiàng)指標(biāo)的界限值，界定不同評價(jià)等下各項(xiàng)指標(biāo)的閾值，并作為承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。水資源承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 水資源承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

綜合評價(jià)結(jié)果與指標(biāo)權(quán)重密切相關(guān)，當(dāng)前用于權(quán)重計(jì)算的方法主要有客觀賦權(quán)、主觀賦權(quán)兩大類。其中，主觀賦權(quán)法水考慮了決策者偏好的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法，若涉及到的評價(jià)因子較多則其可靠性較多；客觀賦權(quán)主要是依據(jù)各因子具體的數(shù)值求解權(quán)重，該方法受主觀因素的影響較低。所以，對于不確定具體數(shù)值的評價(jià)因子，其權(quán)重值利用層次分析法確定；針對能夠確定具體數(shù)值的評價(jià)指標(biāo)，其權(quán)重選用熵值法確定[13-14]。

指標(biāo)層關(guān)于準(zhǔn)則層的各因子權(quán)重大小利用熵值法確定，然后對準(zhǔn)則層關(guān)于目標(biāo)層的權(quán)重利用層AHP法確定，通過將2次計(jì)算結(jié)果的綜合確定各評價(jià)因子的組合權(quán)重。耦合了主、客觀權(quán)重的計(jì)算方法，具有更高的可靠性和準(zhǔn)確性，計(jì)算公式為：

(1)

式中：Qy、Qyz為準(zhǔn)則層關(guān)于目標(biāo)層、指標(biāo)層關(guān)于準(zhǔn)則層的1級和2級權(quán)重；Y、Z為準(zhǔn)則層和指標(biāo)層中的評價(jià)因子數(shù)；Qz為評價(jià)因子的組合權(quán)重。

根據(jù)葫蘆島市2017年、2020年和2025年水資源各因子實(shí)際值，將指標(biāo)層關(guān)于準(zhǔn)則層的權(quán)重利用熵值法計(jì)算。然后，對準(zhǔn)則層中的3類評價(jià)因子邀請10名水資源領(lǐng)域的專家打分，將評價(jià)體系中準(zhǔn)則層關(guān)于目標(biāo)層的相對權(quán)重利用層次分析法和打分結(jié)果求解，即Qy=(0.4601，0.3187，0.2212)；最終，將以上計(jì)算結(jié)果相綜合確定組合權(quán)重。

1.2.4 建立模糊綜合評價(jià)模型

區(qū)域水資源能力利用模糊綜合法進(jìn)行評價(jià)，其主要流程如下：

1)因素集、評判集、權(quán)重集的確定。綜合考慮與區(qū)域水資源相關(guān)的所有因素，將其構(gòu)成有限論域U={u1，u2，…，um}，其中i=1，2，…，m，ui為評價(jià)因素；承載能力評語集以有限論域V={v1，v2，…，vn}表示，其中j=1，2，…，n，vi為評價(jià)結(jié)果。通過賦予各因素相應(yīng)的權(quán)重qi，反映評價(jià)結(jié)果受不同指標(biāo)的影響狀況，由此構(gòu)成權(quán)重集為Q={q1，q2，…，qm}。

2)構(gòu)造隸屬度矩陣。針對各項(xiàng)因素ui構(gòu)造相應(yīng)的評判集Ri，設(shè)因素i對關(guān)于等級標(biāo)準(zhǔn)j的評價(jià)結(jié)果為rij，則構(gòu)造的集合表示為Ri=(ri1，ri2，…，rim)。按行排列各因素隸屬度，由此建立各評價(jià)因子的隸屬度矩陣R=rij。

3)確定承載能力綜合評價(jià)結(jié)果。評價(jià)結(jié)果采用加權(quán)平均法可表示為B=Q×R，其中B為模糊子集，即B=(b1，b2，…，bn)，0≤bj≤1，關(guān)于模糊子集B評價(jià)等級vi的隸屬度為bj。

4)承載能力評價(jià)等級的確定。對每一項(xiàng)評價(jià)等級利用加權(quán)平均法賦分，水資源承載能力綜合評價(jià)值a按照V={v1，v2，…，vn}與各等級對應(yīng)的評分值a1、a2、…、an確定，其計(jì)算公式為：

(2)

2 結(jié)果分析

評價(jià)指標(biāo)的隸屬度利用表1中各因子值確定，從而獲取2017年、2020年和2025年水資源承載能力模糊綜合評判矩陣R2017、R2020、R2025。權(quán)重矩陣Q按照組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果確立，然后采用加權(quán)平均法將模糊判斷矩陣R和權(quán)重矩陣Q進(jìn)行綜合運(yùn)算，從而獲取各水平年葫蘆島地區(qū)的水資源承載能力評價(jià)矩陣B，結(jié)果如下：

B2017=(0.198，0.204，0.204，0.205，0.190)

B2020=(0.245，0.255，0.253，0.247，0)

B2025=(0.256，0.251，0.251，0.242，0)

為更加直觀的比較確定承載能力大小，確定a1-a5值依次為0.95、0.85、0.60、0.40、0.01。采用計(jì)算式(2)最終確定a2017、a2020、a2025值為0.566、0.702、0.705。

根據(jù)以上計(jì)算值可知，葫蘆島市2017年、2020年、2025年的水資源承載力為一般、較好、較好水平。

葫蘆島地區(qū)2017年的綜合評價(jià)值為0.566，依據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)處于一般水平，水體質(zhì)量、強(qiáng)度和總量整體處于合理狀態(tài)。參評的14項(xiàng)因子中，評價(jià)等級達(dá)到一般、較好和好的因子有4、3、5項(xiàng)，達(dá)到差和較差等級的評價(jià)因子數(shù)均為1項(xiàng)，其中水功能區(qū)水質(zhì)代表率和再生水回用率指標(biāo)未達(dá)標(biāo)。其原因?yàn)楹J島地區(qū)農(nóng)田灌溉仍以大水漫灌為主，許多水利設(shè)施老化失修嚴(yán)重，用水效率較低約為0.65，未來需進(jìn)一步提升區(qū)域節(jié)水灌溉效率。另外，有待進(jìn)一步提升重復(fù)用水率和改善部分工業(yè)企業(yè)用水喜歡；非傳統(tǒng)水源利用，如中水、雨水等利用程度低，仍具有較大的節(jié)水潛力；同時(shí)，葫蘆島地區(qū)部分河湖的水污染嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)污染和水產(chǎn)養(yǎng)殖排放量大，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率低及水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)布置不合理，功能區(qū)劃總體要求與水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀不符，這與水資源可持續(xù)發(fā)展和節(jié)水型社會(huì)建設(shè)仍存在較大的差距。

葫蘆島地區(qū)2020年綜合評價(jià)值為0.702，按照分級標(biāo)準(zhǔn)處于較好水平，各項(xiàng)評價(jià)因子均處于較好狀態(tài)。參評的14項(xiàng)因子中，評價(jià)等級達(dá)到一般、較好和好的因子有4、6、4項(xiàng)，達(dá)到差和較差等級的評價(jià)因子數(shù)均為1項(xiàng)；葫蘆島市2025年綜合評價(jià)值為0.705，參照分級標(biāo)準(zhǔn)處于較好水平，各評價(jià)指標(biāo)狀態(tài)較好。參評的14項(xiàng)評價(jià)因子中，評價(jià)等級達(dá)到一般、較好和好的因子有1、4、6項(xiàng)。城市供水管網(wǎng)漏損率和第1產(chǎn)業(yè)用水比重在近期、遠(yuǎn)期水平年指標(biāo)中呈減少趨勢，水質(zhì)帶包、再生水回用率、灌溉用水系數(shù)及第3產(chǎn)業(yè)比重呈增大趨勢，相對于現(xiàn)狀年的承載能力葫蘆島地區(qū)規(guī)劃年有所增大，這主要與“十三五”規(guī)劃要求嚴(yán)格實(shí)行“雙控”行動(dòng)相關(guān)，有助于全面提升研究區(qū)節(jié)水水平和水資源利用效率，對優(yōu)化配置區(qū)域水資源分布具有重要的指導(dǎo)作用。

3 結(jié) 論

文章從強(qiáng)度和總量控制的角度建立較為系統(tǒng)、全面的承載力評價(jià)體系，得出的結(jié)論有：

1)水資源“雙控”行動(dòng)的提出為建立評價(jià)指標(biāo)體系提供了一種新的思路，文章從水資源質(zhì)量、強(qiáng)度、總量3個(gè)層面選擇14項(xiàng)典型評價(jià)指標(biāo)，依據(jù)各評價(jià)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)特征建立指標(biāo)體系，組合權(quán)重考慮選用較為常用的主、客觀賦權(quán)法計(jì)算確定。然后依據(jù)葫蘆島地區(qū)2017年、2020年和2025年水資源相關(guān)資料，對承載能力利用模糊綜合法進(jìn)行分析，結(jié)果顯示該區(qū)域整體處于一般與較好等級，所構(gòu)建的評價(jià)體系和理論模型具有較強(qiáng)的科學(xué)合理性。

2)結(jié)合“雙控”行動(dòng)實(shí)施過程中存在的問題以及區(qū)域水資源實(shí)際狀況，從總量和強(qiáng)度控制的角度查找出現(xiàn)問題的原因，采取合適的方法加以處理，為區(qū)域水資源規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。

3)水資源系統(tǒng)涉及到的因素多、范圍廣且各因素存在復(fù)雜性特征，受研究區(qū)域和研究對象等條件限制所確定的評價(jià)等級仍存在一定的不足。隨著對水資源管理水平的提升和區(qū)域水資源保護(hù)的逐漸重視，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合具體情況選取適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)，為保證其普遍適用性還要不斷的完善評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。