遼寧省水資源可持續(xù)利用研究

李慶昕

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110094)

水資源系統(tǒng)作為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類賴以生存的環(huán)境與自然資源因多種因素影響，如污染嚴(yán)重、供需矛盾緊張等，已面臨嚴(yán)峻威脅和挑戰(zhàn)，水資源短缺問題已成為限制人們生活及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素[1]。遼寧省年內(nèi)、年際降水量受季風(fēng)氣候等因素影響其降水量發(fā)生了很大變化，多年來年降水量連續(xù)低于700mm，水資源儲備量為340億m3，不足全國平均水平的1/3并遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際缺水警戒線，水資源供應(yīng)緊缺已成為限制工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素[2]。水資源在近年來開采利用過程中出現(xiàn)利用率低、水質(zhì)惡化、水土流失嚴(yán)重、供需矛盾緊張以及防洪標(biāo)準(zhǔn)低等問題日趨頻繁，不僅給人類賴以生存的自然環(huán)境造成不利影響而且嚴(yán)重制約著人們生活水平的提高和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[3]。

眾多學(xué)者針對可持續(xù)發(fā)展理念分別從多個角度構(gòu)建了評價指標(biāo)體系并運(yùn)用相關(guān)理論進(jìn)行了評價研究，研究成果可為水資源的可持續(xù)發(fā)展以及合理開采利用提供科學(xué)的指導(dǎo)和建議[4]。我國對水資源的可持續(xù)利用常用的評價方法有灰色聚類法、綜合指數(shù)法、屬性識別法、模糊物元法、模糊綜合評價法以及投影尋蹤法等，其中灰色類聚法和綜合指數(shù)法是應(yīng)用較為廣泛且發(fā)展較為成熟的方法。考慮到評價指標(biāo)具有的不確定性和模糊性特征，為提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與客觀性，本研究對研究區(qū)域水資源可持續(xù)利用水平采用模糊綜合評價法進(jìn)行了科學(xué)、客觀的評價分析[5]。

1 構(gòu)建模糊綜合評價模型

結(jié)合研究區(qū)域水資源開采利用實(shí)際現(xiàn)狀，本文選取多層次模糊綜合評價法進(jìn)行研究[6]，其基本原理是確定各指標(biāo)隸屬度，然后利用等級模糊子集進(jìn)行確定，并采用模糊變化理論對研究對象進(jìn)行評價，詳細(xì)過程如下：

步驟1：對影響評價結(jié)果的因素進(jìn)行分析，建立含有m個評價語和n評價指標(biāo)的集合，如下所示：

U={u1,u2,，un};V={v1,v2,，vm}

(1)

步驟2：對各評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的計算并構(gòu)建模糊權(quán)向量為A={a1,a2,，an}。

步驟3：對各等級下的不同評價指標(biāo)進(jìn)行隸屬度計算并評價指標(biāo)集合中各單因素進(jìn)行評價，可利用R=(rij)n×m代表模糊關(guān)系矩陣。為避免評價等級相差一級而造成評價等級間數(shù)相差不大的情況出現(xiàn)，在對隸屬函數(shù)確定時先將各指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理并確保在各等級區(qū)間隸屬函數(shù)為平滑過渡即隸屬度位于中間級別范圍的點(diǎn)為1.0，而隸屬度落在邊緣點(diǎn)時為0.5。隸屬度在最右和最左級別時遵循隸屬度隨距離臨界值越遠(yuǎn)其值越大的原則，并且在兩側(cè)級別的臨界值隸屬度均為0.5。對于V1～V5兩兩相鄰等級之間的臨界值可分別采用k1、k2、k3、k4、k5表示，并且V2、V3、V4中間等級的中點(diǎn)值采用k2、k4、k6表示，即符合公式：k2=(k1+k3)/2、k4=(k3+k5)/2、k6=(k5+k7)/2。利用上述結(jié)果可建立不同評價等級之間的相對隸屬函數(shù)，對于評價指標(biāo)值越大，則評價結(jié)果越優(yōu)型指標(biāo)其隸屬度函數(shù)表達(dá)式即遞增型指標(biāo)隸屬度函數(shù)表達(dá)式如下：

(2)

對于評價指標(biāo)值越小，則評價結(jié)果越優(yōu)型指標(biāo)其隸屬度函數(shù)表達(dá)式即遞減型指標(biāo)隸屬度函數(shù)表達(dá)式如下：

(3)

步驟4：對模糊綜合評價向量B利用模糊變換進(jìn)行求解，計算公式如下：

B=A·R；B=(b1,b2,，bn)

(4)

步驟5：對研究對象評價值利用模糊綜合指數(shù)法進(jìn)行求解，公式如下：

P=B·S

(5)

式中，P—評價結(jié)果；S=(1,2,3,4,5)T—評價于集。

2 遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價

2.1 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

本文結(jié)合遼寧省水資源利用實(shí)際狀況并遵循層次性、全面性和系統(tǒng)性基本原則選取具有代表性的評價指標(biāo)，并從水資源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會以及水資源系統(tǒng)發(fā)展水平四個主要方面構(gòu)建了包含28個評價指標(biāo)的指標(biāo)體系[7]，結(jié)果見表1。其中B1～B4水資源系統(tǒng)發(fā)展水平、水資源與社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)水平，C11～C18分別代表人均水資源量、地均水資源量、地下水模數(shù)、產(chǎn)水系數(shù)、水資源利用率、人均供水量、供水模數(shù)和年徑流深；C21～C28分別代表人口密度、人口自然增長率、非農(nóng)業(yè)人口比例、城市化率、城市人均用水量、城市人均用水定額、自來水普及率和農(nóng)民人人均收入；C31～C36分別代表人均GDP、人均耕地、人均糧食和工業(yè)占GDP比重、單方水GDP和耕地灌溉率；C41～C46分別代表工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、污徑比、耕地率、城市人均綠地面積、綠化覆蓋率和森林覆蓋率。

2.2 確定各指標(biāo)權(quán)重

本研究參考相關(guān)文獻(xiàn)資料并結(jié)合有關(guān)專家意見，首先利用層次分析法對評價指標(biāo)體系中兩兩元素的相對重要性程度進(jìn)行比較計算[8]；然后對準(zhǔn)則層各因子權(quán)重進(jìn)行求解并對各因子的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)；最終求得在各準(zhǔn)則層內(nèi)評價指標(biāo)C的權(quán)重，計算結(jié)果見表1。

2.3 確定評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

本文依據(jù)遼寧省水資源利用實(shí)際狀況和國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[9]，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料將水資源可持續(xù)性評價標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個等級，即V1、V2、V3、V4、V5等級，各級別評價指標(biāo)取值范圍和含義見表2。表中“+”、“-”分別代表評價指標(biāo)值與水資源可持續(xù)性的正面和負(fù)面效應(yīng)。

2.4 結(jié)果分析及建議

通過收集整理遼寧省近20年的水資源開采利用相關(guān)數(shù)據(jù)資料并篩選出典型的8年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用文中所述相關(guān)公式和表2中的有關(guān)數(shù)據(jù)對各評價指標(biāo)在不同評價級別的隸屬度進(jìn)行計算。受篇幅限制，本研究僅列出了2016年相關(guān)計算數(shù)據(jù)，

表1 水資源可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系及權(quán)重計算結(jié)果表

表2 水資源可持續(xù)利用評價等級標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)取值范圍

結(jié)果見表3，其中有關(guān)數(shù)據(jù)來源分別來自遼寧省統(tǒng)計年鑒。

表3 遼寧省2015年各評價指標(biāo)的級別隸屬度計算結(jié)果值

然后結(jié)合各評價指標(biāo)隸屬度結(jié)果，并利用公式(4)、(5)對遼寧省各年份水資源可持續(xù)利用水平進(jìn)行綜合評價，計算結(jié)果見表4。

表4 水資源可持續(xù)利用綜合評價結(jié)果

由表4計算結(jié)果可知，遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價值在1995—2016年整體上升趨勢，其可持續(xù)利用水平計算結(jié)果取值范圍處于2.5～3.5之間且由中等偏弱逐漸向中等偏強(qiáng)水平轉(zhuǎn)化，在個別年份的不穩(wěn)定變化可能與當(dāng)年的水旱情況相關(guān)，由此表明該區(qū)域具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力。各準(zhǔn)則層評價結(jié)果表明，遼寧省水資源系統(tǒng)發(fā)展水平等級值較大即可持續(xù)發(fā)展水平較低，B1綜合評價值大致保留在3.2～3.8區(qū)間并未呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律；遼寧省水資源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會的協(xié)調(diào)發(fā)展水平(B2、B3、B4)在僅20年來得到明顯的改善，且協(xié)調(diào)發(fā)展完成速度較快。依據(jù)表1中準(zhǔn)則層權(quán)重計算結(jié)果可知，對整個評價結(jié)果影響最大的因素為水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1，由此表明該因子較低的可持續(xù)水平將嚴(yán)重限制研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展利用。依據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H狀況和B1準(zhǔn)則層下的相關(guān)指標(biāo)可知，水資源利用率較低、工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展、降水量較低、水資源供給不足以及人口稠密等是造成水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1較低的主要因素。

結(jié)合遼寧省近年來的水資源問題實(shí)際狀況和本文相關(guān)分析，本研究針對上述問題給出了以下建議以期為研究區(qū)域提高水資源的可持續(xù)利用水平并制定相應(yīng)的體制機(jī)制提供一定的依據(jù)和參考：加強(qiáng)水資源的管理與調(diào)控并完善相應(yīng)的監(jiān)控體系；依法淘汰高能耗、高污染的陳舊設(shè)備并提高水資源利用效率；加快引進(jìn)并推廣優(yōu)化配置和水資源開發(fā)利用技術(shù)，加強(qiáng)水資源的開采和保護(hù)體系機(jī)制建設(shè)；大力宣傳提高公民保護(hù)用水、節(jié)約用水意識；加快污水再處理回收利用建設(shè)，提高循環(huán)用水制度建設(shè)；加快發(fā)展水資源科技利用與研發(fā)，實(shí)現(xiàn)低成本海水轉(zhuǎn)化等非傳統(tǒng)資源的利用[10]。

3 結(jié)論

本文針對水資源可持續(xù)利用評價標(biāo)準(zhǔn)和評價等級的不確定性、模糊性等問題，利用模糊綜合評價法對遼寧省水資源可持續(xù)利用水平進(jìn)行了客觀、科學(xué)、全面的評價分析，所建立的評價指標(biāo)體系和等級標(biāo)準(zhǔn)能夠很好的反應(yīng)研究區(qū)域的實(shí)際狀況，得出的主要結(jié)論如下：

(1)遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價值在1995—2016年整體上升趨勢，其可持續(xù)利用水平計算結(jié)果取值范圍處于2.5～3.5之間且由中等偏弱逐漸向中等偏強(qiáng)水平轉(zhuǎn)化，該區(qū)域具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力。

(2)水資源系統(tǒng)發(fā)展水平較低其可持續(xù)水平將嚴(yán)重限制研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展利用；水資源利用率較低、工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展、降水量較低、水資源供給不足以及人口稠密等是造成水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1較低的主要因素。

(3)結(jié)合水資源利用實(shí)際狀況和文中相關(guān)分析給出了一定的建議；考慮到數(shù)據(jù)來源的有限性，評價指標(biāo)體系中定量分析指標(biāo)還不夠完善今后仍有待進(jìn)一步提升。