石羊河流域地下水管理綜合評價

康德奎 谷豐佑 周偉達

摘 要：為客觀評價石羊河流域地下水管理水平，分析石羊河流域地下水管理工作取得的成效和存在的不足，以2011—2016年的地下水數據為基礎，綜合考慮石羊河流域基本情況，從管理措施、措施執行和管理成果3個方面，優選出全面反映地下水管理水平的10個指標，將地下水管理水平分為Ⅰ～Ⅴ級，以組合賦權法確定權重，并采用傳統評分體系和多級模糊評價模型相結合的雙重評價方法，對石羊河流域地下水管理水平進行定量評價。結果表明：2011—2016年石羊河流域地下水管理得分為74.72分，管理水平為Ⅲ級;石羊河流域法律法規與規章制度健全且實施到位，地下水有效監測率高但監測井密度過低;流域地下水漏斗區面積雖略有減小，但地下水供水占比持續增大，地下水位下降，水質屬一般水平。

關鍵詞：地下水管理;綜合評價;組合賦權;石羊河流域

中圖分類號：P641.8;TV882.8 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.012

引用格式：康德奎，谷豐佑，周偉達.石羊河流域地下水管理綜合評價[J].人民黃河，2021，43（8）：65-69.

Abstract： In order to objectively evaluate the groundwater management level of Shiyang River basin， this paper analyzed the effectiveness and deficiencies of groundwater management in Shiyang River basin， based on groundwater data from 2011 to 2016. Comprehensively considering the basic situation of Shiyang River basin， it preferably selected 10 indicators that comprehensively reflected the groundwater management level from 3 aspects of management measures and measured implementation and management results. The groundwater management level was classified into Ⅰ to Ⅴ， and the weights were determined by the combined weighting method， and a dual evaluation method combining traditional scoring system and multi-level fuzzy evaluation model was used to quantitatively evaluate the groundwater management level in Shiyang River basin. The results show that the groundwater management score of Shiyang River basin from 2011 to 2016 is 74.72， and the management level is Ⅲ; the laws， regulations and rules of Shiyang River basin are sound and implemented; the effective monitoring rate of groundwater is high but the density of monitoring wells is too low; the leakage area of the basin plain area is slightly reduced， but the proportion of groundwater supply continues to increase， and the groundwater level is decreased. The water quality is at an average level.

Key words： groundwater management; comprehensive evaluation; portfolio empowerment; Shiyang River Basin

我國西北地區人口眾多，耕地面積較大，但可利用水資源量匱乏，嚴重制約區域經濟發展。石羊河流域屬典型的資源性缺水地區，河流水系不發達，地表水資源緊缺，只能通過開采地下水緩解日趨緊張的區域水資源供需矛盾，保障經濟的可持續發展。但由于缺乏科學的水資源開發利用規劃和調度管理，經濟發展方式與水資源承載能力不匹配，因此導致地下水超采嚴重。針對水資源利用和生態環境存在的問題，石羊河流域管理局積極開展地下水管理工作，緩解了地下水超采狀況。已有學者對石羊河流域地下水開采和管控制度[1-3]進行過研究，但缺乏針對管理水平進行系統評價的研究。國內地下水資源管理研究已有很多成果，王偉[4]使用專家賦權法對江蘇省蘇錫地區和河北省進行了地下水管理評價，張士杰等[5]對華北平原邯鄲地區地下水位動態及成因進行了分析，錢涵[6]運用層次分析法分別對河北省、江蘇省超采區和深圳市的地下水管理進行評價，薛偉鋒等[7]運用模糊綜合評價法對大連市地下水質進行了評價，高世毅[8]構建模糊層次分析模型對四平市地下水資源管理現狀進行了評價。上述研究只使用單一賦權方法和評價手段，沒有考慮單一賦權和單一評價方法的局限性。筆者以石羊河流域為研究區，利用層次分析法與熵權法得到指標主觀與客觀權重，采用組合賦權法得出綜合權重，引入模糊數學理論進行評價，并與傳統的評分方法相結合，以期找出管理中的薄弱點，為流域地下水的科學化管理提供參考。

1 研究區概況

石羊河是甘肅省河西走廊三大水系之一，流域位于河西走廊東部、烏鞘以西、祁連山北麓，東南與白銀、蘭州兩市相連，西北與張掖市毗鄰，西南緊靠青海省，東北與內蒙古自治區接壤。流域總面積4.16萬km2，降水少、蒸發強、空氣干燥，地表水資源極度短缺，地下水超采嚴重，區域性地下水位持續下降，土地出現沙化、鹽堿化。流域現有地下水取水井超3萬眼，地下水超采區（見圖1）面積6 890.7 km2，占流域總面積的16.56%，地下水污染嚴重，地下水礦化度逐年增大，不同地域水質在Ⅱ類至劣Ⅴ類之間。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

研究數據來源于石羊河流域47個地下水位監測井和11個地下水質監測井（見圖1）2011—2016年監測數據、《石羊河流域水資源公報》《甘肅省統計年鑒》。

2.2 賦權方法

根據賦權依據的不同，賦權方法可分為主觀賦權法與客觀賦權法。主觀賦權法主要由行業內的專家根據多年的研究經驗對各個指標進行重要性比對得出權重，有專家賦權法、層次分析法、德爾菲法等[9-10]?？陀^賦權法以數學方法為基礎，對各個指標的客觀信息進行差異性分析，根據影響度確定權重，主要有熵權法、因子分析法、主成分分析法等[11]。主觀賦權法依賴專家意見，主觀隨意性較強;客觀賦權法雖不依賴主觀判斷，但容易偏離現實情況。單一賦權法有各自的局限性，影響評價結果的準確性。組合賦權法可以結合兩種方法的優點，提升評價的科學性[12]。本研究采用較為成熟的層次分析法和精度較高的熵權法對指標進行賦權，并邀請地下水管理方面的專家和石羊河流域管理人員對各指標打分。

2.2.1 構建指標體系

地下水管理水平主要通過所采取的各項措施和所取得的成果來反映。遵循全面性和代表性兼顧的原則，參考前人經驗[13]，并咨詢流域地下水管理人員和從事相關研究的專家學者，結合所收集到的數據，針對石羊河流域地下水超采嚴重等特點，從管理措施、措施執行和管理成果3個方面，優選出能夠反映流域地下水管理水平的10個指標，建立石羊河流域地下水管理水平評價指標體系（見表1）。

2.2.2 層次分析法

采用層次分析法，對相同層次的指標進行比較，構造判斷矩陣，計算后得出權重。具體流程見圖2。

2.2.3 熵權法

熵權法[14-15]主要根據指標對整體的影響性大小來進行賦值，結果客觀準確，是一種應用較廣的客觀賦權方法，步驟如下。

（1）對數據進行標準化處理：

（2）計算第i個指標值在所有指標值中所占的比例：

（3）計算指標熵值：

（4）計算指標權重：

2.2.4 組合權重

結合主觀權重和客觀權重，計算地下水管理水平各指標的組合權重：

2.3 評價方法

傳統評價過程較為簡單，但無法保證評價結果的科學性。模糊綜合評價是根據模糊數學原理由指標間的相互作用在總體上體現出的模糊性來進行評價的方法，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，與傳統評價方法相結合可使評價結果更具科學性。

2.3.1 傳統評分方法

參考前人的研究[5-7]，結合國家現行標準[16]和《中國水資源公報》《甘肅省水資源公報》，綜合考慮甘肅省地下水利用現狀及石羊河流域發展規劃，確定的地下水管理各指標評分標準與計算方法（見表2）。評分計算公式為

2.3.2 模糊綜合評價模型

地下水管理水平模糊綜合評價模型構建步驟如下。

（1）建立屬性因素集U和評語集V。U={管理措施，措施執行，管理成果}={u1，u2，u3}，V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}={v1，v2，v3，v4，v5}，見表3。

（2）隸屬度計算。根據專家對各指標的打分，歸一化后構建評價矩陣：

3 結果和分析

3.1 最終權重

根據式（1）～式（5）計算得到評價指標體系中各指標的權重，結果見表4。

3.2 指標評分

按照評分標準對石羊河流域地下水管理各指標進行打分（見表5），由表4和式（6）計算出石羊河流域地下水管理水平最終得分為74.72分，依據表3可得管理水平為Ⅲ級。

由表5可知：石羊河流域地下水管理有效數據監測率、法律法規與規章制度、地下水取水許可率、地下水取水計量設施安裝率均為100分，說明流域地下水的使用較為合理和資料獲取精度高;地下水質和地下水漏斗區面積變化得分分別為74.54分和62.5分，說明需要繼續進行流域地下水環境治理、控制地下水開采;地下水監測井密度、萬元GDP用水量、地下水位變化、地下水供水占比變化均低于60分，說明流域監測井密度過低、地下水資源利用效率不高、地下水開采量過大。

3.3 地下水管理水平模糊綜合評價

根據所得組合賦權，可得研究區地下水管理水平的綜合評價結果，見表6。

由表6可以得到單因素評價矩陣：

由式（9）可得二級模糊綜合評價向量為M=（0.178，0.228，0.288，0.151，0.102），根據最大隸屬度原則，石羊河流域地下水管理水平為Ⅲ級，與指標評分結果一致。

4 結 語

（1）根據研究區實際情況，從管理措施、措施執行和管理成果3個方面，選取具有代表性的10個指標。采用組合賦權法賦權，進行二次模糊評價與指標得分雙重評價，對石羊河流域地下水管理水平進行了量化評價，明確了地下水管理工作的成效和不足。

（2）石羊河流域2011—2016年地下水管理水平得分為74.72分，管理水平為Ⅲ級。從各指標得分可以看出：流域目前監測數據獲取狀況較好，法律法規與規章制度較為完善且嚴格執行;雖然超采情況有所改善，但是地下水監測井密度不夠、萬元GDP用水量和地下水供水占比過高、地下水位和水質情況仍不容樂觀。

（3）為提高石羊河流域地下水管理水平，建議加強監測體系和節水設施建設，加快用水結構調整和替代水源工程建設。

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【責任編輯 張華興】