基于經濟新常態的長春市水資源開發利用潛力評價

倪志楠，李瓊芳，王凱燕，嚴方家，沈紅霞，周正模

(1.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098；2.河海大學國際河流研究所，江蘇 南京 210098；3.上海藍泰信息咨詢有限公司，上海 200434)

我國是水資源嚴重缺乏的國家，特別是北方地區的人均水資源量遠遠低于全國平均水平。長春市地處吉林省中部，東北平原腹地，屬于極度缺水地區。近年來，隨著經濟的快速發展，長春市各轄區水資源得到不同程度的開發。如今，經濟增長的新常態是長春市在未來一段時間內所要面臨的新的經濟增長態勢。在經濟增長新常態下，經濟產業結構不斷優化升級，新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化的協同推進必然引起長春市各地區用水總量和用水結構的明顯變化。為確保區域經濟中高速增長以及水資源的可持續利用，有必要對其水資源開發利用潛力進行綜合評價，使水資源在可利用范圍內得到合理配置。

目前，已有學者開展了關于區域水資源可持續利用評價的相關研究，取得了一些進展。常用的評價方法主要分為包含綜合指數法[1]和層次分析法[2]的主觀賦權法；包含灰色聚類評價法[3]、因子分析法[4]、主成分分析[5]、集對分析[6]的客觀賦權法；基于RBF網絡模型[7]、自組織神經網絡[8]、遺傳投影尋蹤模型[9]的無賦權法以及主客觀相結合賦權法。但主觀賦權法易導致結論主觀性較強，不具有說服力；客觀賦權法過于依賴于數據，普適性較差；無賦權法依靠指標間的數值關系進行評價，其結果可能與實際不符，但目前還沒有公認的方法和規范。

本文以長春市為研究對象，基于層次分析法[2]和模糊數學理論[10]構建3層模糊綜合評價模型，并應用于長春市2015年的水資源開發利用程度評價。該方法利用模糊集合的動態模糊可變性在一定程度上解決了由水資源評價的復雜性和不確定性引發的問題。研究結果全面反映了長春市水資源系統與社會、經濟、生態系統的協調關系，為實現處于經濟轉型期的長春市水資源合理配置和長效利用提供決策支持。

1 研究方法

選取長春市為研究對象，依據可持續發展、可量性、科學性、動態性等原則[11]，結合當地實際情況，圍繞“水資源開發利用程度評價”的目標層，確定包括“水資源、社會、經濟、生態環境”4個子系統的準則層，以此為基礎確定由13個評價指標組成的指標層，構成長春市水資源開發利用程度綜合評價指標體系，參考國內外水資源評價標準[12-13]，確定各評價指標的分級標準；基于模糊數學理論及層次分析法構建包括目標層、準則層、指標層的3層模糊綜合評價模型，以2015年為現狀水平年，基于《吉林省統計年鑒》《長春市水資源公報》的數據資料，綜合評價了長春市各轄區(九臺市、榆樹市、農安縣、德惠市、雙陽區、市區)的水資源開發利用程度，對比分析了長春市及各轄區的水資源可持續利用潛力，進而因地制宜地提出水資源進一步開發利用的建議。

2 長春市水資源開發利用潛力綜合評價模型構建

2.1 研究區概況

長春市地處吉林省中部，東北平原腹地，松嫩平原與東部長白山區的過渡地帶，是東北地區第二大中心城市。根據《長春市水資源公報》，長春市平均年降雨量565.0 mm，多年平均水資源總量約 29.62億m3，人均占有水資源量355 m3，為吉林省人均占有水資源量的1/4，更遠遠低于全國平均水平，屬于極度缺水和生態缺水地區。隨著長春市經濟結構的發展轉型，水資源供需矛盾進一步加深。為保障社會經濟的又好又快發展，深入挖掘水資源開發利用潛力勢在必行。因此，亟須定量評價長春市各轄區水資源開發利用潛力，明確未來水資源可持續利用的潛力所在，為水資源的合理開發和高效利用提供參考。

2.2 長春市水資源開發利用潛力指標體系構建與指標值及權重的確定

2.2.1 長春市水資源開發利用潛力指標體系構建

長春市水資源開發利用潛力指標體系的構建，需要以新常態經濟為背景，圍繞“水資源開發利用潛力評價”的目標層確定準則層，再以此為基礎確定構成指標層的指標體系。

新常態經濟的突出表現是產業結構的全方位優化升級。產業升級與水資源開發利用有著極為密切的聯系。一方面，區域產業結構的變動依賴于水資源的支持，區域產業結構的升級也會反作用于水資源的開發結構；另一方面，只有在保證水生態環境良好的前提下才能保持經濟的中高速增長。因此，在圍繞“水資源開發利用潛力評價”的目標層確定準則層時應包括水資源、社會、經濟、生態環境等4個子系統。

針對長春市的水資源特點、社會經濟發展水平和生態環境現狀，結合執行長春市最嚴格水資源管理制度的實際需要，確定對應準則層中各子系統的評價指標，構成指標層。鑒于人口密度、城鎮化率、人均水資源量、產水模數是反映區域內水資源用量的重要指標，農田灌溉水有效利用系數、水資源開發率是反映水資源利用效率的重要指標，森林覆蓋率和水功能區水資源達標率、污徑比是反映生態環境質量的重要指標，均應納入指標體系。考慮到地處北方半干旱地區的長春市地下水開采嚴重的事實，應選取地下水供水比例作為評價指標之一來反映供水結構的合理性。此外，長春市各轄區多以農業為主，正逐漸實現農業現代化轉型，有必要選取單方水GDP來反映水資源的綜合利用效益和長春市產業結構的合理性。綜上，選取如表1所示的13個評價指標構成指標層。

表1 水資源開發利用潛力評價指標體系的評價標準

2.2.2 評價指標分級標準

指標分級標準一般反映了一定時期人們對評價對象某一方面發展水平的要求，這種要求是一類或者某一個被評對象某一方面發展的客觀可能性與人們對它主觀期望的綜合。參考國際[13-14]和國家一些指標的發展規劃值[15]，結合其他地區該指標的實際值[16]，依據長春市的區域特性及發展規劃確定各指標的評價等級標準(如表1所示)。依照水資源開發利用等級由低到高，即可利用潛力由大到小依次劃分為“低等”、“中等”、“高等”3個等級，其相應指標評分值分別為1分、3分、5分(表1)。通過分級隸屬函數法確定各指標所屬等級，最終由綜合評分值來反映水資源開發利用程度。

2.2.3 指標權重確定

根據層次分析法，充分考慮各指標的相互關系和相對重要程度，以確定各指標的權重。評價指標及權重如表2所示。

表2 長春市各層次指標權重

2.3 長春市水資源開發利用潛力模糊綜合評價模型的構建

基于經濟新常態發展的要求，以長春市水資源開發利用程度評價為目標，由水資源、社會、經濟、生態環境等4個子系統組成的準則層和由人口密度等13個評價指標組成指標層的3層評價指標體系，將該體系與模糊數學方法相耦合形成模糊綜合評價模型。具體步驟如下：

a. 建立以長春市水資源開發利用程度為評價對象的指標因素集U={U1，U2，…，U13}，即表2指標層中13個評價指標。

b. 建立評價對象所屬等級的備擇集V={V1，V2，V3}，對應表1中反映水資源開發利用潛力的“低等”、“中等”、“高等”3個等級。

c. 確定準則層各子系統相對于目標層的權重集W={W1，W2，…，Wn}和指標層各指標相對于目標層的權重集W={W1，W2，…，Wn}。

d. 單因素模糊評價，即建立一個從U到F(V)的模糊映射，以單因素評價集為行單因素指標評價矩陣：

e. 評價指標處理。運用相乘相加復合運算將權重和關系矩陣合成得到，其基本模型是

B=WR=dj(j=1,2,3,…,n)

其中

dj=∑(aj∧rij)

f. 通過對評價指標體系的分層劃分，可以將初始模型擴展為3層模糊綜合評價模型，即把指標層的輸出結果作為準則層評價的輸入，計算得到準則層的輸出作為目標層的輸入，直到計算出目標層評價結果為止。最終根據最大隸屬度法來確定評價等級。

3 結果評價與分析

根據上下層次指標間的隸屬關系，利用層次分析法建立準則層各指標相對對目標層的判別矩陣，見表3，水資源、社會、經濟、生態環境子系統各指標相對于準則層的判別矩陣見表4～7。

表3 準則層各指標相對于目標層的權重

表4 社會系統各指標相對于準則層的權重

表5 經濟系統各指標相對于準則層的權重

表6 水資源系統各指標相對于準則層的權重

表7 生態環境系統各指標相對于準則層的權重

選取2015年為現狀水平年，利用《吉林省統計年鑒》《長春市水資源公報》的數據資料確定各指標值；基于確定的水資源開發利用評價指標的權重和分級標準，應用構建的長春市3層模糊綜合評價模型評價長春市各轄區(九臺市、榆樹市、農安縣、德惠市、雙陽區、市區)的水資源開發利用程度，如圖1所示。

圖1 研究區綜合評價結果

從圖1可以看出，長春市各轄區水資源開發利用程度由高到低排序為：長春市區>農安縣>九臺區>雙陽區>榆樹市>德惠市。結果分析如下：

a. 長春市區水資源開發利用程度綜合評分值為3.912，為中等偏高，說明可用于開發的水資源潛力不大；農安縣、九臺區、雙陽區水資源開發利用程度綜合評分值分別為3.199、3.090、3.074，為中等水平，說明這些地區的水資源開發利用已形成一定規模，仍具備開發潛力；榆樹市、德惠市水資源開發利用程度綜合評分值分別為2.753、2.445，為中等偏低水平，說明這兩個地區尚有較大的水資源開發利用潛力。

b. 從產業結構布局分析水資源開發潛力。長春市的產業結構為“二三一”，而用水總量結構為“一二三”。顯然農業耗水量大，而產值較低，即用水效率低下，農業灌溉水有效利用系數還未達到《吉林省人民政府辦公廳關于印發吉林省實行最嚴格水資源管理制度考核辦法的通知》的要求，仍有較大的開發利用潛力；長春市工業用水所占比例相對較小，但用水量固定，可壓縮空間小，在主導產業不變的條件下開發利用潛力很小；長春市第三產業本身用水效率較高，目前第三產業層次不高，隨著第三產業比重的增加和高級化發展，其水資源開發潛力將會提高。

c. 農業是長春市的基礎產業，但耗水量大，水資源污染、浪費嚴重。在經濟新常態下，工業帶動農業，逐步實現農業集約化、現代化、產業化，在保證灌溉面積的前提下，通過提高農業灌溉水的有效利用系數，挖掘農業節水潛力，改變灌溉模式，提高工業水利用率及污水處理能力等方式來促進水資源與社會經濟、生態環境的協調發展。

d. 工業是長春市的主導產業，在保持現有工業發展趨勢的條件下，有限的水資源難以為社會經濟的可持續發展提供持續動力。因此應通過提高水資源利用效率來保證水資源的可持續利用，以創新驅動汽車產業發展，減小資源投入，同時大力推動光電子信息、生物醫藥、新能源、新材料等新興產業的發展，減少以自然資源消耗為代價的粗放型經濟增長，使得長春經濟結構更為完善。

e. 長春市第三產業以批發和零售業、食宿和餐飲業等傳統服務業為主，應增加計算機服務、軟件、金融等知識和科技密集型現代服務業的比重，規范洗車、溫泉等耗水量大的行業，依靠技術創新實現水資源高效利用。

綜上，在現有水資源開發利用格局下，長春市水資源開發利用程度總體處于中等偏上水平，但各轄區的開發利用程度各有不同，存在的問題也不盡相同，但都仍具有一定的開發潛力，需要各相關部門統籌規劃，以創新驅動發展，為加快長春市經濟結構轉型持續提供保障。

4 結 語

本文考慮了社會、經濟和生態環境對水資源開發利用的影響，構建適用于長春市的水資源開發利用評價指標體系，確定了指標等級標準和權重，建立基于模糊數學理論以及層次分析法包括目標層、準則層、指標層的3層模糊綜合評判模型，綜合評價了長春市水資源開發利用程度，分析了水資源的可持續開發利用與新常態下經濟轉型發展的關系。結果表明：

a. 長春市各縣市的評價結果與實際較為一致，所建評價指標體系和評價模型合理可行；

b. 長春市水資源開發利用程度處于中等偏上水平，各轄區開發利用程度不平衡，但各區仍具有一定的開發利用潛力；

c. 長春市應加快產業結構調整，優先發展耗水量低、產值高的產業，提高水資源的利用效率，在保護性開發水資源的同時促進經濟的可持續發展。

評價結果對長春市在經濟轉型時期水資源進一步可持續開發利用和管理具有一定的參考價值。

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