遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)

秦 陽

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110094)

可持續(xù)健康發(fā)展以及生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵為實(shí)現(xiàn)水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，目前來看，水資源與水環(huán)境問題已趨近于極限承載狀態(tài)。可持續(xù)利用的評(píng)價(jià)研究，對(duì)于促進(jìn)水系統(tǒng)的良性循環(huán)和人水和諧發(fā)展的意義重大，它是支撐環(huán)境、資源與社會(huì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)性自然資源。水資源可持續(xù)利用內(nèi)涵是在現(xiàn)有的技術(shù)水平和發(fā)展條件下，能夠維持生態(tài)自然完整性與水系統(tǒng)持續(xù)性，最大程度地實(shí)現(xiàn)環(huán)境、自然、人口與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，并滿足當(dāng)下與后代的用水需求。水資源不僅要保證其開發(fā)利用的持久性與連續(xù)性，而且還要滿足當(dāng)代人類活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，二者具有密切的作用關(guān)系[1，2]。許多學(xué)者對(duì)水資源利用開展了大量研究，如韓大軍等[3]以湖州市為例在詳細(xì)分析了水資源開采現(xiàn)狀和生態(tài)環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的水資源管理對(duì)策和措施；葛永銘等[4]以湖州市為例，根據(jù)能值理論對(duì)水資源可持續(xù)利用能力和發(fā)展水平進(jìn)行了科學(xué)地探討。目前，較為常用的評(píng)價(jià)方法有屬性識(shí)別法、物元分析法、灰色聚類法、模糊數(shù)綜合法等，并以模糊綜合法的應(yīng)用最為普遍和常見[5- 7]。

水資源相關(guān)研究表明，人為主觀賦權(quán)可能引起權(quán)重偏差以及評(píng)價(jià)等級(jí)分辨率較低等水資源可持續(xù)利用研究的主要問題，并且可持續(xù)利用評(píng)價(jià)通常是一項(xiàng)多個(gè)非線性指標(biāo)組合。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析法往往會(huì)因數(shù)字化限制，而難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)各因素之間的內(nèi)在規(guī)律。據(jù)此，本文基于各因素的不確定性特征，引入三標(biāo)度法對(duì)可持續(xù)利用問題進(jìn)行梯階分解，在此基礎(chǔ)上通過專家評(píng)分確定了層級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并對(duì)遼寧省2016年水資源可持續(xù)利用通過模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)，以期為該區(qū)域水資源發(fā)展規(guī)劃和開發(fā)利用提供一定決策依據(jù)。

1 水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)方法

1.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

系統(tǒng)、全面的指標(biāo)體系是可持續(xù)利用分析的重要步驟和關(guān)鍵內(nèi)容，影響可持續(xù)利用的因素較多且因素之間通常具有模糊的、不確定的復(fù)雜關(guān)系。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的多層級(jí)復(fù)雜的整體，各層級(jí)之間相互作用、相互影響，具有十分復(fù)雜的模糊性關(guān)系。因此，指標(biāo)的選取不僅要反映區(qū)域水資源特征、內(nèi)涵等基本內(nèi)容，并且能夠覆蓋與水資源相關(guān)的各個(gè)方面，同時(shí)考慮系統(tǒng)本身的發(fā)展?fàn)顩r以及各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)作用。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)盡可能的內(nèi)涵豐富、度量簡(jiǎn)便、靈敏性強(qiáng)，并且能夠最大限度的反映系統(tǒng)特征，因此建立指標(biāo)體系應(yīng)遵循如下原則。

(1)全面性。將指標(biāo)體系作為一個(gè)整體來預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)區(qū)域水資源利用狀態(tài)，體系應(yīng)包含各個(gè)構(gòu)成要素和子系統(tǒng)內(nèi)容，特別是要重點(diǎn)考慮具有大量信息和能夠反映水資源重要特征的指標(biāo)。

(2)顯著性。指標(biāo)應(yīng)能夠最大程度反映系統(tǒng)的基本特征和各子系統(tǒng)之間的差異，指標(biāo)體系中單一指標(biāo)所包含的信息應(yīng)盡可能的豐富。

(3)可操作。水資源影響因素較多，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可能考慮所有指標(biāo)數(shù)據(jù)。因此，指標(biāo)的選取應(yīng)充分利用現(xiàn)有資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使指標(biāo)值便于量化，具有可操作性。

(4)科學(xué)性。所選取的指標(biāo)應(yīng)按照一定的準(zhǔn)則和要求進(jìn)行選取，而不能盲目依據(jù)個(gè)人偏好進(jìn)行選擇。指標(biāo)內(nèi)涵明確并且具有一定的科學(xué)性，客觀、科學(xué)地反映系統(tǒng)內(nèi)水資源管理目標(biāo)和作用關(guān)系。

據(jù)此，本文根據(jù)水資源系統(tǒng)特點(diǎn)、區(qū)域自然特征以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，在充分考慮了水資源條件、供需水狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，按照上述原則選取了22項(xiàng)典型指標(biāo)，見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 三標(biāo)度法確定指標(biāo)權(quán)重

通過對(duì)水資源可持續(xù)利用系統(tǒng)的模擬和抽象處理，即可構(gòu)成用于分析的指標(biāo)體系，但是各指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)整體影響程度存在一定差異，因此引入權(quán)重的方式反映其貢獻(xiàn)程度。構(gòu)造系統(tǒng)各層級(jí)的判斷矩陣為確定指標(biāo)權(quán)重的關(guān)鍵步驟，本文采用三標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，相對(duì)1～9標(biāo)度法具有操作簡(jiǎn)單、判斷便捷的優(yōu)勢(shì)，并且可在一定程度上增加矩陣的邏輯性和準(zhǔn)確性。

(1)

1.3 建立綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

引入?yún)^(qū)域水資源評(píng)價(jià)模型(U，V，R)，其中權(quán)重集和模糊矩陣分別為W=(w1，w2，…，wn)與R=(rij)n×m，然后利用公式B=W·R轉(zhuǎn)換，則可將建立模糊矩陣R轉(zhuǎn)換為評(píng)語集，并以此作為最終的評(píng)判結(jié)果。

建立評(píng)語集V=(v1，v2，…，vp)，vk為可能存在的第k種結(jié)果。結(jié)合研究區(qū)域水資源狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，可將其可持續(xù)利用程度評(píng)價(jià)劃分為很高、較高、一般、差4個(gè)結(jié)果，所對(duì)應(yīng)的評(píng)語集為V=(v1，v2，v3，v4)。

(1)一級(jí)綜合評(píng)價(jià)。假定rijk為第二層次指標(biāo)cij對(duì)目標(biāo)層的隸屬度，則可建立該層次的模糊矩陣，如下所示：

(2)

考慮到影響可持續(xù)利用的因素較多的實(shí)際情況，且各因素之間具有較為復(fù)雜的非線性關(guān)系，因此可利用定量分析或M(·，+)計(jì)算模型進(jìn)行隸屬度rijk的計(jì)算，所以一級(jí)區(qū)域評(píng)價(jià)集可表示為：

Bi=Wi·Ri=(bi1，bi2，…，bip)

(3)

(2)二級(jí)綜合評(píng)價(jià)。同理，可利用定量分析或M(·，+)計(jì)算模型得到二級(jí)區(qū)域評(píng)價(jià)集，其表達(dá)式如下：

(4)

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 區(qū)域概況

遼寧省位于我國(guó)東北部地區(qū)，處于東經(jīng)118°53′～125°46′，北緯38°43′～43°26′之間，臨黃海、渤海，東與朝鮮相近，全省占地面積14.8萬km2；屬于大陸性季風(fēng)氣候，冬冷干燥、夏熱多雨，年降水量為400～1100mm，水資源補(bǔ)給以大氣降水為主。該區(qū)域水資源量主要包括降水入滲補(bǔ)給和地表徑流量?jī)纱蟛糠郑昃Y源量為341.79億m3。東南部與渤海相鄰水源面積較大，降水量較為充足，西北區(qū)域降水較少并且風(fēng)沙干旱現(xiàn)象較為頻繁。境內(nèi)主要包括大凌河、遼河、渾河、太子河和繞陽河等河流，年際水資源量呈現(xiàn)出典型的周期性豐枯變化特征，其中75%以上的降水量集中在汛期6—9月，并多以暴雨和強(qiáng)降雨的形式出現(xiàn)。境內(nèi)約80%以上的區(qū)域處于極度或重度缺水狀態(tài)，且已經(jīng)具有較高的水資源開采程度。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增大，水環(huán)境問題日趨突出，部分區(qū)域已超過河流水系的自凈化能力和納污承載極限，水問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵因素[8- 12]。

2.2 水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

根據(jù)遼寧省水資源公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒、政府工作報(bào)告等相關(guān)資料，收集整理各指標(biāo)初始數(shù)據(jù)，并建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集。然后對(duì)各層次指標(biāo)采用三標(biāo)度法求解，其中第一、第二層次指標(biāo)權(quán)重向量分別為W=(w1，w2，w3，w4)、Wi=(wi1，wi2，…，wim)。以水資源條件C1為例，兩兩對(duì)比判斷二層指標(biāo)C11、C12、C13、C14對(duì)水資源條件C1的影響程度，從而構(gòu)建直接比較矩陣為：

然后通過計(jì)算比較矩陣各行要素之和，得到最大值rmax、最小值rmin和基點(diǎn)標(biāo)度bm分別為7、4、1。利用擬優(yōu)傳遞矩陣計(jì)算方法，可得到自然滿足一致性檢驗(yàn)的判斷矩陣：

對(duì)上述矩陣的最大特征根利用方根法求解，可得到相應(yīng)的特征向量：W1=(0.092，0.278，0.163，0.467)，即為水資源條件對(duì)應(yīng)于其二層指標(biāo)的權(quán)重，同理可分別求得其他指標(biāo)的權(quán)重。

然后利用模糊綜合評(píng)價(jià)公式，分別求得集合B1、B2、B3、B4，按照上述計(jì)算流程最終求得一層指標(biāo)權(quán)重向量W=(0.315，0.251，0.240，0.194)。利用公式B=W·R方法，得到水資源利用最終評(píng)價(jià)結(jié)果B=(0.233，0.268，0.315，0.185)。按照最大隸屬度原則，最終可得到水資源可持續(xù)利用隸屬于第3評(píng)語，其隸屬度最大為0.315，由此表明遼寧省2016年水資源可持續(xù)利用處于“一般”的水平，該評(píng)價(jià)結(jié)果與專家評(píng)分結(jié)論保持一致。

遼寧省經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，且人口較為集中，為進(jìn)一步提高該區(qū)域水資源可持續(xù)利用水平，可根據(jù)水利工程措施、水資源開發(fā)以及水資源配置，有針對(duì)性地提出有效的措施：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水資源條件不匹配的區(qū)域，加大水利工程建設(shè)的資金投入，促進(jìn)區(qū)域水資源的合理調(diào)配；加快解決水利工程帶病運(yùn)行、設(shè)備老舊等問題提高用水效率，并進(jìn)一步緩解區(qū)域用水壓力。

3 結(jié)論

本文基于遼寧省社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境、水資源系統(tǒng)等狀況，分別從4個(gè)方面選擇了典型的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并建立指標(biāo)體系。然后引入三標(biāo)度法確定了能夠自然滿足一致性檢驗(yàn)的指標(biāo)權(quán)重，對(duì)該區(qū)域水資源可持續(xù)利用借助模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行了科學(xué)評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下。

(1)利用三標(biāo)度法構(gòu)造的擬優(yōu)傳遞矩陣可不必進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，并且能夠盡可能地保留初始判斷矩陣的有效信息，該方法簡(jiǎn)化了綜合分析過程，并且具有較高的自動(dòng)調(diào)整能力。

(2)遼寧省2016年水資源可持續(xù)利用處于“一般”的水平，該評(píng)價(jià)結(jié)果與專家評(píng)分結(jié)論保持一致，本文所建立的評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)權(quán)重確定方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性與準(zhǔn)確性。