石羊河流域地下水管理綜合評價

康德奎 谷豐佑 周偉達

摘 要：為客觀評價石羊河流域地下水管理水平，分析石羊河流域地下水管理工作取得的成效和存在的不足，以2011—2016年的地下水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合考慮石羊河流域基本情況，從管理措施、措施執(zhí)行和管理成果3個方面，優(yōu)選出全面反映地下水管理水平的10個指標(biāo)，將地下水管理水平分為Ⅰ～Ⅴ級，以組合賦權(quán)法確定權(quán)重，并采用傳統(tǒng)評分體系和多級模糊評價模型相結(jié)合的雙重評價方法，對石羊河流域地下水管理水平進行定量評價。結(jié)果表明：2011—2016年石羊河流域地下水管理得分為74.72分，管理水平為Ⅲ級;石羊河流域法律法規(guī)與規(guī)章制度健全且實施到位，地下水有效監(jiān)測率高但監(jiān)測井密度過低;流域地下水漏斗區(qū)面積雖略有減小，但地下水供水占比持續(xù)增大，地下水位下降，水質(zhì)屬一般水平。

關(guān)鍵詞：地下水管理;綜合評價;組合賦權(quán);石羊河流域

中圖分類號：P641.8;TV882.8 文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.012

引用格式：康德奎，谷豐佑，周偉達.石羊河流域地下水管理綜合評價[J].人民黃河，2021，43（8）：65-69.

Abstract： In order to objectively evaluate the groundwater management level of Shiyang River basin， this paper analyzed the effectiveness and deficiencies of groundwater management in Shiyang River basin， based on groundwater data from 2011 to 2016. Comprehensively considering the basic situation of Shiyang River basin， it preferably selected 10 indicators that comprehensively reflected the groundwater management level from 3 aspects of management measures and measured implementation and management results. The groundwater management level was classified into Ⅰ to Ⅴ， and the weights were determined by the combined weighting method， and a dual evaluation method combining traditional scoring system and multi-level fuzzy evaluation model was used to quantitatively evaluate the groundwater management level in Shiyang River basin. The results show that the groundwater management score of Shiyang River basin from 2011 to 2016 is 74.72， and the management level is Ⅲ; the laws， regulations and rules of Shiyang River basin are sound and implemented; the effective monitoring rate of groundwater is high but the density of monitoring wells is too low; the leakage area of the basin plain area is slightly reduced， but the proportion of groundwater supply continues to increase， and the groundwater level is decreased. The water quality is at an average level.

Key words： groundwater management; comprehensive evaluation; portfolio empowerment; Shiyang River Basin

我國西北地區(qū)人口眾多，耕地面積較大，但可利用水資源量匱乏，嚴(yán)重制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。石羊河流域?qū)俚湫偷馁Y源性缺水地區(qū)，河流水系不發(fā)達，地表水資源緊缺，只能通過開采地下水緩解日趨緊張的區(qū)域水資源供需矛盾，保障經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。但由于缺乏科學(xué)的水資源開發(fā)利用規(guī)劃和調(diào)度管理，經(jīng)濟發(fā)展方式與水資源承載能力不匹配，因此導(dǎo)致地下水超采嚴(yán)重。針對水資源利用和生態(tài)環(huán)境存在的問題，石羊河流域管理局積極開展地下水管理工作，緩解了地下水超采狀況。已有學(xué)者對石羊河流域地下水開采和管控制度[1-3]進行過研究，但缺乏針對管理水平進行系統(tǒng)評價的研究。國內(nèi)地下水資源管理研究已有很多成果，王偉[4]使用專家賦權(quán)法對江蘇省蘇錫地區(qū)和河北省進行了地下水管理評價，張士杰等[5]對華北平原邯鄲地區(qū)地下水位動態(tài)及成因進行了分析，錢涵[6]運用層次分析法分別對河北省、江蘇省超采區(qū)和深圳市的地下水管理進行評價，薛偉鋒等[7]運用模糊綜合評價法對大連市地下水質(zhì)進行了評價，高世毅[8]構(gòu)建模糊層次分析模型對四平市地下水資源管理現(xiàn)狀進行了評價。上述研究只使用單一賦權(quán)方法和評價手段，沒有考慮單一賦權(quán)和單一評價方法的局限性。筆者以石羊河流域為研究區(qū)，利用層次分析法與熵權(quán)法得到指標(biāo)主觀與客觀權(quán)重，采用組合賦權(quán)法得出綜合權(quán)重，引入模糊數(shù)學(xué)理論進行評價，并與傳統(tǒng)的評分方法相結(jié)合，以期找出管理中的薄弱點，為流域地下水的科學(xué)化管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

石羊河是甘肅省河西走廊三大水系之一，流域位于河西走廊東部、烏鞘以西、祁連山北麓，東南與白銀、蘭州兩市相連，西北與張掖市毗鄰，西南緊靠青海省，東北與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤。流域總面積4.16萬km2，降水少、蒸發(fā)強、空氣干燥，地表水資源極度短缺，地下水超采嚴(yán)重，區(qū)域性地下水位持續(xù)下降，土地出現(xiàn)沙化、鹽堿化。流域現(xiàn)有地下水取水井超3萬眼，地下水超采區(qū)（見圖1）面積6 890.7 km2，占流域總面積的16.56%，地下水污染嚴(yán)重，地下水礦化度逐年增大，不同地域水質(zhì)在Ⅱ類至劣Ⅴ類之間。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于石羊河流域47個地下水位監(jiān)測井和11個地下水質(zhì)監(jiān)測井（見圖1）2011—2016年監(jiān)測數(shù)據(jù)、《石羊河流域水資源公報》《甘肅省統(tǒng)計年鑒》。

2.2 賦權(quán)方法

根據(jù)賦權(quán)依據(jù)的不同，賦權(quán)方法可分為主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法主要由行業(yè)內(nèi)的專家根據(jù)多年的研究經(jīng)驗對各個指標(biāo)進行重要性比對得出權(quán)重，有專家賦權(quán)法、層次分析法、德爾菲法等[9-10]?？陀^賦權(quán)法以數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)，對各個指標(biāo)的客觀信息進行差異性分析，根據(jù)影響度確定權(quán)重，主要有熵權(quán)法、因子分析法、主成分分析法等[11]。主觀賦權(quán)法依賴專家意見，主觀隨意性較強;客觀賦權(quán)法雖不依賴主觀判斷，但容易偏離現(xiàn)實情況。單一賦權(quán)法有各自的局限性，影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。組合賦權(quán)法可以結(jié)合兩種方法的優(yōu)點，提升評價的科學(xué)性[12]。本研究采用較為成熟的層次分析法和精度較高的熵權(quán)法對指標(biāo)進行賦權(quán)，并邀請地下水管理方面的專家和石羊河流域管理人員對各指標(biāo)打分。

2.2.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

地下水管理水平主要通過所采取的各項措施和所取得的成果來反映。遵循全面性和代表性兼顧的原則，參考前人經(jīng)驗[13]，并咨詢流域地下水管理人員和從事相關(guān)研究的專家學(xué)者，結(jié)合所收集到的數(shù)據(jù)，針對石羊河流域地下水超采嚴(yán)重等特點，從管理措施、措施執(zhí)行和管理成果3個方面，優(yōu)選出能夠反映流域地下水管理水平的10個指標(biāo)，建立石羊河流域地下水管理水平評價指標(biāo)體系（見表1）。

2.2.2 層次分析法

采用層次分析法，對相同層次的指標(biāo)進行比較，構(gòu)造判斷矩陣，計算后得出權(quán)重。具體流程見圖2。

2.2.3 熵權(quán)法

熵權(quán)法[14-15]主要根據(jù)指標(biāo)對整體的影響性大小來進行賦值，結(jié)果客觀準(zhǔn)確，是一種應(yīng)用較廣的客觀賦權(quán)方法，步驟如下。

（1）對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

（2）計算第i個指標(biāo)值在所有指標(biāo)值中所占的比例：

（3）計算指標(biāo)熵值：

（4）計算指標(biāo)權(quán)重：

2.2.4 組合權(quán)重

結(jié)合主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，計算地下水管理水平各指標(biāo)的組合權(quán)重：

2.3 評價方法

傳統(tǒng)評價過程較為簡單，但無法保證評價結(jié)果的科學(xué)性。模糊綜合評價是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理由指標(biāo)間的相互作用在總體上體現(xiàn)出的模糊性來進行評價的方法，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，與傳統(tǒng)評價方法相結(jié)合可使評價結(jié)果更具科學(xué)性。

2.3.1 傳統(tǒng)評分方法

參考前人的研究[5-7]，結(jié)合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[16]和《中國水資源公報》《甘肅省水資源公報》，綜合考慮甘肅省地下水利用現(xiàn)狀及石羊河流域發(fā)展規(guī)劃，確定的地下水管理各指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)與計算方法（見表2）。評分計算公式為

2.3.2 模糊綜合評價模型

地下水管理水平模糊綜合評價模型構(gòu)建步驟如下。

（1）建立屬性因素集U和評語集V。U={管理措施，措施執(zhí)行，管理成果}={u1，u2，u3}，V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}={v1，v2，v3，v4，v5}，見表3。

（2）隸屬度計算。根據(jù)專家對各指標(biāo)的打分，歸一化后構(gòu)建評價矩陣：

3 結(jié)果和分析

3.1 最終權(quán)重

根據(jù)式（1）～式（5）計算得到評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見表4。

3.2 指標(biāo)評分

按照評分標(biāo)準(zhǔn)對石羊河流域地下水管理各指標(biāo)進行打分（見表5），由表4和式（6）計算出石羊河流域地下水管理水平最終得分為74.72分，依據(jù)表3可得管理水平為Ⅲ級。

由表5可知：石羊河流域地下水管理有效數(shù)據(jù)監(jiān)測率、法律法規(guī)與規(guī)章制度、地下水取水許可率、地下水取水計量設(shè)施安裝率均為100分，說明流域地下水的使用較為合理和資料獲取精度高;地下水質(zhì)和地下水漏斗區(qū)面積變化得分分別為74.54分和62.5分，說明需要繼續(xù)進行流域地下水環(huán)境治理、控制地下水開采;地下水監(jiān)測井密度、萬元GDP用水量、地下水位變化、地下水供水占比變化均低于60分，說明流域監(jiān)測井密度過低、地下水資源利用效率不高、地下水開采量過大。

3.3 地下水管理水平模糊綜合評價

根據(jù)所得組合賦權(quán)，可得研究區(qū)地下水管理水平的綜合評價結(jié)果，見表6。

由表6可以得到單因素評價矩陣：

由式（9）可得二級模糊綜合評價向量為M=（0.178，0.228，0.288，0.151，0.102），根據(jù)最大隸屬度原則，石羊河流域地下水管理水平為Ⅲ級，與指標(biāo)評分結(jié)果一致。

4 結(jié) 語

（1）根據(jù)研究區(qū)實際情況，從管理措施、措施執(zhí)行和管理成果3個方面，選取具有代表性的10個指標(biāo)。采用組合賦權(quán)法賦權(quán)，進行二次模糊評價與指標(biāo)得分雙重評價，對石羊河流域地下水管理水平進行了量化評價，明確了地下水管理工作的成效和不足。

（2）石羊河流域2011—2016年地下水管理水平得分為74.72分，管理水平為Ⅲ級。從各指標(biāo)得分可以看出：流域目前監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取狀況較好，法律法規(guī)與規(guī)章制度較為完善且嚴(yán)格執(zhí)行;雖然超采情況有所改善，但是地下水監(jiān)測井密度不夠、萬元GDP用水量和地下水供水占比過高、地下水位和水質(zhì)情況仍不容樂觀。

（3）為提高石羊河流域地下水管理水平，建議加強監(jiān)測體系和節(jié)水設(shè)施建設(shè)，加快用水結(jié)構(gòu)調(diào)整和替代水源工程建設(shè)。

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