遼寧省水資源可持續利用綜合評價

秦 陽

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110094)

可持續健康發展以及生態文明建設的關鍵為實現水資源的協調發展，目前來看，水資源與水環境問題已趨近于極限承載狀態。可持續利用的評價研究，對于促進水系統的良性循環和人水和諧發展的意義重大，它是支撐環境、資源與社會系統的基礎性自然資源。水資源可持續利用內涵是在現有的技術水平和發展條件下，能夠維持生態自然完整性與水系統持續性，最大程度地實現環境、自然、人口與經濟社會的協調發展，并滿足當下與后代的用水需求。水資源不僅要保證其開發利用的持久性與連續性，而且還要滿足當代人類活動與經濟發展要求，二者具有密切的作用關系[1，2]。許多學者對水資源利用開展了大量研究，如韓大軍等[3]以湖州市為例在詳細分析了水資源開采現狀和生態環境特征的基礎上，提出了相應的水資源管理對策和措施；葛永銘等[4]以湖州市為例，根據能值理論對水資源可持續利用能力和發展水平進行了科學地探討。目前，較為常用的評價方法有屬性識別法、物元分析法、灰色聚類法、模糊數綜合法等，并以模糊綜合法的應用最為普遍和常見[5- 7]。

水資源相關研究表明，人為主觀賦權可能引起權重偏差以及評價等級分辨率較低等水資源可持續利用研究的主要問題，并且可持續利用評價通常是一項多個非線性指標組合。傳統的數據分析法往往會因數字化限制，而難以準確發現各因素之間的內在規律。據此，本文基于各因素的不確定性特征，引入三標度法對可持續利用問題進行梯階分解，在此基礎上通過專家評分確定了層級指標權重，并對遼寧省2016年水資源可持續利用通過模糊數學法進行科學、客觀地評價，以期為該區域水資源發展規劃和開發利用提供一定決策依據。

1 水資源可持續利用綜合評價方法

1.1 構建指標體系

系統、全面的指標體系是可持續利用分析的重要步驟和關鍵內容，影響可持續利用的因素較多且因素之間通常具有模糊的、不確定的復雜關系。評價指標體系是由多個子系統構成的多層級復雜的整體，各層級之間相互作用、相互影響，具有十分復雜的模糊性關系。因此，指標的選取不僅要反映區域水資源特征、內涵等基本內容，并且能夠覆蓋與水資源相關的各個方面，同時考慮系統本身的發展狀況以及各子系統之間的協調作用。評價指標應盡可能的內涵豐富、度量簡便、靈敏性強，并且能夠最大限度的反映系統特征，因此建立指標體系應遵循如下原則。

(1)全面性。將指標體系作為一個整體來預測和評價區域水資源利用狀態，體系應包含各個構成要素和子系統內容，特別是要重點考慮具有大量信息和能夠反映水資源重要特征的指標。

(2)顯著性。指標應能夠最大程度反映系統的基本特征和各子系統之間的差異，指標體系中單一指標所包含的信息應盡可能的豐富。

(3)可操作。水資源影響因素較多，在實際應用時不可能考慮所有指標數據。因此，指標的選取應充分利用現有資料和統計數據，使指標值便于量化，具有可操作性。

(4)科學性。所選取的指標應按照一定的準則和要求進行選取，而不能盲目依據個人偏好進行選擇。指標內涵明確并且具有一定的科學性，客觀、科學地反映系統內水資源管理目標和作用關系。

據此，本文根據水資源系統特點、區域自然特征以及社會經濟發展要求，在充分考慮了水資源條件、供需水狀態、經濟發展水平以及生態環境的基礎上，按照上述原則選取了22項典型指標，見表1。

表1 評價指標體系

1.2 三標度法確定指標權重

通過對水資源可持續利用系統的模擬和抽象處理，即可構成用于分析的指標體系，但是各指標對系統整體影響程度存在一定差異，因此引入權重的方式反映其貢獻程度。構造系統各層級的判斷矩陣為確定指標權重的關鍵步驟，本文采用三標度法構造判斷矩陣，相對1～9標度法具有操作簡單、判斷便捷的優勢，并且可在一定程度上增加矩陣的邏輯性和準確性。

(1)

1.3 建立綜合評價數學模型

引入區域水資源評價模型(U，V，R)，其中權重集和模糊矩陣分別為W=(w1，w2，…，wn)與R=(rij)n×m，然后利用公式B=W·R轉換，則可將建立模糊矩陣R轉換為評語集，并以此作為最終的評判結果。

建立評語集V=(v1，v2，…，vp)，vk為可能存在的第k種結果。結合研究區域水資源狀況和社會經濟條件，可將其可持續利用程度評價劃分為很高、較高、一般、差4個結果，所對應的評語集為V=(v1，v2，v3，v4)。

(1)一級綜合評價。假定rijk為第二層次指標cij對目標層的隸屬度，則可建立該層次的模糊矩陣，如下所示：

(2)

考慮到影響可持續利用的因素較多的實際情況，且各因素之間具有較為復雜的非線性關系，因此可利用定量分析或M(·，+)計算模型進行隸屬度rijk的計算，所以一級區域評價集可表示為：

Bi=Wi·Ri=(bi1，bi2，…，bip)

(3)

(2)二級綜合評價。同理，可利用定量分析或M(·，+)計算模型得到二級區域評價集，其表達式如下：

(4)

2 實例應用

2.1 區域概況

遼寧省位于我國東北部地區，處于東經118°53′～125°46′，北緯38°43′～43°26′之間，臨黃海、渤海，東與朝鮮相近，全省占地面積14.8萬km2；屬于大陸性季風氣候，冬冷干燥、夏熱多雨，年降水量為400～1100mm，水資源補給以大氣降水為主。該區域水資源量主要包括降水入滲補給和地表徑流量兩大部分，年均水資源量為341.79億m3。東南部與渤海相鄰水源面積較大，降水量較為充足，西北區域降水較少并且風沙干旱現象較為頻繁。境內主要包括大凌河、遼河、渾河、太子河和繞陽河等河流，年際水資源量呈現出典型的周期性豐枯變化特征，其中75%以上的降水量集中在汛期6—9月，并多以暴雨和強降雨的形式出現。境內約80%以上的區域處于極度或重度缺水狀態，且已經具有較高的水資源開采程度。近年來，隨著經濟的發展和人口數量的增大，水環境問題日趨突出，部分區域已超過河流水系的自凈化能力和納污承載極限，水問題已成為制約經濟發展與生態文明建設的關鍵因素[8- 12]。

2.2 水資源可持續利用評價

根據遼寧省水資源公報、統計年鑒、政府工作報告等相關資料，收集整理各指標初始數據，并建立評價指標集。然后對各層次指標采用三標度法求解，其中第一、第二層次指標權重向量分別為W=(w1，w2，w3，w4)、Wi=(wi1，wi2，…，wim)。以水資源條件C1為例，兩兩對比判斷二層指標C11、C12、C13、C14對水資源條件C1的影響程度，從而構建直接比較矩陣為：

然后通過計算比較矩陣各行要素之和，得到最大值rmax、最小值rmin和基點標度bm分別為7、4、1。利用擬優傳遞矩陣計算方法，可得到自然滿足一致性檢驗的判斷矩陣：

對上述矩陣的最大特征根利用方根法求解，可得到相應的特征向量：W1=(0.092，0.278，0.163，0.467)，即為水資源條件對應于其二層指標的權重，同理可分別求得其他指標的權重。

然后利用模糊綜合評價公式，分別求得集合B1、B2、B3、B4，按照上述計算流程最終求得一層指標權重向量W=(0.315，0.251，0.240，0.194)。利用公式B=W·R方法，得到水資源利用最終評價結果B=(0.233，0.268，0.315，0.185)。按照最大隸屬度原則，最終可得到水資源可持續利用隸屬于第3評語，其隸屬度最大為0.315，由此表明遼寧省2016年水資源可持續利用處于“一般”的水平，該評價結果與專家評分結論保持一致。

遼寧省經濟比較發達，且人口較為集中，為進一步提高該區域水資源可持續利用水平，可根據水利工程措施、水資源開發以及水資源配置，有針對性地提出有效的措施：在社會經濟與水資源條件不匹配的區域，加大水利工程建設的資金投入，促進區域水資源的合理調配；加快解決水利工程帶病運行、設備老舊等問題提高用水效率，并進一步緩解區域用水壓力。

3 結論

本文基于遼寧省社會經濟、自然環境、水資源系統等狀況，分別從4個方面選擇了典型的評價指標，并建立指標體系。然后引入三標度法確定了能夠自然滿足一致性檢驗的指標權重，對該區域水資源可持續利用借助模糊數學法進行了科學評價，主要結論如下。

(1)利用三標度法構造的擬優傳遞矩陣可不必進行一致性檢驗，并且能夠盡可能地保留初始判斷矩陣的有效信息，該方法簡化了綜合分析過程，并且具有較高的自動調整能力。

(2)遼寧省2016年水資源可持續利用處于“一般”的水平，該評價結果與專家評分結論保持一致，本文所建立的評價模型和指標權重確定方法具有較強的實用性與準確性。