基于Bossel指標體系的梨樹縣地下水資源可持續利用評價

董 毅，梁秀娟，肖長來，王一凡

(1.地下水資源與環境教育部重點實驗室，吉林長春130021；2.油頁巖地下原位轉化與鉆采技術國家地方聯合工程實驗室，吉林長春130021；3.吉林大學新能源與環境學院，吉林長春130021)

0 引 言

地下水可持續利用程度評價歷來廣受業界重視，通過對地下水資源的可持續性進行評價，可為制定國家宏觀經濟決策、區域社會經濟發展規劃服務[1]。如今，借用指標體系評價已發展成為地下水可持續利用評價的一種較為可行的方法。樓文高等[2]將神經網絡法應用于區域水資源可持續利用評價；唐德善等[3]采用模糊模式識別分析的方法，評價了新疆近年水資源的可持續利用水平；陳守煌等[4]第一次在水資源可持續利用評價中采用了模糊可變評價方法；任政等[5]提出了基于屬性區間識別理論的評價方法；湯淏等[6]將綜合評價法與熵權法結合，建立了應用于水資源可持續利用評價的模型；張博等[7]基于生態網絡分析，提出了流域水資源可持續性評價方法。本文基于以上研究基礎，結合Bossel基本類定向指標的評分標準，對吉林省梨樹縣地下水資源可持續發展程度進行了分析與評價。

表1 基于Bossel框架的梨樹縣地下水資源可持續發展系統定向指標體系

1 研究區概況

梨樹縣位于吉林省西南部，東南部為低山丘陵，溝谷發育，中部構成山前沖洪積平原，北部多構成河谷沖積平原。東南部地層分布有上元古界西保安組磁鐵石英巖、上古生界石炭系磨盤山組大理巖化灰巖、中生界侏羅系粗碎屑巖夾雜細碎屑巖、煤、膨潤土；西北部多為第四系亞砂土、砂礫石。

梨樹縣南部山區地下水類型為非均一的基巖裂隙水，之后向中北部平原區逐漸轉變為碳酸鹽巖類裂隙溶隙水，再到較為均一的碎屑巖類裂隙孔隙水、松散巖類孔隙水，富水性隨之由弱到強變化。河谷階地孔隙潛水含水層(分布于東遼河、招蘇臺河河谷平原)和黃土臺地孔隙裂隙混合潛水含水層(分布于郭家店、榆樹臺、杏山、喇嘛甸一帶)為本次地下水資源評價的對象。研究區地下水資源總補給量為3.07×108m3/a，總排泄量為3.89×108m3/a，排泄量大于補給量，地下水位下降，表現為負均衡狀態。

2 地下水資源可持續利用評價

2.1 建立指標體系

為了對研究區的地下水資源可持續利用程度進行分析，選用了水環境-社會經濟-環境復合(RSWRS)系統[8-10]，建立Bossel指標體系(見表1)。按照計算公式分別計算各指標值；按照Bossel評分標準對各指標進行分級[11-13]；并采用直線型量化法對2012年～2015年梨樹縣相關指標進行量化評分；對6項基本類定向指標中所包含的2項指標按等權加權[11]計算，得到各基本類定向指標指數(見表2)。

表2 地下水可持續發展系統基本類定向指標指數

2.2 發展態勢評價

2.2.1 發展指數計算

本文采用離差平方和最大法[12]計算權重，即

子系統的可持續發展指數依據下列公式計算

式中，Ci(t)表示t時刻第i個子系統的發展指數；wij表示第i個子系統中第j類定向指標的權重。

由此可分別求得2012年～2015年的各個子系統基本類定向指標的可持續發展指數值，并且可以求得各基本類定向指標占系統的最優權重。最后，按照下式計算可持續發展綜合指數， 即

式中，C(t)表示t時刻可持續利用系統的發展指數。

研究區地下水可持續發展綜合指數見圖1。從圖1可知，發展綜合指數在2013年后呈下降趨勢，說明該縣的社會經濟發展、地下水開發水平以及環境的發展水平在2013年后都呈下滑趨勢。

圖1 地下水可持續發展綜合指數

2.2.2 發展態勢分析

系統發展態勢度量標準見表1[10]。本文采用直線法對研究區地下水資源的發展態勢進行評價。研究區可持續發展態勢指數見圖2。從圖2可知，發展態勢總體呈下降趨勢，這很大程度上取決于地下水資源子系統中“生存”這個基本類定向指標，而這又與人均地下水資源占有量以及地下水可開采資源模數存在關聯。

表3 系統發展態勢度量標準

圖2 地下水可持續發展系統發展態勢

2.3 協調性評價

本文用協調度來度量3個子系統之間的協調關系，分別設3個子系統為i、j、k，其對應的系統發展指數為Ci、Cj、Ck，則協調度按下列公式計算[12]，即

式中，α為協調度。

研究區地下水資源可持續發展系統協調度見圖3。從圖3可知，協調性呈下降趨勢，說明梨樹縣在經濟發展的同時，也存在水資源貧乏和水污染嚴重的隱患。

圖3 地下水資源可持續發展系統協調度

2.4 公平性評價

圖4 地下水資源可持續發展公平性

2.5 可持續性評價

系統的可持續性程度判定標準：可持續程度S(t)為0～0.6時為不可持續；S(t)為0.6～0.8時為弱可持續；S(t)為0.8～1.0時為準可持續；S(t)為1時為可持續。可持續性程度評價計算公式如下[12]

S(t)=[P(t)·α(t)·B(t)]1/3

式中，P(t)表示發展態勢值；α(t)表示協調度值；B(t)表示公平程度值。

由此，可以得出研究區水資源的可持續性程度，見圖5。從圖5可知，梨樹縣地下水的可持續性程度具有一定的波動性，均處于一種不可持續的狀態。

圖5 研究區水資源的可持續性程度

3 結 語

本文基于Bossel指標體系，對梨樹縣地下水資源的可持續性進行了評價，得出以下結論：

(1)運用 Bossel 框架進行分析得到的梨樹縣地下水可持續發展系統的發展態勢總體呈下降趨勢，2013年之后均處于危險級別，為不可持續。

(2)研究區地下水資源的可持續利用系統發展態勢在很大程度上受到地下水資源子系統的影響，而這主要是被該子系統中“自由”這個基本類定向指標反映出來的，與人均地下水資源占有量和地下水可開采資源模數2個具體指標存在關聯。

(3)在研究區地下水的開發利用過程中，建議采取諸如加強跨流域引水工程建設、加強節約用水管理等措施，以實現該地區地下水的可持續利用。