區域水資源可持續利用評價
----以樂山市為例

趙 銳，閔 寧，張 涵，劉軼鋆

(1. 西南交通大學地球科學與環境工程學院，成都 611756； 2. 高速鐵路運營安全空間信息技術國家地方聯合工程實驗室，成都 611756)

隨著人口劇增及經濟不斷高速發展，水資源的需求量不斷增加，導致水資源短缺現象日趨嚴重[1,2]。水資源是支撐自然生態系統和社會生態系統不可替代的重要資源和關鍵因素，也是一種動態的、可再生但是又十分脆弱的資源[3]。中國雖水資源豐富, 但人均占有量少，加之水資源具有時空分布不均的特點，更加制約了經濟和社會的可持續發展[4-5]。在此背景下，掌握區域水資源綜合利用現狀已受到學者的廣泛關注。水資源利用評價是實現區域水資源可持續利用的前提和基礎[6,7]。其主要研究方法有系統動力學[8]、層次分析(AHP)[9]，模糊決策[10,11]，主成分分析[12]、因子分析[13]等。Kondratyev等利用系統動力學法建立外加負荷、臨界荷載、水資源質量參數、臨界濃度、水生生態系統狀態和地球化學沉積物狀態的六要素指標，對拉多加湖水質評價[14]。潘峰[15]等，周振民[16]等基于層次分析法，構建包括人均國內生產總值、人口增長率、污水排放等指標的城市節水評價體系，分別對衡水以及鄭州的水資源利用情況進行綜合評價，以期推進城市水資源高效利用和管理。田愛民[17]的研究也選取了相似的指標，利用模糊決策對濟南水資源可持續利用情況進行綜合評價。郜彗[18]等以江門市為例，利用層次分析對模糊綜合評價矩陣中各指標進行權重分配，凸顯各指標的相對重要性。為克服主觀權重的隨意性，代穩[19]等利用熵權法對指標進行權重分配，結合模糊決策對六盤水2000-2010年的水資源可持續利用狀況進行評價。此外，麻榮永及白若男等基于主成分分析，選取包括降水總量、人口數、城鎮居民消費水平、人均水資源量、生產用水量等若干指標，以廣西和成都市為例分別評價兩個區域的水資源承載能力[20,21]。

前述研究多反映某一區域內某一具體年份的水資源綜合利用狀況，卻難以刻畫出時序變化規律。本文以樂山市為典型案例，對其2001-2012年間水資源利用情況開展綜合評價，確保評價時間連續，以期反映該區域近年來水資源利用的變化。基于水資源利用的社會、經濟和生態合理性建立了評價指標體系，為克服評價過程中存在的主觀隨意性，研究采用熵權法確定各指標權重。在此基礎上，構建出水資源模糊綜合評價模型，以期為區域水資源的合理開發和利用提供理論依據。

1 模糊信息熵綜合評價模型

研究通過對樂山地區的調研，結合現有的水資源統計資料，建立了社會、經濟和生態合理性3個評價維度，以此反映區域水資源系統的發展水平以及同社會、經濟系統的協調[14]。所構建的評價指標體系如圖1所示，指標選取基于下述原因：樂山市經濟發展迅速，作為全國知名旅游城市，一方面可能增加生態建設的投入，另一方面也可能導致生態用水過量。樂山市水資源總量豐富，但可利用水資源分布不平衡。近年來樂山市人口呈增長趨勢，探討人口密度和人均水資源占有量的變化可體現該區域水資源分配的合理性。下文將采用熵權法確定各指標的權重， 進而結合模糊決策建立水資源協調與分配合理程度的綜合評價模型，得出水資源利用評價結果。

圖1 水資源可持續利用評價體系

1.1 權重確定

各指標權重不隨研究區域的改變而改變，從而造成評價結果客觀性受到影響[22]。本研究采用熵值法確定權重，其基本思路是根據各指標傳遞給決策者信息量的大小來確定指標權數[23]。某個指標信息熵越大，表明指標變異程度越小，提供信息量越少，在綜合評價中所起作用越小，其權重越小。反之，指標的信息熵越小，其權重越大[24]。根據信息熵定義,評價矩陣X中第j項指標的信息熵為：

(1)

式中：p為評價對象個數。

某項指標的信息效用價值取決于該指標的信息熵Ej與1的差值，即：

Dj=1-Ej

(2)

某指標的效用價值越高，則對評價的重要性就越大，該指標的權重也就越大，第j項指標的熵權為：

(3)

1.2 模糊綜合評價

模糊綜合評價是通過構造等級模糊子集把反映被評事物的指標進行量化，利用模糊變換原理對各指標進行評價，其基本步驟如下[25-27]：

(1)確定評價對象的m個評價指標。

u={u1,u2,…,um}

(4)

(2)確定評語等級集合。

v={v1,v2,…,vn}

(5)

(3)構建模糊關系矩陣R。在構造等級模糊子集后，從每個因素ui(i=1,2,…,m)逐個對被評事物進行量化，確定被評事物對等級模糊子集的隸屬度(R|ui},得到模糊關系矩陣如下：

(6)

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個被評事物從因素ui來看對vj等級模糊子集的隸屬度。

(4)確定評價因素的權向量。評價因素的權向量為：W=(w1,w2,…,wm)。權向量W中的元素wi本質上是因素ui對模糊子集 的隸屬度。

(5)合成模糊綜合評價結果向量。將權向量W與各被評事物R進行合成，得到各被評事物的模糊綜合評價結果向量B，即：

(7)

式中：bj是由W與R的第j列運算得到，表示被評事物從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。評價結果定級如表1所示，本文將水資源可持續利用程度的評價按照0～1分為5個評價等級[25]，其中0～0.2為很差，0.2～0.4為較差，0.4～0.6為一般，0.6～0.8為良好，0.8～1.0為優秀。

表1 模糊綜合評價結果定級

2 案例分析

樂山市位于四川盆地西南部，總面積為12 827 km2，坐落在岷江、青衣江、大渡河三江交匯處，總人口為324.33萬人，年降水量在1 000 mm以上。以2014年為例，全市水資源總量111.96 億m3，人均水資源占有量3 147 m3。各指標測算方法如表2所示，基礎數據主要來自于《四川省水資源公報》(2001-2012)，以及《樂山市統計年鑒》(2001-2012)，經無量綱化處理后代入模糊綜合評價模型進行評價。

表2 評價指標測算

2.1 水資源利用評價結果

通過熵值法對各個指標進行了賦權分析，其結果如表3所示。結果表明：社會合理性、經濟合理性和生態合理性對整個評價系統均占有1/3的權重，即考慮3個子系統在評價中的貢獻基本一致。對社會合理性中的3個分項評價指標，人均水資源占有權重相對較大，占44.1%的比重；經濟合理性中，3個評價指標基本各占1/3的權重；而生態合理性中，人均污水排放量所占權重最大，占41.8%的比重。

表3 評價指標權重值

結合模糊綜合評價模型，樂山市2001-2012年水資源可持續利用評價值如表4所示。結果表明：2001年到2012年間，樂山市水資源利用的整體合理性基本處于E2(良好)和E3(一般)的水平。其中，2001年到2007年間處于良好水平(即評價等級水平位于0.6

表4 2001-2012年間樂山市水資源利用評價值

水資源綜合利用變化趨勢如圖2所示。在2007年以前，樂山市水資源利用合理性的綜合評價值均處于0.6到0.7之間，可持續利用程度處于良好水平，還具備一定的開發潛力。值得堪憂的是2007年之后，評價值由0.6逐漸下降到0.48，可持續利用程度呈下降趨勢，處于較差水平，嚴重制約著樂山市水資源配置以及區域經濟發展。整體來看，2001-2012年間樂山市水資源可持續利用水平在逐步降低。

圖2 樂山市水資源利用合理性綜合評價結果

樂山市水資源社會合理性評價結果如圖3所示：從2001年到2003年間，水資源社會合理性基本保持平穩，處于優秀水平，評價值在0.8左右。自2004到2009年間，由良好下降為較差水平，評價值也由0.705下降的0.303。2010年之后又緩慢上升，但基本處于較差水平，評價值在0.4上下波動。這可能與樂山市近年來人口快速增長有關，自2004年到2009年樂山市人口以平均每年將近3%的速度增長，而樂山市可利用水資源總量有限，從而造成人均水資源占有減少，導致樂山市水資源社會合理性在一定時期內呈下降趨勢[31]。2009年后，人口自然增長率相對放緩，人均水資源占有稍有提高，社會合理性呈上升趨勢。

圖3 樂山市水資源利用社會合理性評價結果

自2001年到2012年間，經濟合理性呈擬正態分布趨勢，如圖4所示。在2006年前后，樂山市經濟整體發展良好，水資源利用也較為合理，處于良好水平，評價值在0.6到0.8之間波動。結果與樂山市編制的“十一五”規劃中將經濟增速由“十五”期間的12.5%降低到11%，以達到提質增效，實現可持續發展等戰略部署密切相關[32]。

圖4 樂山市水資源利用經濟合理性評價結果

生態合理性由2001年的0.389上升至2012年的0.75，基本保持平穩，呈緩慢上升狀態，如圖5所示。其可能原因是樂山市始終致力于全面推進節水型社會建設，以期從根本上改變水資源粗放利用的現狀。此外，通過提高城市污水系統的收集率來改善水環境污染的現狀，促進產業發展良性循環；完善水資源供給與水資源保護，以確保水資源的可持續利用[33]。

圖5 樂山市水資源利用生態合理性評價結果

2.2 討 論

樂山市水資源可持續利用整體呈下降趨勢。針對其可持續能力減弱的問題，必須做到開源與節流并舉，改變現存的不合理、粗放型、高耗水的水資源利用方式，走節水型經濟和社會發展的道路等[34]。除此之外，應根據樂山市實際情況提高生產技術、發展污水處理技術、提高水資源重復利用率[35]，以期增強水資源可持續利用能力，實現經濟與環境的可持續發展。

在分項評價方面，社會合理性自2001年到2009年持續下降，而后又逐步上升。其主要原因可能與人口增長、水資源價格機制不合理等因素相關。可采取有效措施控制人均水資源的需求，例如通過對居民用水逐步推行定額管理辦法等減少水資源浪費[36]。

經濟合理性在2006年達到最高，而后逐漸降低，呈擬正態分布的趨勢。其主要原因在于近年來樂山市始終把經濟發展與資源保護的并存提到一個戰略高度來對待，實施了一系列水環境經濟政策，如強化依法管水，加大執法力度，增加水資源保護的經濟投入等，積極推進水資源開發利用方式從粗放型向節約型轉變[37]。順應經濟發展新常態的特點，抓好資源水利、文化水利、特色水利建設，強力推進水利項目建設，不斷提升水利保障全市經濟社會發展的能力[38]。

生態合理性自2002年后呈穩步上升趨勢，與樂山市實施的一系列環保治污措施密切相關。例如樂山市 “十二五”規劃中要求在2015年全市污水處理率達到80%以上，城鎮污水處理廠負荷率達80%以上。在規劃的實際執行中，樂山市人均污水排放量在過去10年間明顯降低[39]。

3 結 論

本研究利用模糊信息熵的決策模型建立了以社會合理性、經濟合理性和生態合理性為子系統的水資源評價指標體系。采用熵值法確定了各項的指標權重，并結合模糊評價的方法對樂山市水資源可持續利用程度進行了宏觀綜合評價。評價結果反映出2001-2012年間，樂山市水資源的綜合利用合理性整體呈下降趨勢，可持續發展能力在不斷減弱。分項評估值中，社會合理性呈下降趨勢，經濟合理性大致呈先增后減，呈擬正態分布的趨勢，而生態合理性則基本保持平穩。

此外，本研究還存在兩方面的不足：一方面在構建水資源可持續利用評價指標時，僅僅選取了9個具有代表性評價指標，但能否有效反映區域水資源的協調和配置狀況還值得進一步驗證。另一方面，對于模型中評價指標權重的不確定性，在今后的研究中還應加強對權重方法靈敏度和有效性的校驗，如將主觀賦權與客觀賦權相結合，以使該模型可應用于更廣泛的案例評價。

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