丹江口庫區水資源可再生能力評價研究

賈會方

（河北省石家莊水文水資源勘測局，石家莊 050051）

1 研究區概況

丹江口水庫地處長江最大支流漢江上游，水域橫跨鄂、豫兩省。水庫主要由漢庫和丹庫兩部分組成，兼顧防洪、供水、發電、航運等功能，是南水北調中線工程的核心水源區。2014年12月12日南水北調中線一期工程正式通水，累計向北方調水量超250億m3，直接受益人口數超過5859萬人。

自南水北調中線工程開展以來，湖北省十堰市作為庫區的主體核心水源區，在其境內的水域面積達6.2萬hm2，占庫區總水域面積的60%以上。年均入庫水量328億m3，約占全庫匯入量364億m3的90%。匯入漢江的12條支流，有10條在十堰境內。同時，十堰境內1000多條大小河流均直接匯入丹江口水庫。本文結合丹江口水庫的實際情況，將研究范圍界定為湖北省十堰市。

2 方法與數據來源

2.1 水資源可再生能力評價指標體系

水資源的可再生性取決于水資源的自然循環和社會循環，因此對其可再生能力的評價需要從自然可再生能力和社會可再生能力兩方面進行。本文借鑒已有的水資源可再生能力評價指標體系，根據丹江口庫區實際情況，選取15個指標建立丹江口庫區水資源可再生能力評價指標體系如表1。需要指出的是，由于庫區水質持續保持在Ⅱ類，符合飲用標準，因此在構建水資源可再生能力評價指標時，未將表述水質的指標涵蓋在內。

表1 水資源可再生能力評價指標體系

2.2 灰色關聯法

2.2.1 評價標準分級

將樣本中正向指標最大值作為最強標準，最小值作為最弱標準，反向指標的最小值作為最強標準，最大值作為最弱標準。利用自然斷點分級法，將樣本值分為5個等級如表2。

表2 水資源可再生能力各項指標分級

續表2

2.2.2 灰色關聯分析

主要通過比較參考序列與評價標準之間關聯性，以此來判斷參考序列與哪一等級的評價標準更接近，最終確定參考序列的等級。為消除不同指標之間單位和數量級的差異，增強數據的可比性，本文采取均值法進行無量綱化處理，如表3。

表3 樣本數據無量綱化處理結果

2.3 指數評價法

2.3.1 標準化處理

采用極差標準化法對各個指標數據進行標準化處理，經過標準化所得到的新數據，各要素的極大值為1，極小值為0，其余的數值均在0～1之間。

2.3.2 確定指標權重

為避免因指標權重給評價結果帶來干擾，采用等權重法對各個指標進行賦權。

2.4 灰色預測模型

灰色預測是對灰色系統所做的預測，相較于其他預測模型，具有所需建模信息少，運算方便，預測精度高等優勢。包括：數據的預處理與前期檢驗；建立灰色模型，估計參數；生成模擬值；檢驗誤差；預測5個基本步驟。

2.5 數據來源

研究區水資源的相關統計數據來源于十堰市水利水電局發布的 《十堰市水資源公報 （2008～2017年）》。社會經濟統計數據來源于十堰市統計局發布的 《十堰市國民經濟和社會發展統計公報 （2008～2017年）》和相關年份的《十堰統計年鑒》。

3 結果與分析

3.1 水資源可再生能力等級變化分析

利用灰色建模軟件計算參考序列與各級評價標準之間的關聯性，得到關聯度矩陣如表4。其中分辨系數K=0.5。

表4 參考序列與評價標準關聯度矩陣

結果表明，2008年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2009年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2010年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2011年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2012年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2013年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2014年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅴ；2015年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2016年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2017年參考序列與各級評價標準的關聯度Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ。

從變化情況看，2008～2017年間，丹江口庫區的水資源可再生能力處于波動變化，但總體趨勢是從Ⅳ級向Ⅰ級變化，表明丹江口庫區水資源的可再生能力呈現出明顯增強趨勢。

3.2 水資源可再生能力預測分析

利用指數評價法計算丹江口庫區水資源可再生能力的得分，并采用灰色系統理論中的均值GM（1，1） 模型對2008～2017年樣本數據進行模擬，對2018～2020年的水資源可再生能力進行預測如圖1。其中發展系數a=-0.082，灰色作用量b=0.247。

圖1 丹江口庫區水資源可再生能力預測

結果表明：在過去10年內，丹江口庫區水資源可再生能力呈波動增長。數據模擬顯示水資源可再生能力穩定增強，年均增長0.03。未來3年的水資源可再生能力分別是0.614 （2018年），0.666 （2019年），0.723（2020年）。

4 結語

利用灰色關聯法對丹江口庫區2008～2017年間的水資源可再生能力等級變化進行分析，并用指數評價法對丹江口庫區同一時間段的水資源可再生能力進行計算。發現兩種方法計算結果相互吻合，均表明庫區水資源可再生能力呈波動增長趨勢。預測結果表明丹江口庫區水資源可再生能力向好的趨勢持續、穩定。未來丹江口庫區水資源可再生能力將會進一步提高，對于南水北調工程沿線區域的發展發揮更加重要的作用。