遼東半島水資源可持續利用潛力研究

張銀鳳

(遼寧西北供水有限責任公司，沈陽 110000)

0 引 言

水資源作為重要的自然資源，對維持人類生存發展和特定區域經濟社會持續發展等方面發揮著巨大作用。我國水資源人均占有量相對較少，且隨著城鎮化的推進和經濟的發展，生產生活及各行業用水量急劇增加，加上水環境污染加劇和水資源空間分布不均衡，可利用水資源量呈不斷降低的變化特征。遼東半島為組成區域協調發展戰略的重要部分，2012年上升為國家海洋戰略。然而，資源環境勢狀況必會對區域經濟發展產生約束，特別是水資源短缺問題對經濟發展的制約極為顯著，因此科學評價遼東半島水系統開發潛力，可為社會經濟的空間布局和產業結構調整提供指導作用[1]。

借鑒相關資料和已有研究成果將水資源可持續利用潛力定義為：在滿足可持續發展要求的基礎上，利用現有的科技水平和經濟發展能力能夠被使用的潛在水資源量。根據區域生態環境、經濟社會、區域水資源特點建立水資源可持續利用潛力評價體系，然后運用特定的數學模型準確評價水資源變化特征，該過程即為水系統可持續利用潛力分析。文章以遼東半島7個評價單元為例，運用AHP法準確評價各區域水資源開發潛力，以期為區域產業結構優化和水資源空間布局提供科學指導。

1 研究方法

1.1 區域概況

遼東半島位于遼寧東南部，地處鴨綠江口與遼河口連線以南，伸入渤海與黃海之間，走勢整體呈東北-西南向，總面積2.94萬km2。該地區分布有大連、丹東、鞍山、營口、本溪、遼陽和盤錦7個地級市及其所轄區縣，地貌形態上以低山丘陵為主，半島三面環黃海北部、渤海海峽和渤海，因伸入海洋氣候溫暖濕潤。遼東半島為暖溫帶季風氣候，夏季多雨溫熱，冬春季多風，受海洋調節很少出現酷熱天氣，年降水量550-900mm，其中60%降水發生于夏季，年均氣溫9℃-10℃，濱海為避暑勝地。研究區有大清河、英那河、碧流河、大洋河和復州河等，流域面積為1482km2、914km2、2814km2、6174km2、1628km2，多年平均徑流量為3.36億m3、4.61億m3、9.39億m3、29.18億m3、3億m3.53億m3，這些河流大多存在調蓄能力差、水流急、坡度大、流程短等特征，均屬于獨流入海河流。半島水資源平均量88.05億m3，其中地下和地表水15.36億m3、86.13億m3，重復水量13.44億m3，地下水開采率66%且沿海地區水質污染、地下水超采等現象嚴重。遼東半島人均水資源量略高于遼寧省平均水平為1134m3，地下水持續開發使得海水入侵和地下水下降問題突出。調查資料顯示，河流上游水質較好達到Ⅰ、Ⅱ類標準，受城鎮污水排放影響中下游水質較差，其中登沙河、復州河下游局部水環境污染嚴重，水質為Ⅳ類標準。

1.2 評價方法

根據國家福利貢獻率大小分配各個工業部門電力的研究課題，美國運籌學家T.L.Saaty基于多目標綜合評價法與網絡系統理論提出了多準則決策的AHP層次分析法，可實用、靈活、簡便的定量分析定性問題。其基本原理是將待評價對象的影響元素按照實現目標的程度和問題性質分解為多個層次，通過對比分析某一層次兩兩元素間的相對重要性構造梯階層次結構，然后對各層級要素之間的相對重要次序利用數學方法進行計算，從而給出評價體系中所有元素的總排序及其權重。詳細的分析流程為：①依據梯階框架建立層次結構體系；②考慮專家意見和待評價對象實際情況構造判斷矩陣；③通過特征向量與特征根的計算確定單排序，為保證評價結果的可靠性需檢驗矩陣的一致性；④根據單排序結果對本層級各元素相對于上層級的重要度求解，從而獲得滿足一致性檢驗的指標權重值。

2 水資源可持續利用潛力評價

遵循可操作性、協調性、層次性和科學性等原則選擇評價指標，考慮區域水資源可持續利用目標及內涵特征，構建包含指標層、準則層和目標層的水資源可持續利用潛力評價體系。

2.1 影響因子分析

生態環境、經濟社會與水資源系統之間存在相互影響、互相制約的復雜關系，理清三者之間的作用關系為評價分析水系統可持續利用潛力的重要前提。因此，文章選取水資源、生態環境、社會經濟和政策作為評價準則層構成。

1)政策指標。綜合考慮生態環境、經濟、社會整個系統的動態性和復雜性特征，尤其是現有國情下遼東半島水資源可持續利用潛力受各種水資源政策的直接影響程度。因此，文章在評價體系中納入政策因素滿足科學合理性要求。根據遼東半島水資源管理措施與政策，參考相關研究資料選擇較好體現政策因素的6個參數，即第三產業比重、水價調整幅度、海水淡化量、再生水回用率、應急供水調水量、農業節水灌溉率。

2)經濟社會指標。水資源可持續利用潛力受經濟社會發展的影響顯著，而保障經濟社會發展的重要基礎為水系統狀況，二者存在復雜的關聯性。文章選擇能夠反映區域經濟發展的10個指標，即工業用水比重、城市人口比例、第一產業比重、人口自然增長率、人口密度、人均耕地面積、人均GDP、萬元GDP耗水量、單位面積灌溉用水量和GDP增長率。

3)生態環境指標。合理有效的利用水資源可降低生活污水和工業廢水的排放，改善水源涵養條件和生態環境，同時具有巨大的經濟效益。對此，選擇6個生態環境要素用于評價水系統利用潛力，具體為地下水開采率、森林覆蓋率、工業廢污水占水資源比率、生態用水量、單位GDP工業廢水排放量和工業COD排放量。

4)水資源指標。水資源可持續利用潛力在很大程度上受水資源空間分布特征及其數量影響，根據區域水資源利用狀況提取4個典型參數，即地下水供水比率、客水供水比例、單位面積水資源量和人均水資源量。

2.2 數據標準化處理

各參評指標的無量鋼化為初始數據標準化處理的目的，由此消除不同指標單位和數量級不同而帶來的不可通透性，以便于指標的比較和加權運算等，確保評價結果的合理性和科學性。當前，按小數定標標準化、Z-score標準化和最小-最大標準化為評價指標標準化處理的常用方法，文章對水資源可持續利用潛力初始數據考慮最大-最小標準化法處理，表達式為：

(1)

式中：Ximin、Ximax為第i項指標在不同地區的最小、最大值；Xi、Zi為參評指標i在不同地區的取值及其標準化值。根據水資源可持續利用潛力的具體內涵將評價指標分為正相關、負相關兩大類，正向和負向指標的表達符號為“+”、“-”，利用以上公式所有參數值標準化處理至0-1區間，評價體系見表1。

3 實例分析

選用2016年遼東半島7地市水資源公報、遼寧省節水型社會建設“十三五”規劃及各地區統計年鑒獲取評價體系中各參數的初始數值，見表2。

3.1 研究區指標數據標準化

根據標準化計算公式和整理好的各參數初始值，按照文中所述步驟完成26個參評指標在各研究單元的標準處理，處理后的參數值處于0-1范圍，在Excel軟件中完成數據的運算，見表3。

表1 遼東半島水資源可持續利用潛力評價體系

表2 遼東半島各參評指標初始數據

續表2 遼東半島各參評指標初始數據

表3 遼東半島各參評指標標準值

續表3 遼東半島各參評指標標準值

3.2 指標權重的計算

評價體系中各層次權重的計算為水資源可持續利用潛力分析的重要條件，各因素權重利用Excel軟件和文中相關公式計算確定。采用專家調查法獲取各個層次的判斷矩陣，邀請資源環境方面的講師、副教授和教授等10位專家組成小組給予評分，在滿足隨機一致性比例CR值<0.1的條件下求解各指標組合權重，見表1。

3.3 評價指標綜合得分及排序

根據標準化處理后的指標數值和層次分析法求解的組合權重，對遼東半島各研究單元的綜合得分進行計算，即標準化數值和組合權重乘積運算結果獲取7個評價單元的綜合得分，見表4。其中，將初始評分擴大10倍為表4中的綜合評分。

表4 評價體系中準則層各因素綜合得分及排序

從表4可知，可持續利用潛力較大的為盤錦、大連和營口市，其次為本溪、丹東和遼陽，鞍山地區的可持續利用潛力較小。

3.4 水資源可持續利用潛力評價結果

從政策因素的層面，評分較高的盤錦、本溪和遼陽市處于第一層次；其次為丹東、大連和營口市的第二層次；評分較低的為鞍山市。根據實際情況，本溪、盤錦和遼陽市為遼東半島政策優勢，因經濟發展和區位要素鞍山市的政策優勢較少。

從社會經濟的層面，盤錦、營口、本溪和大連地區得分較高屬于一個層次，而遼陽、丹東和鞍山地區的評分較少為另一層次，其原因為萬元GDP耗水量和GDP增長率在社會經濟子系統中的權重占最高，而丹東。遼陽和鞍山地區正處于經濟快速發展時期，這兩項負向指標的數值較高，因此使得該子系統總體得分較低；而大連、本溪、營口和盤錦地區的經濟增速較為平穩，萬元GDP耗水量在節能降耗影響下較少，因此評分也較高。

從生態環境的角度，盤錦、營口和大連地區為得分較高的第一層次，其它均處于第二層級。工業廢水占比和單位GDP工業廢水排放量在生態環境子系統中的比率較大，而這兩項負向指標在遼陽和丹東地區的指標值較大，從而使得綜合得分相對較低。

從水資源的角度分析，營口和大連地區的水資源得分最高為第一層次，得分最低的為遼陽地區，其它地區為第二層次。客水和地下水供水比例在水資源子系統中的比率最大，同時相對于整個評價體系而言，這兩個負向因子的權重值最大，而在本溪和遼陽地區這兩項因子值最小，相應的得分最高。

綜上分析，綜合評價體系中權重最大的為水資源因素(表1)，因此水資源利用潛力總評分中水資源因素的得分占比最大，其排序狀況在很大程度上決定了最終排序，所以大連地區的最終排序為第二，這在很大程度上取決于水資源因素為第二的排序。

4 結 論

水資源利用潛力各評價指標權重利用層次分析法和專家調查法進行求解，結果表明指標權重較大的指標有客水和地下水供水比例、水價調整幅度、GDP增長率、人均水資源量、單位面積水資源、工業COD排放量等。綜合評分中，可持續利用潛力較大的為盤錦、大連和營口市，其次為本溪、丹東和遼陽，鞍山地區的可持續利用潛力較小，該評價結果和遼東半島水資源管理和政策措施實際情況基本相符。根據研究成果和區域水資源利用現狀，可為半島水生態保護和提升水系統可持續利用潛力提供科學指導。