引大入秦工程受水區水資源承載力評價

關鍵詞：熵權TOPSIS;耦合協調度；障礙度；水資源承載力；引大入秦工程

半干旱區引大人秦工程的建成運行，為受水區經濟社會、生態發展提供了堅實水資源支撐。但隨著經濟社會的發展，造成引大入秦工程實際引水量長期達不到許可水量，水資源得不到充分利用，供水效益得不到充分發揮，因而有必要對受水區水資源承載力進行評價，這對推動受水區水資源、社會經濟與生態環境協調發展具有重要意義。

目前，國內外學者對于水資源承載力的評價研究成果已有很多，評價水資源承載力常用的方法有常規趨勢法、模糊綜合評價法、系統動力學法和主成分分析法等。例如：賈建輝等通過模擬不同方案的中山市水資源承載力，運用常規趨勢法進行了對比分析，結果表明節水型城市綜合優化方案可有效解決中山市水資源供需不平衡問題：任高珊等運用模糊綜合評判模型分析了榆林市水資源承載力，結果表明該市水資源承載力較小，開發潛力不大；Yang等提出了基于系統動力學模型的改進水資源承載力評價方法，對鐵嶺市不同情景下的水資源狀況進行了評價：Liu等建立了基于主成分分析的水資源承載力評價體系，并對其閾值進行了研究，建立的水資源承載力評價體系較傳統體系更加科學。上述研究存在一些不足，如涉及的社會因子少、信息利用率低、模型參數不易調控和不能進行縱向比較等。TOPSIS模型計算簡單、能夠充分利用原始數據信息，還可以進行橫向和縱向比較，同時熵權能根據指標原始數據求得權重，客觀真實地反映情況，但TOPSIS模型僅通過歐氏距離來衡量評價對象與最優方案的貼近程度會得到片面的評價結果。因此，本研究引入研究不同子系統間的協調發展水平的耦合協調度模型，同時為了確定水資源承載力提升的障礙因素，引入障礙度模型。

為了判斷引大人秦工程受水區水資源、社會經濟和生態環境3個子系統之間能否可持續協調發展，構建水資源、社會經濟和生態環境多要素評價指標體系，運用熵權TOPSIS、耦合協調度和障礙度模型綜合評價引大人秦工程受水區水資源承載力，以期為推動受水區水資源、社會經濟與生態環境協調發展提供參考。

1研究區概況與數據來源

引大入秦工程地處甘肅西部的崇山峻嶺地帶，是一項大型自流引水灌溉工程。該工程將青海省境內的大通河水引到蘭州市以北的秦王川地區，以解決該地區的干旱缺水問題。引大工程受水范圍包括永登縣、蘭州新區、皋蘭縣、景泰縣和白銀區5個縣（區）的大部分區域，受益人口200多萬。現已建成運行的總干渠及分干渠有5條，干支渠長達1265km;總干渠從天祝縣境內的天堂寺渠首引水，全長87km，3座倒虹吸總長1.72km。1994年工程建成通水，至今已累計向灌區及周邊城鎮供水29億m3。

本文所用數據主要來源于《甘肅省水資源公報》《甘肅統計年鑒》及5個縣（區）《國民經濟和社會發展統計公報》等。

2研究方法

2.1指標體系構建

本文以2017-2021年為研究期，以引大人秦工程受水區為研究區，參考唐家凱等、左其亭等的研究成果，構建包含目標層、準則層和指標層共17個指標的引大入秦工程受水區水資源承載力評價指標體系，見表1。

2.2熵權TOPSIS模型

熵權TOPSIS模型可以避免傳統TOPSIS法中主觀因素對權重計算的影響，使水資源承載力動態及變化趨勢被客觀地反映出來。計算步驟：1）構建標準化評價矩陣；2）確定指標權重；3）構建基于熵權的評價矩陣；4）確定正、負理想解；5）計算各評價對象與正、負理想解的距離；6）計算評價對象與理想解的貼近度。具體步驟見文獻。

本文按貼近度大小將水資源承載力分為5個等級：低級[0，0.3）、警戒[0.3，0.4）、中級[0.4，0.5）、良好[0.5，0.6）、優秀[0.6，1.0]。

2.3耦合協調度模型

耦合協調度模型用于評價各子系統之間協調發展狀況。耦合協調度越大，表示各子系統間的協調發展水平越高，具體步驟見文獻。本文將耦合協調度劃分為失調[0，0.4）、瀕臨失調[0.4，0.5）、勉強協調[0.5，0.6）、初級協調[0.6，0.7）、中級協調[0.7，0.8）、良好協調[0.8，0.9）、優質協調[0.9，1.0]5個等級。

2.4障礙度模型

障礙度模型是通過計算指標與最優值之間的偏離度來確定每個指標阻礙程度的一種數學模型，該模型運算量小且不易受主觀因素影響，但不能反映評價對象的動態變化。具體步驟見文獻。

3結果與分析

3.1水資源承載力時間維度分析

2017-2021年引大人秦工程受水區水資源承載力貼近度總體呈小幅波動上升趨勢（見圖1）。2017年白銀區、蘭州新區、景泰縣、永登縣和皋蘭縣水資源承載力貼近度分別為0.65、0.78、0.22、0.25和0.36，2021年該值分別為0.66、0.79、0.24、0.26和0.54，上升幅度分別為1.5%、1.3%、9%、4%和50%。水資源承載力等級只有皋蘭縣由警戒等級上升至良好等級，其他4個縣（區）均保持不變，即永登縣和景泰縣處于低級．蘭州新區和白銀區處于優秀等級。2017-2021年皋蘭縣水資源承載力貼近度先升后降，上升幅度最大，其原因是皋蘭縣近幾年人均水資源量、人均GDP、綠化覆蓋率和生態用水率等正向指標均逐年上升，人均用水量、單位國內生產總值用水量和化學需氧量等逆向指標有所下降；白銀區貼近度先升后降再升，整體增大，先上升的原因是2018年白銀市獲批建設蘭白國家自主創新示范區，人均GDP大幅上升，但由于區域水資源短缺問題未得到根本解決，制約著農業和生態環境的發展，因此水資源承載力出現下降現象。

2017-2021年，引大人秦工程受水區水資源、生態環境子系統承載力水平低于社會經濟子系統的。根據《甘肅省實行最嚴格的水資源管理制度辦法》要求，2021年各縣（區）全面貫徹落實最嚴格水資源管理制度，水資源保護力度持續加大，因此未來引大入秦工程受水區生態環境將得到明顯改善，水資源承載力也將持續提升。

3.2水資源承載力空間維度分析

2017-2021年，引大人秦工程受水區水資源承載力貼近度均值由0.45增長到0.50，提高了11.11%，受水區各縣（區）貼近度均值由大到小排序為蘭州新區（0.78）gt;白銀區（0.70）gt;皋蘭縣（0.54）gt;永登縣（0.25）gt;景泰縣（0.22）。蘭州新區、白銀區和皋蘭縣水資源承載力等級分別為優秀、優秀和良好，原因是這3個縣（區）地理位置較為優越，對科教、環衛和生態保護等方面投入較大，基礎設施較為完善，水資源利用效率較高，人均GDP、每公頃農田灌溉用水量和生態用水率也較高，使得水資源、社會經濟和生態環境3個子系統間的發展更加協調；永登縣和景泰縣的水資源承載力等級為低級，原因是這2個縣受地理位置和環境的限制，基礎設施和技術條件尚不完善，社會經濟發展和水資源保護利用方面的協調能力較低。

3.3子系統耦合協調度分析

2017-2021年，引大人秦工程受水區的水資源、社會經濟和生態環境3個子系統間的耦合協調度先升后降。耦合協調度由2017年的0.797（中等協調等級）波動上升至2018年的0.802（良好協調等級），2019-2021年耦合協調度分別為0.801、0.800和0.800，始終維持在良好協調等級。早期引大入秦工程受水區的環境保護不足，當地居民的節水意識較差，水資源利用效率較低且浪費嚴重，一些產業耗水量大，使得引大人秦工程受水區水資源子系統與其他子系統間的協調關系失衡。隨著近年來我國對生態文明建設和環境保護重視程度不斷提高，引大人秦工程受水區水資源子系統與其他子系統之間的協調程度得到穩步提升。

3.4水資源承載力障礙度分析

根據障礙度由大到小排序，選取前6位的障礙因素作為2017-2021年阻礙引大人秦工程受水區水資源承載力的主要因素，分別為產水模數（C1）、人均水資源量（C2）、單位耕地水資源量（C3）、降水量（C4）、建成區綠化覆蓋率（C16）和生態用水率（C17）（見表2）。

4討論

本研究結果表明：引大人秦工程受水區水資源承載力水平呈緩慢上升趨勢，水資源、生態環境子系統的承載力水平低于社會經濟子系統的，這與吳明艷等的研究結果一致。產水模數C1、人均水資源量C2、單位耕地水資源量C3和降水量C4是引大人秦工程受水區水資源承載力的主要障礙因素（均屬于水資源子系統），其他兩個子系統的指標障礙度相對較小，這與李景等的研究結果一致。這4個主要障礙因素的障礙度之間差距不大，主要障礙因素集中在水量方面，表明水資源短缺是受水區發展的最大短板。2017-2021年白銀區、蘭州新區以及永登縣的障礙因素均為廢污水年排放總量，建議推進污染治理工作，構建與地區發展水平相匹配的污水治理體系，以生態文明建設和宜居城市建設為抓手，完善污水處理設施建設，實現生態保護和高質量發展相協調。因此，在促進經濟增長的同時減少水資源消耗及水環境污染是實現生態保護和高質量發展的重要途徑。綜上所述，為了提高引大人秦工程受水區水資源承載力和生態環境整體可持續性，需要通過提高水資源利用率和廢水回用率、加大水污染治理力度、落實節水措施等來提升水資源子系統的承載能力。

本研究采用熵權TOPSIS．耦合協調度和障礙度模型，主要根據所構建評價指標進行水資源承載力分析，雖然避免了主觀因素對權重計算的影響，但是指標選取和對指標評價依據的設定有較大的主觀性，使得計算結果與實際情況之間存在一定的偏差，故今后需繼續開展這方面的研究。

5結論

1） 2017-2021年引大入秦工程受水區水資源承載力水平呈緩慢上升趨勢，水資源承載力貼近度由0.45增長到0.50，提高了11.11%，水資源承載力水平由中級轉變為良好等級。2017-2021年，水資源和生態環境子系統承載力水平低于社會經濟子系統承載力水平。

2） 2017-2021年蘭州新區、白銀區、皋蘭縣、景泰縣和永登縣的水資源承載力貼近度均值分別為0.78、0.70、0.54、0.22和0.25，說明蘭州新區、白銀區和皋蘭縣的水資源承載力等級分別為優秀、優秀和良好，永登縣和景泰縣水資源承載力等級為低級。

3）引大入秦工程受水區水資源、社會經濟和生態環境3個子系統間的耦合協調度在2017-2021年間先升后降，耦合協調度等級由中等協調等級上升為良好協調等級。

4）產水模數、人均水資源量、單位耕地水資源量、降水量、建成區綠化覆蓋率和生態用水率是阻礙引大人秦工程受水區水資源承載力提升的主要因素。