齊齊哈爾市水資源匱乏程度研究分析

郎景波，付 強

(1.東北農(nóng)業(yè)大學水利與建筑學院，哈爾濱150030;2.黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱150080)

齊齊哈爾市位于黑龍江省西南部的松嫩平原，屬溫帶大陸性季風氣候，四季特點十分明顯，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季暫短霜早，冬季干冷漫長，全市多年平均降水量454.2 mm，年內(nèi)、年際變化較大，素有“十年九春旱”。全市轄內(nèi)7區(qū)8縣1市，轄內(nèi)大部分市縣屬工程性缺水地區(qū)，克東、克山、拜泉等縣屬資源性缺水地區(qū)。由于近年來該市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)、生活、生態(tài)用水大量擠占農(nóng)業(yè)用水，水資源供需矛盾不斷加劇，已經(jīng)成為該地區(qū)城市建設(shè)和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素[1]。即使在節(jié)水水平較高的條件下，水資源供需仍然存在很大缺口。因此，本文采用水資源匱乏指數(shù)，分析該市水資源現(xiàn)狀，為水管理決策者提供優(yōu)先次序的信息，為下一步合理開發(fā)利用水資源，穩(wěn)定水資源供應(yīng)力，實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，提供一定的理論依據(jù)。

1 水資源匱乏指數(shù)

水匱乏指數(shù)是綜合考慮一個區(qū)域的水資源自然狀況、水資源獲取、水環(huán)境狀況及水資源利用能力和潛力的一個綜合數(shù)值，由英國自然環(huán)境研究委員會生態(tài)水文中心的Caroline教授等提出，并已在不同空間尺度進行了應(yīng)用[2]。

1.1 水資源匱乏指數(shù)的構(gòu)成

水資源匱乏指數(shù)是由5個與水密切相關(guān)的關(guān)鍵部分集合而成的一個整體框架，這5個組成部分為[2]:

1)資源(R)，主要指在考慮水資源總量、水質(zhì)和水資源變化的情況下，地表水和地下水在自然條件下的可用性。

2)途徑(A)，主要是指水資源可以為人們所利用的范圍，包括距安全取水點的距離、每個家庭取水所需時間和其它重要因素。途徑不僅涉及生活用水，還涉及農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水。

3)能力(C)，主要是指人們有效管理水資源的能力和效率，包含購買清潔水資源的能力、與收入相關(guān)的教育、健康狀況等，這些因素均能影響政府管理水供給的能力。

4)利用(U)，主要是指不同部門為實現(xiàn)不同目的而利用水資源的方式和效率，包括生活、農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水。

5)環(huán)境(E)，主要是評價與水資源和當?shù)厮h(huán)境中生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的環(huán)境的完整性。

1.2 水資源匱乏指數(shù)的計算

水資源匱乏指數(shù)的計算方法主要有加權(quán)平均法、差異分析法及矩陣分析法等，最為常用的是加權(quán)平均法[3－4]:

式中:WPI為某一特定區(qū)域水資源匱乏指數(shù)的值;Xi為水資源匱乏指數(shù)的第i個組成部分;wi為各組成部分的權(quán)重。

每一個由Xi許多次級組成，因此采用同樣的方法合成單個Xi的數(shù)值。水資源匱乏指數(shù)可改寫為:

上式為資源(R)、途徑(A)、能力(C)、利用(U)和環(huán)境(E)5個組成部分的加權(quán)平均。每個組成部分首先進行標準化，使其值在0～100范圍內(nèi)，因此WPI的取值范圍也是0～100。最高值是最好的情況(或者水資源匱乏可能性最小)，最低值是最不利的情況。當各組成部分的權(quán)重很難確定時，為了保證評價的透明性，可以采用等權(quán)，即各組成部分的權(quán)重設(shè)為1，上式亦可改寫為:

2 齊齊哈爾市水資源匱乏程度研究

2.1 樣本評價指標集的歸一化處理

設(shè)各指標值的樣本集為{x(i，j)│i=1，2，…，n;j=1，2，…，m}，其中x(i，j)為第i個樣本第 j個指標值，n和m 分別為樣本的個數(shù)和指標的數(shù)目。為消除各評價指標值的量綱和統(tǒng)一各指標值的變化范圍，采用下式對樣本集進行歸一化處理[5]:

對于越大越優(yōu)的指標:

對于越小越優(yōu)的指標:

式中:xmax(j)、xmin(j)分別為第j個指標的最大值和最小值，r(i，j)為指標特征值歸一化序列。為了保證WPI的計算結(jié)果在0～100，具體歸一化處理后得到的數(shù)值乘以100。

2.2 齊齊哈爾市水資源匱乏程度計算與分析

齊齊哈爾市是全國重要的重工業(yè)基地之一，黑龍江省第二大城市，為我省工業(yè)化進程和農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了重大的貢獻。但是作為水資源貧乏區(qū)，水資源系統(tǒng)能否支撐社會發(fā)展規(guī)模的擴大一直是研究的熱點，基于上述方法，本文研究齊齊哈爾市水資源匱乏程度，在認清現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，理解水資源如何有效利用才能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。

確定2007年為現(xiàn)狀年，證WPI值分級劃分標準和計算結(jié)果見表1和表2。

表1 WPI值分級劃分標準

表2 齊齊哈爾市現(xiàn)狀年WPI值及各組成要素值

由表2可以看出，市區(qū)的WPI值為107.13，處于安全級別，水資源匱乏的可能性較小;其余縣(市)的數(shù)值均處于中等安全級別范圍內(nèi)，WPI值從大到小的順序依次為龍江縣、甘南縣、泰來縣、訥河市、依安縣、富?？h、拜泉縣、克山縣和克東縣，表明以上縣(市)的水資源匱乏可能性逐漸增大，其中龍江縣WPI值最大為52.34，克山縣最小為17.43。

雷達圖具有直觀、便于觀察等優(yōu)點，雷達圖中直線所圍起的面積可以很直觀的表達出各種要素值的大小、優(yōu)劣等情況，因此本文采用雷達圖描述齊齊哈爾市WPI各要素值。

從圖1和圖2可以看出，雷達圖中市區(qū)的包圍面積最大，WPI值較高，說明現(xiàn)狀年市區(qū)的各要素指標值均較大，水資源開發(fā)利用程度較高。主要是由于2010年市區(qū)的過境水量多于其他各縣(市)，直接決定了R值大于其他各縣(市);市區(qū)的城市輸配水管網(wǎng)較其他縣(市)完善，渠道配套工程相對較好，工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水，取水便利，因此A值較高;C值與收入、支出水平、教育水平、健康狀況等密切相關(guān)，作為中心城市，教育的普及率及其他方面均較高，因此C值也較高。綜合來說，市區(qū)的WPI值最大是與實際情況相符的。

圖1 市區(qū)、訥河、龍江、依安、泰來5縣(市)WPI值各要素圖

圖2 甘南、富裕、克山、克東、拜泉5縣WPI I值各要素圖

龍江縣E值較高，這是因為在2010年的森林面積統(tǒng)計中，該縣森林覆蓋面積達90 500 hm2，高于其他縣(市)，當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境環(huán)境相對完善。依安、克山、克東、拜泉縣在圖中所包含的區(qū)域較小，說明其在水資源開發(fā)利用方面與其他縣(市)相比有較大的差距，應(yīng)加強水資源優(yōu)化配置，搞好開發(fā)利用，以水資源的可持續(xù)利用保障經(jīng)濟、社會的快速發(fā)展。

3 結(jié)論

1)水資源的短缺和污染等問題目前已經(jīng)成為齊齊哈爾市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，更是實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會目標所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。因此，認清該區(qū)域的水資源狀況，評價該區(qū)域的水資源匱乏程度，可以為管理決策者對水資源的有效管理和合理利用提供一條有效的途徑。本文采用水資源匱乏指數(shù)評價齊齊哈爾市的水資源狀況，結(jié)果符合實際情況，表明該指數(shù)用于齊齊哈爾市水資源匱乏程度評價是可行的。

2)由齊齊哈爾市水資源匱乏程度計算結(jié)果可知，2010年市區(qū)的WPI值最大，處于安全級別范圍，水資源匱乏的可能性較小，這與城市輸配水管網(wǎng)、渠道配套工程程度較高，收入、教育普及率高等實際情況相符?？松健⒖藮|、拜泉縣等WPI值較小，說明這些縣應(yīng)加強水資源合理開發(fā)和優(yōu)化配置，以保證社會經(jīng)濟的可持續(xù)健康發(fā)展。

[1]王維國，岳國鋒，郎景波.齊齊哈爾市地區(qū)水資源可持續(xù)承載能力分析[J].節(jié)水灌溉，2012(02):50－52，56.

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[3]劉東，趙清，白雪峰.水匱乏指數(shù)在區(qū)域水安全評價中的應(yīng)用[J].灌溉排水學報，2009，28(04):55 －58.

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[5]付強.數(shù)據(jù)處理方法及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用[M].北京:科學出版社，2006.