基于可持續(xù)發(fā)展理念的區(qū)域水資源評價指標體系研究

(蓋州市水利勘測設計隊，遼寧 營口 115200)

可持續(xù)水資源管理是當今世界水問題研究的熱點，也是我國水資源可持續(xù)利用發(fā)展的重大需求問題。國內(nèi)學者從20世紀90年代起開展了水與可持續(xù)利用的相關(guān)研究，縱觀我國水資源時空分布特點及開發(fā)利用現(xiàn)狀，水資源可持續(xù)發(fā)展研究主要是以維護水資源、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展為前提，以提高人們的意識為基礎，以科學技術(shù)為手段，以社會經(jīng)濟為核心，以社會發(fā)展為最終目標，實現(xiàn)資源-生態(tài)-科技-經(jīng)濟相互耦合，構(gòu)成全面、科學、協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展符合系統(tǒng)[1-2]。

可持續(xù)發(fā)展是一個多系統(tǒng)、多層次、多指標的大系統(tǒng)，作為各種資源基礎的水資源也構(gòu)成了一個多層次、多動態(tài)的復雜分支系統(tǒng)。從系統(tǒng)的整體分析，生態(tài)環(huán)境為社會經(jīng)濟發(fā)展提供了生存環(huán)境，水資源系統(tǒng)支持著經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展，經(jīng)濟系統(tǒng)為社會系統(tǒng)提供了物質(zhì)保障，系統(tǒng)之間的相互交叉關(guān)系構(gòu)成了可持續(xù)發(fā)展下的復雜水資源耦合系統(tǒng)。因此，為表達這4個復雜系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，水資源承載力評價應從水資源評價指標體系建立出發(fā)，目前評價方法主要有兩類：一類是從水資源供需平衡分析基礎上考慮用水結(jié)構(gòu)而建立的指標體系對區(qū)域水資源承載力的評價；另一類是選擇反映區(qū)域水資源數(shù)量、質(zhì)量、開發(fā)利用率、動態(tài)變化等的主要影響因素指標，考慮社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)與結(jié)構(gòu)水平發(fā)展，利用數(shù)學模型和方法綜合評價水資源承載力[3]。

本文在已有的相關(guān)研究成果基礎上[4-6]，借鑒可持續(xù)發(fā)展思想和水資源評價指標體系構(gòu)建經(jīng)驗，從動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合角度構(gòu)建復雜耦合的評價指標體系，使水資源承載力評價具有科學性、準確性、系統(tǒng)性和層次性。

1 研究方法

水資源評價指標體系是以水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境為有機整體，謀求這3個方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源是不是能夠滿足可持續(xù)發(fā)展，主要體現(xiàn)在水資源承載力計算上，而水資源承載力計算中水資源承載力評價指標體系建立是否完整是關(guān)鍵。由于研究的范圍比較廣，故選用德菲爾法和層次分析法組合進行指標體系結(jié)構(gòu)的建立。

1.1 德菲爾法

德爾菲法[7]，又叫專家意見法，從水資源可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，分層次、分邏輯地分析評價指標，建立層次清晰和系統(tǒng)分明的指標體系結(jié)構(gòu)，專家之間不得互相討論，通過多輪次調(diào)查專家對問卷所提問題的看法，經(jīng)過反復征詢、歸納、修改，最后匯總成專家基本一致的看法，作為預測的結(jié)果，這種方法具有廣泛的代表性，較為可靠。

德爾菲法主要體現(xiàn)在集中度和離散度計算，公式如下：

(1)

(2)

式中：Ei為指標的集中度；Ej為j指標的重要度；K為重要程度級數(shù)；M為評價指標總個數(shù)；N為專家人數(shù)；nij為i指標在j級別下的專家人數(shù)。

根據(jù)專家經(jīng)驗，指標重要程度級數(shù)劃分為5級，選集中度小于3和離散度小于0.6作為選取標準。

1.2 層次分析法

在水資源評價指標體系權(quán)重計算中運用較多的方法是層次分析法，該方法主要是將水資源評價指標體系的各個指標因素分為若干個層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)總目標和子層次目標，運用判斷矩陣的方法，求解每一層次的各指標元素對上一層次元素的權(quán)重，再加權(quán)求和進行層次總排序，得出各層次要素相對于系統(tǒng)總體目標的組合權(quán)重。

主要步驟[8]： ?建立判斷矩陣C，確定各指標隸屬關(guān)系，判斷矩陣含義見表1；?計算最大特征值λ以及相對應的特征向量α，進行層次單排序；?得到各層要素相對于上一層中評價要素的重要性排序并進行一致性檢驗，一致性指標見表2；?確定最終的組合權(quán)重值，進行總排序。

表1 判斷矩陣含義

表2 平均隨機一致性指標

2 研究區(qū)概況

遼寧省在東三省中屬于水資源短缺省份之一，2017年，全省降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量均少于多年平均值[9]。與上年相比水庫蓄水量有所減少，地下水位呈下降態(tài)勢。全省平均降水量543.6mm，7—8月主要降水期的降水占全年的60.0%。全省水資源總量186.32億m3，比多年平均值少45.5%，水資源嚴重短缺。遼寧省耕地面積占全省土地總面積的27.65%，人均占有耕地約0.096hm2，水利設施用地14.8萬hm2，占土地總面積的1%，說明在水資源短缺的情況下，遼寧省水土空間格局相差較大。隨著工業(yè)的發(fā)展，生活用水和社會經(jīng)濟用水比重逐漸加大，勢必導致農(nóng)業(yè)用水的減少，根據(jù)遼寧省的實際情況，從可持續(xù)發(fā)展思想的實質(zhì)出發(fā)，協(xié)調(diào)內(nèi)部和外部影響因素，建立適合本地區(qū)的水資源供給量、社會需求量的水資源評價指標體系。

3 評價指標體系

3.1 評價指標構(gòu)建

在水資源評價指標體系的基礎上提出可持續(xù)發(fā)展是解決資源-經(jīng)濟-生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展等問題的重要思想。根據(jù)公平性、可持續(xù)、共同性、需求性等可持續(xù)發(fā)展準則，衡量評價指標體系每一層次的上下級關(guān)系，采用德爾菲法，通過咨詢專家，進行問卷調(diào)查，根據(jù)公式計算結(jié)果構(gòu)建出目標層、系統(tǒng)層、指標層的縱向3層，水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、綜合協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)的橫向4大系統(tǒng)，具體評價指標體系見圖1。

圖1 遼寧省水資源可持續(xù)評價指標體系

選取的20個評價指標能夠清晰反應水資源承載力和可持續(xù)發(fā)展的問題，能夠得出比較全面的結(jié)論，20個評價指標的計算公式和作用見表3。

表3 各指標計算公式及作用

續(xù)表

3.2 指標權(quán)重計算

3.2.1 一致性檢驗

根據(jù)層次分析的計算步驟，首先要構(gòu)建目標層和系統(tǒng)層的判斷矩陣C，屬于單層次排序計算，判斷矩陣C結(jié)果如下：

計算得到n階矩陣的最大特征值λ以及相對應的特征向量α，分別為

λmax=4.211，α=(0.424,0.176,0.262,0.138,)T

根據(jù)相互比較法進行矩陣比較，產(chǎn)生的結(jié)果會具有不一致性體現(xiàn)，需要對比較結(jié)果進行一致性檢驗。

(3)

式中:CR為一致性比率；CI為目標層和系統(tǒng)層的一致性指數(shù)；RI為平均一致性指數(shù)，根據(jù)表2可得，當n=4時，RI=0.9。

一致性檢驗結(jié)果小于0.1的情況下，說明判斷矩陣一致性通過，檢驗滿足要求。同理，系統(tǒng)層與指標層的一致性檢驗見表4。

表4 系統(tǒng)層與指標層的特征向量計算與一致性檢驗

3.2.2 各指標權(quán)重計算與排序

通過表4計算得到的各層次指標權(quán)重向量，對選擇的20個具體的評價指標進行排序，計算結(jié)果由目標-系統(tǒng)層的權(quán)重與各個系統(tǒng)-指標層權(quán)重相乘得到，見表5。

表5 各評價指標權(quán)重總排序

注X4、X14、X17為并列參數(shù)。

3.2.3 評判標準分析

結(jié)合遼寧省水資源總體發(fā)展水平和水利基礎設施的差異性，考慮到水資源可持續(xù)發(fā)展利用和優(yōu)化配置平衡，不一定使每一項指標都能達到強制性目標標準，規(guī)定評價標準為：強制性指標得分為100分，考核性指標得分為90分以上，參考性指標得分根據(jù)當?shù)貙嶋H情況和理論值進行比較得出。

遼寧省水資源評價指標評價值計算公式如下：

(4)

式中：F為水價改革績效評估值；λi為第i項指標的對應的權(quán)重值；Yi為第i個指標的實現(xiàn)程度值。

水資源利用率反映當?shù)氐乃Y源總體水平，以2017年為現(xiàn)狀水平年，對遼寧省水資源評價指標進行多維耦合分析，指標體系結(jié)構(gòu)為3層遞階結(jié)構(gòu)，有目標層、準則層和指標層，具體指標20個，這些指標能夠比較全面地反映遼寧地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源與本地區(qū)自然與人為的協(xié)調(diào)狀況，并對指標重要程度進行了總排序。將2017年的20個水資源評價指標的現(xiàn)狀值與目標值代入式(4)進行計算，得到遼寧省水資源評價標值。由計算結(jié)果可以看出，指標層中水資源開發(fā)利用程度、人均水資源量、水土流失率、工業(yè)用水重復率和水資源變差系數(shù)占有較大比重，指標的評價值得分超過了90分，在現(xiàn)狀水資源評價體系中處于較高領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以農(nóng)業(yè)為主的灌溉用水出現(xiàn)明顯的降低趨勢，農(nóng)業(yè)用水占總用水比例權(quán)重排序靠后，得分低于75分，為現(xiàn)狀發(fā)展中比較薄弱的環(huán)節(jié)。在水環(huán)境方面，遼寧省水污染嚴重，農(nóng)業(yè)用水達到Ⅴ類標準的供水量僅占50%左右，枯水期積累在下游河道干流的污水、污染物對灌溉水質(zhì)的污染非常嚴重，污水任意排放，治理程度不夠，影響生態(tài)環(huán)境，威脅人民生活，制約經(jīng)濟發(fā)展。

目前，從水資源評價指標的權(quán)重可以看出，水資源管理受到社會需求和自然環(huán)境的雙重影響，需水量的增加與水污染形成了對立矛盾，也是水資源管理與開發(fā)利用的突出問題。

4 結(jié) 語

結(jié)合遼寧省水資源的發(fā)展現(xiàn)狀，采用德爾菲法和層次分析法建立遼寧省水資源多維耦合的評價指標體系。評價指標體系建立了1個目標層、4個系統(tǒng)層、20個評價指標層的3層次遞增結(jié)構(gòu)，評價指標的選取充分體現(xiàn)了水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境和水資源協(xié)調(diào)管理等方面內(nèi)容。在與可持續(xù)發(fā)展理論相結(jié)合的前提下，通過水資源的合理利用與優(yōu)化配置，有效管理地表水、地下水、水質(zhì)污染和生態(tài)環(huán)境用水等問題，提高群眾的水資源節(jié)水意識，加強水資源專業(yè)人才的管理，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展利用。