阜新市水資源承載力評價分析

王寶琛

(阜新市水利事務服務中心，遼寧 阜新 123000)

1 研究區概況

阜新市位于E121°01′-122°56′，N41°41′-42°56′之間，北與內蒙古臨界，南鄰錦州市，西鄰朝陽市，東鄰沈陽市，總面積1.0355萬km2。阜新市總體的地貌格局為西部低山丘陵區和東部柳繞平原區，大體呈“六山一水三分田”。境內河流按地理位置可將全市河流劃分成以大凌河流域為主的西部諸河和以遼河水系為主的東部諸河，有養息牧河、柳河、細河、饒陽河等，阜新市水系圖，見圖1。

圖1 阜新市水系圖

隨季節變化水汽的輸送量存在明顯差異，一般夏季高于其它季節，降水量呈現出季節變化特征。阜新市地處中緯度地區，屬半干旱季風氣候區，因自然地理條件不同，氣候差異顯著，受地形及地理位置等因素影響降雨量時空分布不均，東南部大于西北部，平原區大于丘陵區，多年平均降雨量480mm，其中6-9月雨量占全年降水量的60-80%。

歷年來，阜新市人均水資源量都≤500m3，總體上呈資源性嚴重缺水特征。近年來，水污染防治行動規劃的實施對水資源保護提出了更高的要求，2020年作為規劃實施的收官之年，有必要對區域水環境治理效果進行科學地評價。因此，文章綜合應用模糊物元法和DPSIR模型定量計算了阜新市水資源承載力，旨在為區域水資源優化配置以及水環境治理提供一定支持。

2 研究方法

2.1 構建評價指標體系

現有研究的水資源管理模塊大多缺乏因果鏈之間的協調管理及整體聯動性，僅僅考慮各指標間因果鏈的構建[1-2]。因此，文章考慮應用“管理”模塊構建水資源承載力DPSIR模型框架，其影響指標可以劃分成六項，DPSIR模型框架，見圖2。

圖2 DPSIR模型框架

1)驅動力D：即促使水資源變化的內在因素，該子系統的二級指標有GDP年增長率、灌溉面積占耕地比例、城鎮化率、人均GDP和人口密度。

2)壓力P：這反映了人類活動直接影響水資源承載力的程度，考慮數據的可獲取性和阜新市優于Ⅲ類水的水質斷面情況，確定該系統的二級指標有氨氮排放量、化學需氧量排放量、單位工業產值廢水排放量、單位耕地面積化肥施用量、人均耕地面積、萬元工業增加值用水量和萬元GDP用水量等指標。

3)狀態S：即在壓力下水資源所處的狀態，結合城鎮污水處理能力和水污染防治行動規劃要求，選擇該子系統的二級指標有水質達標率、水資源量、年降水量、回用水引水量和供水量[3]。

4)影響I：即森林資源及水資源受水資源系統所處狀態的影響，為反映水資源對生態系統和人類生活的影響引入森林覆蓋率、人均水資源量作為影響子系統的二級指標。

5)響應R：即依據幾個子系統在經濟活動及社會生產過程中制定的相關政策和采取的對策，充分考慮防治規劃中提到的加強管網建設、工業節水措施和水污染處理的具體要求，遵循數據可獲取性、科學性和系統性等原則，選擇響應子系統的二級指標有節水灌溉面積、工業用水重復率、廢水治理設施處理能力、建成區排水管道密度和污水處理率等指標。

6)管理M：采取有效政策增強阜新市的宏觀調控能力，水資源管理和調控與整個系統中的每項指標都密切相關，管理子系統的二級指標有建成區綠化覆蓋率和環保支出比例。

2.2 模糊物元模型

2.2.1 綜合模糊物元

(1)

式中：Mn、Cm為第n個年份和第m個指標；μ(Xij)代表第j年第i項指標所對應的模糊量值標準。

2.2.2 從優隸屬度物元

從優隸屬度是指決策方案中的指標隸屬于標準方案模糊量值μ(Xij)的程度[4-5]，考慮具體的屬性特征可以將篩選出的各項指標劃分成越大越優和越小越有型兩類，其從優隸屬度值計算公式為：

越大越有型：

μ(Xij)=xij/maxxi

(2)

越小越有型：

μ(Xij)=minxi/xij

(3)

(4)

2.2.3 差平方模糊物元

設復合模糊物元與標準模糊物元R0n中各項差的平方為△ij，其中i=1，2，……，n；j=1，2，……，m，由此可構造差平方模糊物元R△，即：

(5)

2.2.4 熵值法計算權重

1)步驟1：采用公式(2)或(3)對m項指標n個連續評價年份構成的判斷矩陣Rmn進行標準化處理，從而構造歸一化矩陣Bmn，處理公式為：

越大越有型：

bij=(xij-minxi)/(maxxi-minxi)

(6)

越小越有型：

bij=(maxxi-xij)/(maxxi-minxi)

(7)

式中：minxi為不同年份中各項指標的最小值；maxxi為不同年份中各項指標的最大值。

2)步驟2：應用公式(8)計算指標熵Hi，其中：

(8)

(9)

3)步驟3：各指標熵權ωi的計算公式如下：

(10)

2.2.5 水資源承載力指數

采用歐式距離公式計算的帖進度表示水資源承載力指數，歐式距離公式如下：

(11)

式中：di為標準方案與評價方案之間的距離；ωi為參評指標i的權重。依據帖進度計算結果構造水資源承載力評價模糊物元矩陣Rd，即：

(12)

3 結果與分析

3.1 DPSIRM框架體系

采用DPSIR框架模型構建包含驅動力、壓力、狀態、影響、響應、管理6個子系統的水資源承載力評價指標體系，阜新市水資源承載力評價體系與指標分級標準，見表1。

表1 阜新市水資源承載力評價體系與指標分級標準

3.2 評價等級劃分

文章借鑒相關文獻中對指標分級的標準、地方與國家對指標等級的規定、按升序排列2011-2020年各指標值并取5-95%的分級范圍所劃分成5個等級[6-8]，以上方法均無效時選用專家問卷調查法，從強到弱將評價指標劃分成Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ五個等級，所對應的評語為強、較強、一般、較弱、弱。各分項指標及子系統權重，見表1。

3.3 分項指標權重

采用公式(1)-(10)和2011-2020年各指標數據計算確定各分項指標權重，各分項指標及子系統權重，見圖3。從圖3可以看出，對水資源承載力貢獻從高到低依次為壓力、驅動力、狀態、響應、管理和影響子系統，阜新市水資源承載力受壓力子系統的影響較大。

(a)分項指標權重

3.4 整體水資源承載力指數

2011-2020年阜新市水資源承載力指數，2011-2020年水資源承載力指數，見圖4，結果表明阜新市水資源承載力指數總體呈波動上升趨勢，并達到“一般”水平(Ⅲ級)。其中，2019-2020年接近“較強”水平(Ⅱ級)，上升幅度比較明顯，這表明2018年實施的水污染防治行動明顯改善了阜新市水環境狀況，顯著提升了區域水資源承載力。

圖4 2011-2020年水資源承載力指數

3.5 各子系統承載力指數

2011-2020年各子系統承載力指數變化趨勢，各子系統承載力指數，見圖5。結果表明，2018-2020年壓力子系統承載力從“一般”水平提高至“較強”水平，即由Ⅲ級增大至Ⅱ級，阜新市水資源承載力整體較強；響應、影響、狀態子系統處于較弱和弱水平，這三個系統的承載力指數較低，應引起重點關注。

(a)驅動力

1)驅動力子系統D：整體呈波動下降趨勢。2011年以來阜新市越來越關注水環境問題，逐漸改善了引起水環境惡化的因素。結合指標權重可知，GDP年增長率和人口密度的權重較高，其次為城鎮化率和人均GDP，驅動力子系統受產業發展狀況和人口的影響較大。為實現區域經濟、資源與環境的協調發展，阜新市應加快產業升級和產業結構調整[9-11]。

2)壓力子系統P：整體呈波動上升趨勢，從2018年承載力指數處于較強等級。水資源承載力與人類活動息息相關，生產壓力和水環境壓力指標占壓力子系統的權重較大，在加快工業發展進程的同時還要注重節約用水和水環境的保護。

3)狀態子系統S：整體呈波動上升趨勢，2011-2018年整體偏上，2018-2020年呈波動上升趨勢。結合指標權重可知，阜新市用水量受壓力指標的影響較大，表明阜新市引水工程對提高區域水資源承載力發揮著重要作用。

4)影響子系統I：總體達到“較弱”水平，并且水資源量與系統所處狀態密切相關。阜新市水資源和人口分布不均勻致使人均水資源量少，應引起相關部門的重視。

5)響應子系統R：整體呈波動上升趨勢，總體達到“一般”水平。其中，對節水的關注較少而對污水處理的響應較大，在制定水資源政策及對策時應給予高度重視。

6)管理子系統M：整體呈波動上升趨勢，總體達到“較高”水平。2015年阜新市提出要加大環境保護投資力度和積極創新環境經濟政策，其中資金投入分項指標所占權重相對較低，但綠化覆蓋率指標對管理子系統的影響較小，所以該子系統于2015-2020年承載力指數不斷提高。

4 結 論

文章利用DPSIRM概念框架構建了評價體系，并對經濟發展不均衡區域——阜新市的水資源承載力利用DPSIRM模型和模糊物元綜合評價法進行評價。結果顯示，阜新市水資源承載力呈現出逐年上升趨勢，整體達到“中等”水平。近年來，阜新市水環境治理已達到規劃目標，水環境得到明顯改善，但仍需進一步提高水資源綜合管理水平。