遼寧省水資源脆弱性分析

林 磊

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001）

水資源的脆弱性相比于承載力能夠反映水資源自身受氣候變化、生態環境、供需條件等因素的影響程度以及水資源可持續發展能力[1]。由于水資源短缺、環境變化、社會經濟發展和地理位置差異致使水系統脆弱性較高，降低水資源脆弱性能夠為用水效率提升及科學配置提供數據支持。定量評價城市水資源脆弱性有利于提升用水效率，緩解水資源供給壓力，促進社會、生態環境與資源的協調可持續發展，有效解決水系統存在的問題，對維持社會經濟穩定發展具有重要作用[2-3]。

目前水資源研究主要集中于評價體系、計算方法和地域尺度等方面，其中按照不同指標體系可劃分成氣候變化和人類活動影響等；按照評價方法可以劃分成模糊綜合法、模糊集對法、線性加權求和法、GIS 技術和函數法等；按照研究區劃分成地形地貌、省市行政地區、河流流域等[4-6]。文章結合前人研究成果，考慮人類活動、氣候變化對水資源自生特性(分布不均勻性、稀缺性、可再生性與循環性、不確定性等)的影響，將線性加權求和法與熵權法相耦合科學評價遼寧省2017—2021 年水資源脆弱性，以期為城市水資源配置和經濟可持續發展規劃提供參考依據[7-9]。

1 水資源脆弱性評價方法

1.1 構建評價體系

評價指標的合理選取直接影響著水資源脆弱性評價的科學可靠性，故選擇能夠全面反映水系統信息的指標是水資源脆弱性評價的關鍵。研究人員不同所選取的評價指標往往不同，雖然現有評價體系存在較大差異，但主要包括水資源的壓力性、敏感性、危險性、驅動力、人為和自然因素等。當前主要依據水資源脆弱性的主要影響因素及評價結果的可比性、數據獲取的難易程度等條件選擇評價指標[10]。總體上，可以將水資源脆弱性劃分成承載力、人為、自然3 個方面。其中，自然脆弱性主要是水系統內部的非人為自然因素，從水質、水量等角度使得水系統滿足人類社會需求，主要表現為土壤信息、水質和降水量等；人為脆弱性是水資源系統因人類活動干擾發生的結構改變，主要表現為退耕還林、水利工程、蓄水和引水工程等提升用水效率；承載力脆弱性是各種負荷和人類活動等外部壓力對水資源系統的作用，從水量、水質等方面使得水資源系統存在一定敏感性，主要表現為工業與農業過度污染、經濟發展和人口規模等。

1.2 評價方法

總體上可以將賦權方法分為主、客觀兩大類，前者主要是利用研究者的知識經驗和主觀認知判定計算權重值，如AHP 法等，但權重分配受主觀判斷影響往往存在差異；后者主要是利用統計學方法按照原始數據信息科學分配指標權重，如熵權法、主成分法和變異系數法等，這類方法能夠規避主觀法存在的不足，權重分配不受決策者偏好的影響，結果較為穩定[11]。文章選用熵權法進行賦權，該方法主要是利用信息熵計算權重，能夠保證水資源脆弱性評價的客觀科學性，由于不存在復雜的非線性關系式被廣泛應用于權重計算，具體流程如下：

步驟1：為便于數據的對比分析，先標準化處理每個指標原始數據，對于正、負向指標的標準化公式如下：

式中：rij、xij為評價對象i的第j個指標的標準化和原始數值；xjmin、xjmax為所有評價對象中指標j的最小、最大數值。

步驟2：通過標準化處理每個xij值構造決策矩陣R=(rij)m×n，然后利用下式計算指標j的熵值Hj：

其中，i=1，2，…，m；，fij=0 時fij1nfij=0，fij為評價對象i的第j項指標所占比例。

步驟3：根據信息熵Hj計算評價指標j的權重Wj，即：

其中，Wj取值區間為0～1，并且符合。

步驟4：結合各指標權重值，采用線性加權求和法計算水資源脆弱性指數WVI，其計算公式為：

2 實例分析

2.1 遼寧省水資源現狀

遼寧省屬于溫帶半干旱半濕潤季風氣候區，2021 年全省水資源總量511.67 億m3，比多年平均值多53.9%，平均降水量933.0 mm，折合降水總量1 355.21 億m3，全省29 座大型水庫年末蓄水總量79.75 億m3，比上年同期多8.32 億m3，同時境內有灤河、柳河、老哈河、渾河、太子河、沿渤海西部和黃渤海東部諸河等。遼寧省夏秋季水資源充足易出現洪澇災害，而春冬季水資源不足又容易出現干旱缺水情況，其水資源時空分布極不均衡。隨著經濟的發展省內許多河流特別是中下游產生不同程度的污染，加之低山丘陵以及沿海地區蓄水能力較差，在外界環境發生變化時全省水資源情況也出現了明顯的改變，宏觀表現為水資源開發利用難以支撐未來經濟可持續發展[12]。

2.2 遼寧省水資源脆弱性評價體系

為保證評價結果的客觀準確性，文章結合遼寧省水資源數據信息和相關資料，遵循數據可獲取性和主導型等原則，從承載力、人為和自然脆弱性的角度合理選擇9 個指標構建評價體系如表1 所示。其中，正向指標有利于降低脆弱性，其數值越大則脆弱性越小；負向指標能夠提高脆弱性，其數值越大則脆弱性越大[13-14]。

表1 水資源脆弱性評價體系

2.3 數據標準化

研究所用數據來源于2017—2021 年遼寧省水資源公報，采用公式（1）標準化處理正、負向指標原始數據構造標準化矩陣R：

2.4 指標權重

采用公式（2）～（4）和標準化矩陣R計算2017—2021 年各參評指標權重，如表2 所示。

表2 水資源脆弱性參評指標權重

2.5 脆弱性評價

采用線性加權求和法計算各年份標準化矩陣R與相應指標權重W，從而確定2017—2021 年遼寧省各地級市的水資源脆弱性指數WVI，如表3 所示。

表3 2017—2021 年水資源脆弱性指數WVI

由于現階段尚未形成統一的水資源脆弱性評價標準，故文章結合遼寧省水資源實際情況合理確定各評價指標極值，并考慮水域具體數據和專家經驗，將水資源劃分成不脆弱、輕度、中度、比較和極度脆弱5 個等級，所對應的脆弱性指數WVI 取值范圍為0～0.40、0.40～0.55、0.55～0.63、0.63～0.69、0.69～0.90。

2.6 結果分析

由表3 可知，2017—2021 年遼寧省水資源脆弱性整體處于輕度脆弱等級，且研究期間較為平穩未發現較高或較低脆弱性年份。對于14 個地級市，鐵嶺市、撫順市和沈陽市水資源整體達到極度脆弱等級，并且2017—2021 年脆弱性指數WVI呈現出波動上升的變化趨勢；盤錦市、阜新市、葫蘆島市水資源整體達到比較脆弱等級，營口市水資源總體達到中度脆弱等級，遼陽市、大連市、錦州市水資源總體達到輕度脆弱等級，本溪市、丹東市、鞍山市和朝陽市水資源總體達到不脆弱等級，2017—2021 年撫順市、沈陽市、葫蘆島市的水資源脆弱性變化較大[15-18]。

從各指標權重計算結果可知，人均GDP、地下水源供水率和平均降水量是影響遼寧省水資源脆弱性的主要因素。地表水資源量與平均降水量可以反映區域水資源豐枯狀況，而平均降水量越大則研究時段內的水資源脆弱性越小，反之則越大；另外，在水資源脆弱性評價中地下水源供水率的貢獻率較高，這種反向指標值越大則水資源脆弱性越大，未來應加強地下水源的管理，嚴格控制地下水的開發利用和供水量；人均GDP 在一定程度上體現了經濟發展狀況，工、農業生產和經濟發展越好相應的水資源脆弱性越大。

2017—2021 年本溪市水資源脆弱性表現出逐年增大趨勢，截至2021 年達到輕度脆弱等級；丹東市水資源條件較好，脆弱性較低達到不脆弱狀態，這是因為丹東市位于遼寧省東部，境內河網水系發育，降水量較多且水資源豐富。依據相關資料，歸納總結丹東市2017—2021 年水資源不脆弱的原因如下：①優化調整了用水結構。雖然2016—2017 年丹東市用水量有所增加，但隨著產業結構的優化升級和最嚴格水資源管理制度的逐步落實，丹東市工、農業生產和生態用水效率明顯提升，2017—2019 年丹東市總用水量明顯減少，但在2019—2021 年生態環境和城市公共用水量呈上升趨勢，2017—2021 年丹東市工業用水量下降，城市公共用水逐漸提高。②丹東市污水處理能力明顯提升，海水和雨水得到有效利用。2017—2021年丹東市以地表水供水為主，海水、雨水利用和污水處理回用率逐漸提升，人均用水量在5a 內基本平穩。③優化了產業結構，產業結構優化大幅度提升了丹東市用水效率，2017—2021 年丹東市第三產業、工業和農業用水指標均表現出明顯下降趨勢。

根據有關資料，2017—2021 年本溪市用水總量呈逐漸減小趨勢，具體而言工、農業用水有所下降，而城市公共和生活用水呈現增大趨勢。研究期間單位面積農田灌溉用水量表現出先上升后下降的變化趨勢，但總體仍呈增大趨勢。2017 年本溪市逐漸落實工農業產業轉移升級和最嚴格水資源管理，在政策宣傳指引下逐漸關閉或轉移重污染、高耗水企業，歷經5a 本溪市用水情況基本符合省級考核要求。由于本溪市與其它地區的產業結構存在較大差異，所以加快了該地區用水結構的調整，本溪市內經濟較發達地區的農業用水占比較低，而居民生活和工業用水較高。

3 結 論

水資源脆弱性是反映水系統承載力和開發利用情況的重要參數，與區域水資源管理規劃密切相關。文章從水資源承載力、人為和自然脆弱性3 個方面選擇9 項指標，采用熵權法計算各指標權重，應用線性加權求和法評價2017—2021 年遼寧省各地市的水資源脆弱性狀況，可為遼寧省水資源科學管理提供參考依據。受數據資料的限制所選研究時間較短，在今后的社會經濟與水資源協調發展、水資源脆弱性等研究中，應綜合利用信息技術、智慧城市建設等手段更加客觀真實地反映區域水資源脆弱性狀況。