本溪市本溪滿族自治縣水資源可持續(xù)利用評價

劉 東

(本溪滿族自治縣水務(wù)和移民事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 本溪 117100)

0 引 言

在水資源管理領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展理論的應(yīng)用主要體現(xiàn)在區(qū)域水資源的可持續(xù)利用，其內(nèi)涵概括為：通過高效利用和合理配置特定區(qū)域條件下的水資源，在其承載能力范圍之內(nèi)實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境—水資源—社會經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的和諧有序，體現(xiàn)水資源區(qū)際公平和代際公平的利用方式[1-3]。科學(xué)評價水資源可持續(xù)利用程度，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、調(diào)整生產(chǎn)力布局以及實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化調(diào)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，從各自研究領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者提出了許多評價分析水資源可持續(xù)利用的方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊綜合評判法、主成分分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、灰色聚類分析法和層次分析法(AHP法)等。然而，評價指標(biāo)體系受限于水資源系統(tǒng)的高維性、開放性和動態(tài)性特征，大多呈非線性交互耦合狀態(tài)，如何合理確定評價指標(biāo)權(quán)重成為各評價方法亟待解決的關(guān)鍵問題。對于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則難以完全定量描述的復(fù)雜系統(tǒng)問題層次分析法(AHP法)較為實(shí)用，能夠更加有效的對指標(biāo)賦權(quán)。但傳統(tǒng)AHP法實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)首要考慮的問題是檢驗判斷矩陣的一致性是否滿足要求，這對各方案之間的客觀排序能否由該判斷矩陣求解的特征向量真實(shí)反映產(chǎn)生直接影響，在很大程度上決定著最終決策的選擇[4]。研究表明，相關(guān)調(diào)整法還無法保證層次分析的精準(zhǔn)度，為解決此問題國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用多種算法，以AHP法實(shí)現(xiàn)流程為基礎(chǔ)修正判斷矩陣的一致性，采用改進(jìn)的AHP法確保評價結(jié)果的科學(xué)合理性。鑒于此，文章以本溪市本溪滿族自治縣為研究對象，結(jié)合文獻(xiàn)資料[6-10]利用改進(jìn)AHP法評價其水資源可持續(xù)利用程度。

1 水資源可持續(xù)利用評價

1.1 區(qū)域概況

本溪滿族自治縣位于太子河上游的遼東半島腹地，地理坐標(biāo)為E40°48' 50″-41°33' 50″、N123°34' 53″-124°45' 42″，下轄11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積3343.9km2，地貌特征為“八山一水一分田”?？h域地處中緯度屬于中溫帶濕潤氣候，氣候特點(diǎn)呈溫度適中、雨量充沛、雨熱同期、日照充足、四季分明，平均溫度6℃-8℃，年降水量800-1000mm，其中7-8月份降水量占全年的61%，水資源補(bǔ)給以降水為主。參考1956-2010年系列資料，地表水資源量(122 790萬m3)折合徑流深367.2mm，年均降水量(284 800萬m3)折合降水深851.7mm，其中95%、75%、50%、20%頻率年均徑流量53 168、85309、110 629和162 728萬m3；山丘區(qū)地下水資源23 899萬m3，其中河川基流量、潛在蒸發(fā)量為23 710萬m3和189萬m3，所占比例為99.2%、0.8%。借鑒1956-2010年系列資料，全縣95%、75%、50%、20%頻率水資源量53 250、85 441、110 802和162 980萬m3。理論上本溪滿族自治縣應(yīng)該為多數(shù)區(qū)，但受自然條件和地形地貌等條件限制，其水資源存在開發(fā)難度大、開采成本高、可利用量少、用水效率低等特征，加之季節(jié)性降水分配不均以及水環(huán)境污染，長期以來始終處于缺水狀態(tài)。

1.2 梯階層次結(jié)構(gòu)

從生態(tài)環(huán)境、水資源、經(jīng)濟(jì)社會3個方面選擇17項典型指標(biāo)，按從屬關(guān)系構(gòu)造水資源復(fù)合系統(tǒng)梯階層次結(jié)構(gòu)，初始數(shù)據(jù)如表1。其中，生態(tài)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)社會指標(biāo)、水資源指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于2019年本溪統(tǒng)計年鑒以及遼寧省水資源公報等資料。

表1 梯階層次評價體系和初始值

1.3 一致性檢驗

不再贅述傳統(tǒng)AHP法的運(yùn)算流程，一致性檢驗結(jié)果顯示初始判斷矩陣R1和R2的一致性比率CR為0.195、0.178，均不符合<0.10的要求，所以要適當(dāng)調(diào)整矩陣。對此，將判斷矩陣?yán)眠壿嬇袛嗯c替代、查找初始判斷之間的最矛盾元素法加以優(yōu)化，從而達(dá)到矩陣檢驗要求，詳細(xì)步驟見文獻(xiàn)[11]。

1.4 權(quán)重賦值

運(yùn)用改進(jìn)AHP法確定因素層R的各項指標(biāo)權(quán)重W=(0.006，0.120，0.037，0.003，0.015，0.120，0.116，0.124，0.018，0.004，0.003，0.124，0.120，0.033，0.020，0.124，0.013)T，優(yōu)化后的一致性比率CR值(0.048)符合<0.10的要求，權(quán)值排序如表2。

采用線性內(nèi)插法對照能力刻度表(表3)，確定本溪滿族自治縣水資源可持續(xù)利用各項指標(biāo)的刻度值R，即R=(0.265，0.701，0.282，0.235，0.600，0.724，0.216，0.027，0.281，0.433，0.600，0.021，0.128，0.300，0.801，0.155，0.500)。

1.5 評價指數(shù)計算

根據(jù)水資源可持續(xù)利用各評價指標(biāo)刻度值Ri和權(quán)重值Wi，利用以下模型確定綜合評價指數(shù)E，即[12]：

(1)

水資源可持續(xù)利用程度隨著數(shù)值E的增大而增強(qiáng)，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況將其劃分為基本未開發(fā)(1級)、可持續(xù)(2級)、基本可持續(xù)(3級)、維持可持續(xù)利用困難(4級)、不可持續(xù)(5級)五個等級，不同評價等級下的綜合指數(shù)取0.8-1.0、0.6-0.8、0.4-0.6、0.2-0.4、0-0.2。采用以上模型，結(jié)合各指標(biāo)刻度值Ri和權(quán)重值Wi計算水資源可持續(xù)利用評價指數(shù)E為0.315，按照劃分的評判標(biāo)準(zhǔn)隸屬于4級，即維持可持續(xù)利用困難等級。

表2 評價指標(biāo)權(quán)重及排序

表3 評價指標(biāo)刻度值

2 結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)層權(quán)重

由表2系統(tǒng)層權(quán)重可知，所占權(quán)重最大的子系統(tǒng)為水資源的0.408，其次為生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會子系統(tǒng)的0.296，可見本溪滿族自治縣水資源可持續(xù)利用主要受控于水資源條件，并且對區(qū)域內(nèi)生態(tài)平衡、國民生計和經(jīng)濟(jì)活動規(guī)模產(chǎn)生一定影響，歸其原因主要與水資源匱乏、干旱少雨、用水效率低等因素有關(guān)。所以，決策者應(yīng)重點(diǎn)考慮如何實(shí)現(xiàn)水資源供需平衡的問題，從而保證本溪滿族自治縣生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.2 指標(biāo)層權(quán)重

評價指標(biāo)權(quán)重在水資源可持續(xù)利用層次總排序中越大，則該指標(biāo)的相對重要性按照改進(jìn)層次分析理論就越高[13]。從表2因素層權(quán)重看出，共有7項評價指標(biāo)對本溪滿族自治縣水資源可持續(xù)利用產(chǎn)生較大影響，具體如下：

1)城鎮(zhèn)化率R2、工業(yè)化率R6為經(jīng)濟(jì)社會子系統(tǒng)的敏感因子，表明區(qū)域水資源受快速發(fā)展的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化影響顯著。一方面，要高度重視水資源供需矛盾因常住人口激增、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)而進(jìn)一步加劇，2019年本溪滿族自治縣城鎮(zhèn)化率(35.2%)達(dá)到快速發(fā)展的中期，城鎮(zhèn)生活用水需求和城市用水量急劇增大，年新增用水量達(dá)到78.1萬m3，若按現(xiàn)行供水模式發(fā)展將難以維持100-130L/(人·d)的城鎮(zhèn)生活用水定額，用水缺口增加、人口嚴(yán)重超載勢必會對社會和諧穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響；另一方面，正處數(shù)量擴(kuò)張階段的本溪滿族自治縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展缺乏核心內(nèi)生變量的要素投入，2015-2018年全縣中小企業(yè)數(shù)量增長46%，年均工業(yè)產(chǎn)值增長12%，受工藝設(shè)備落后、用水觀念陳舊、資金投入不足等因素限制，其耗水量高且工業(yè)缺水量巨大，工業(yè)重復(fù)用水率極低。為保持本溪滿族自治縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)在水資源約束條件下能夠平穩(wěn)增長，還要強(qiáng)調(diào)技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)要素投入等推動作用。

2)人均水資源量R12、水資源總量R8和水資源開發(fā)利用率R7為水資源系統(tǒng)的敏感因子，結(jié)合權(quán)重排序最高的人均水資源量、水資源總量，本溪滿族自治縣人均水資源量處于較低水平且水資源總量嚴(yán)重短缺、水資源稟賦較差。評價層中水資源開發(fā)利用率的重要性也較高，其原因為本溪滿族自治縣境內(nèi)渤海水系、黃海水系的開發(fā)利用率較低約20%，其余地表水可利用率極低且開采難度大；局部地下水資源處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，開發(fā)利用率超過95%，近年來地下水位呈波動下降的變化特征。由此表明，本溪滿族自治縣水資源開發(fā)利用潛力有限不能突破臨界閾值，提高利用效率和保持適度水平為解決水資源問題的核心。

3)水土流失面積R16、生態(tài)用水比例R13為生態(tài)子系統(tǒng)的敏感因子，這主要與本溪地區(qū)特殊的地貌形態(tài)和地理位置有關(guān)。本溪滿族自治縣地處遼東半島腹地，境內(nèi)山地面積占82.7%，海拔高度600m，生態(tài)環(huán)境的易變性、邊緣性和過渡型極強(qiáng)，生態(tài)本底脆弱極易引起水土流失問題。調(diào)查顯示，全縣土壤侵蝕區(qū)達(dá)到37.5%，水土流失造成旱澇災(zāi)害頻發(fā)、土地肥力減退、溝壑縱橫等一系列問題，加劇對水資源、林草植被的破壞。此外，本溪滿族自治縣生態(tài)用水量少而生態(tài)需水量較大，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)效果有效且抵御外界干擾能力較弱，對維持水資源可持續(xù)利用和再生性產(chǎn)生不利作用。

2.3 對策建議

1)優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系。在保障糧食安全的戰(zhàn)略目標(biāo)下調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)減低效益、不適銷、高耗水品種，著力發(fā)展中藥材、本地夏菜、油料等經(jīng)濟(jì)作物，實(shí)現(xiàn)高效益農(nóng)作物種植與農(nóng)業(yè)內(nèi)部水權(quán)的流轉(zhuǎn)；此外，通過壓縮單位工業(yè)產(chǎn)品取水量、加強(qiáng)企業(yè)節(jié)水技術(shù)改造等措施，充分挖掘重復(fù)用水潛力，支持金融保險、文化旅游、現(xiàn)代物流等服務(wù)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)更高效益的水資源生產(chǎn)型轉(zhuǎn)變。

2)優(yōu)化配置區(qū)域水資源?？紤]到水資源不可替代性、生態(tài)型和公益性特征，區(qū)域水資源合理配置應(yīng)滿足維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、社會穩(wěn)定、人民生活的基本需求，并且協(xié)調(diào)各類用水戶在不同水競爭領(lǐng)域的目標(biāo)與利益。所以，應(yīng)不斷優(yōu)化水資源配置方案確保農(nóng)業(yè)有效灌溉用水，滿足城鄉(xiāng)居民生活用水以及工業(yè)用水的合理配置，堅持以較高的優(yōu)先級賦予生態(tài)環(huán)境用水，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會效益與水量分配的平衡，最大程度的挖掘水資源效益。

3)保護(hù)生態(tài)環(huán)境與水資源。以可持續(xù)發(fā)展為原則興建、修復(fù)一批小型水利，嚴(yán)格控制地下水超采以及有效攔蓄地表水，為形成雨水、地下水、地表水共治的格局繼續(xù)實(shí)施“121”雨水集流工程。加大土壤侵蝕治理力度和天然林管護(hù)力度，提高水源涵養(yǎng)能力以及退耕還林規(guī)模，通過實(shí)施坡耕地整治、淤地壩建設(shè)、小流域治理等措施促進(jìn)本溪滿族自治縣生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，減輕風(fēng)沙、旱澇災(zāi)害破壞。

4)推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)。實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水工程提高灌溉水利用效率，通過完善田間配套節(jié)水設(shè)施、加強(qiáng)灌排骨干工程改造力度和普及滴管噴灌節(jié)水技術(shù)，切實(shí)提升農(nóng)業(yè)用水率；采取淘汰高耗水工藝設(shè)備和合理限制高耗水項目等措施，建立節(jié)水考核制度、節(jié)水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、用水總量控制指標(biāo)體系，促進(jìn)企業(yè)節(jié)水意識的主動形成；加快供水管網(wǎng)三級城鎮(zhèn)體系改造，全面普及節(jié)水型用水器具和居民用水階梯水價制度，通過合理控制水價切實(shí)提高全民節(jié)水意識。

3 結(jié) 論

采用改進(jìn)層次分析法，結(jié)合本溪滿族自治縣水資源系統(tǒng)特點(diǎn)科學(xué)評價其水資源可持續(xù)利用程度，結(jié)果顯示本溪滿族自治縣總體處于“維持困難”的水資源可持續(xù)利用狀態(tài)，結(jié)合評價結(jié)果詳細(xì)分析了7項敏感因子?？紤]生態(tài)環(huán)境-水資源-經(jīng)濟(jì)社會復(fù)合系統(tǒng)特征，提出優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系、優(yōu)化配置區(qū)域水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境與水資源、推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)等措施，為促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、調(diào)整生產(chǎn)力布局和實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。