遼寧省水資源開發利用程度評價研究

畢悅澄

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000）

0 引 言

水資源開發利用程度評價是一項涉及社會經濟、資源環境、人口等多個系統的復雜工程，主要是選擇合適的計算指標，將各個指標數據利用一定的數學模型耦合成開發利用程度綜合指數，從而反映區域水資源實際狀況，為水資源可持續利用及其管理規劃提供決策依據[1]。目前，比較常用的評價方法有BP 神經網絡法、DPSIR 模型、模糊數學法、系統動力學法和投影尋蹤法等[2-5]。文章結合區域水資源數據，對24 個初選指標利用灰色關聯法進行分析，從中篩選出典型指標構建評價體系，然后利用AHP 法計算指標權重，應用綜合評價指數法計算分析遼寧省14個地市的水資源開發利用狀況，旨在促進區域經濟社會、生態環境與水資源的協調發展。

1 評價模型

1.1 關聯度計算

1）步驟1：設定參考指標x0(k)為水資源開發利用程度，k為研究單元數，k=1，2，…，m；比較指標xi(k)為顯著影響水資源開發利用的因子，i=1，2，…，n，n為影響因子個數。

2）步驟2：無量鋼化處理。由于各初始數據的量綱或單位不同而無法直接參與比較計算，必須對初始數據進行無量綱化處理，即：

式中：xi(k)、——代表評價單元k參評指標i的無量綱化值和初始數據；min(xi)、max(xi)——代表所有評價單元中參評指標i的最小、最大值。

3）步驟3：關聯系數的計算。關聯系數ξ0i是指在第k個評價區域參評指標i對參考指標的關聯程度，即參考指標x0(k)與比較指標xi(k)在評價單元k中的關系，可利用下式計算[6]：

4）步驟4：關聯度的計算。考慮到序列信息比較分散，關聯系數較多難以直觀比較的實際情況，引入關聯度ri來處理信息集中的問題，以此反映序列的整體關聯狀況，其表達式為：

1.2 明確參評指標

一般地，水資源開發利用程度涉及社會經濟、資源環境、人口規模等諸多復雜因素，在評價過程中必須考慮其社會和自然屬性[7]。因此，文章以區域水資源開發利用率為參考指標，從社會經濟、生態環境、開發利用和水資源的角度初步選定24 項指標，并按照灰色關聯法計算步驟，對24 項指標進行關聯度計算見表1，結合區域實際情況和關聯度排序結果確定典型指標構建評價體系。

1.3 AHP 法計算權重

1）步驟1：構造梯階層次結構。通過初步分析評價目標，按屬性將評價對象所涉及的各項指標進行分組，構建梯階層次框架，這種梯階層次存在自上而下的支配關系，即準則層中的指標既對下一層具有支配作用，又受到目標層指標的支配[8-9]。

2）步驟2：建立判斷矩陣。根據水資源開發利用程度的梯階層次結構，即可確定上、下層之間的關系。對于各指標支配上一層指標的相對重要度可以利用判斷矩陣法來確定，即賦予響應的權重。一般利用專家咨詢法，通過兩兩比較建立各層次判斷矩陣A，設指標i相對于j的重要性標度為aij，m參評因子數，則A的表達式為：

3）步驟3：計算最大特征根。然后利用公式（2）~（3）公式計算判斷矩陣A的行乘積Hi及其n次方根，具體如下：

依據以上計算結果，采用公式（4）進行歸一化處理，從而確定特征向量W，W所對應的各分量即為權重ωi，進一步計算判斷矩陣的最大特征根λmax，即：

4）步驟4：一致性檢驗。通過一致性檢驗即判斷矩陣的一致偏離程度，從而保證權重計算的合理性，計算公式為：

式中：CR、RI——代表判斷矩陣A 以及同階矩陣平均隨機一致性指標，RI取值標準如表2。隨機一致性比率CR<0.10 則代表判斷矩陣通過一致性檢驗，由此計算的權重合理可信；否則，應重新構造判斷矩陣A 直至通過一致性檢驗。

根據以上分析結果，將選取的14 個典型指標按梯階層次結構劃分成3 個層次，從而構建多因素、多層次水資源開發利用程度評價體系，然后按照AHP 法計算流程確定各個指標權重，如表3 所示。

表3 梯階層次結構評價體系

1.4 綜合評價指數

水資源子系統反映了水資源對經濟、耕地、人口規模的可承載能力，主要體現在各區域水資源分布以及總量上；開發利用子系統反映了人類對水資源的調控水平以及各區域水資源供應能力；生態子系統是是有機與無機界之間的橋梁，也是自然環境中最為活躍的因子，在質和量上水資源受人工側支水循環影響發生極大的改變；社會子系統反映了經濟社會發展與水資源之間的關系，體現了其社會屬性。采用下式計算各地區水資源開發利用綜合評價指數，其表達式如下[10]：

式中：S、O——代表準則層和目標層綜合評價指數；x、ω——代表對應于表3 的指標歸一化值及其權重值。依據各指標權重計算結果和歸一化數據（表4），利用以上公式計算遼寧省各地市2020 年水資源開發利用綜合評價指數，如表5 所示。

表4 水資源評價指標歸一化數據

表5 綜合評價指數與開發利用程度

依據表4 計算結果，從低到高各地市水資源開發利用綜合評價指數排序為葫蘆島＜阜新＜錦州＜朝陽＜盤錦＜鐵嶺＜鞍山＜撫順＜營口＜遼陽＜本溪＜丹東＜大連＜沈陽。考慮到現階段尚未形成統一的等級劃分標準，對水資源開發利用特性及變化規律的研究還不夠深入，故本研究所計算的綜合評價指數屬于一個相對值。

1.5 評價等級

根據水資源利用實際情況和計算結果，將遼寧省各地市水資源開發利用綜合評價指數用散點法劃分成高、中、低3 個等級。具體而言，水資源開發利用程度達到“高度”的有大連市、沈陽市，這兩個地區的開發利用潛力較小，這可能與當地供水能力不足、水利工程建設滯后、居民生活和工業生產污水排放量大等因素有關，應加強廢水回用和節約用水，加大水利投資建設，嚴格控制排污量，從而緩解現階段所面臨著水資源短缺問題[11-12]。水資源開發利用程度達到“低度”的有朝陽市、阜新市、盤錦市、錦州市和葫蘆島市，這些地區具有較大的水資源開發利用潛力，可以為經濟發展提供強有力的支撐。然而在經濟發展過程中應高度重視水環境保護，不得以犧牲水體環境為代價來發展經濟建設。水資源開發利用程度達到“中度”的包括遼陽市、營口市、丹東市、本溪市、鞍山市、鐵嶺市和撫順市，這些地區已具有相當的水資源開發規模，并且開發潛力較大，水資源可以職稱當地經濟發展。在水資源開發利用時應加強水利工程建設，嚴格控制污水排放[13-14]。

總體上，為緩解區域水資源供給壓力，遼寧省應持續加大節水和生態環保理念的宣傳，加快推進生態型、資源型和效益型水利發展，構筑科學的開發利用、優化配置、節約保護綜合體系，為實現水資源良好發展態勢提供強有力的支撐。

3 結 論

水資源開發利用程度評價是一個多目標、多因素、多準則系統性決策問題，應考慮社會經濟、資源環境、人口規模等諸多因素。文章利用AHP-灰色關聯法確定14 項典型指標及其客觀權重，該方法能夠有效避免主觀因素干擾，保證權重計算和評價結果合理性，更加準確地反映區域水資源實際情況。評價結果與水資源公報中的數據基本一致，所構建的評價體系和計算方法是切實可行的。