遼寧省水資源評價指標體系研究

薛 超

(遼寧省遼陽水文局，遼寧遼陽 111000)

0 引 言

可持續水資源管理不僅是解決中國水資源問題的有效方法，而且是當今世界水文水資源研究的重要課題。國內關于水資源可持續利用的研究最早起始于20世紀90年代，根據水資源開發利用現狀及其時空分布特征，水資源可持續發展研究主要是以提高人們的意識為基礎，以社會經濟發展為核心，在維持生態環境和水資源可持續發展的條件下通過科學技術手段實現社會發展的最終目標，從而構建、協調、科學、全面的經濟-科技-生態-資源相耦合的可持續發展系統[1-3]。

可持續發展管理是一個多指標、多層次、多系統的復雜龐大的體系，而水資源系統屬于各種基礎性資源的一項重要分支[4]。從系統整體性的角度分析，經濟和水資源系統可為社會經濟發展提供重要的物質保障，而生態環境為人類生存提供了不可或缺的生存環境，相互關聯、互相作用的各子系統共同耦合成復雜的水資源系統。所以，水資源承載力分析應反映各子系統之間的作用關系，從多個不同方面選擇評價指標。目前較為常用的水資源承載力評價方法主要有：①為考慮水結構和水資源供需平衡的綜合評價體系，系統科學的評價承載力狀況；②為選擇動態變化、開發利用率、質量、數量等能夠反映水資源狀況的因素，依據用水結構發展水平與社會經濟協調程度，對水資源承載力利用數學方法和理論模型進行綜合評價。

文章綜合考慮水資源、經濟發展與生態保護之間的影響關系，結合可持續發展理論和水資源相關研究成果，從靜態和動態兩個層面構建復雜的評價體系，從而提高承載力評價的層次性、系統性、準確性和科學性。

1 研究方法

將生態環境、社會經濟與水資源作為一個有機整體構建評價指標體系，從而促進各子系統之間的協調持續發展。承載力計算體現了水資源系統的可持續發展水平，因此能否構建系統、完善的評價體系為評價承載力的關鍵環節。由于水資源系統的涉及范圍較廣、因素較多，因此評價指標體系的構建考慮選用層次分析和德爾菲相耦合的方法。

1.1 德菲爾法

德爾菲法主要是通過對評價指標的分邏輯、分層次分析，從水資源可持續發展的角度構建系統分明、層次清晰的框架結構體系，因此也稱為專家意見法。保持彼此獨立的各參評專家，對問卷提出的問題經多次反復討論提出相應的看法，經反復修改、歸納、論證等最終形成一致性評價結論，該方法在許多領域中均得到普遍應用，且評價結果可靠。

離散度和集中度的計算為德爾菲法的主要內容，所對應的計算公式為：

(1)

(2)

式中：M、N分別為評價指標數和參評專家數；Ei、Ej為指標的集中度和重要度；K為水資源評價的重要等級數；Nij為j重要等級下指標i的專家人數。

將指標重要等級數按專家經驗劃分為5個級別，評價標準選擇為<0.6的離散度和<3的集中度。

1.2 層次分析法

層次分析法是評價指標權重計算最為常見的方法之一，該方法是考慮各參數的實現程度將綜合評價體系分解為若干個層級，然后對各指標在每一層級相對于上一級元素的權重利用判斷矩陣法進行計算求解，通過加權求和運算確定總排序，從而確定相對于總目標系統的各層次要素組合權重。

權重計算的主要流程為：①根據待評價對象實際狀況構建判斷矩陣C，結合專家意見和各參數的內涵確定彼此之間的隸屬關系，相對重要性判別依據見表1；②對因素的特征向量及其最大特征值λ進行計算，由此確定各要素單排序；③為確保計算結果的可靠性與精確度，待確定獲得對于上一層各層要素重要性排序后，還需檢驗矩陣的一致性，各參數平均隨機一致性檢驗，見表2；④最后通過加權求和運算確定的各參數組合權重及總排序。

表1 相對重要性判別依據

2 水資源評價指標體系

2.1 區域概況

遼寧省位于中國東北地區的南部，占地面積14.8萬km2，下轄撫順、大連、鐵嶺、沈陽、朝陽、葫蘆島、撫順等14個地級市和2個省管縣。全省水資源補給以降水入滲與地表徑流為主，境內主要有老哈河、少冷河、渾河、西拉木倫河、太子河、秀水河、饒陽河、柴河、大凌河等，各支流縱橫交錯、蜿蜒曲折，其中遼河流域為遼寧省第一大河流。地勢特征表現出中部低、東西兩側高的變化特征，東、西兩側為海拔約800-500m的低山丘陵，有長興島、石城列島、大鹿島及里長山列島等，全省島岸線長627km。

表2 各參數平均隨機一致性檢驗

遼寧省屬于大陸性季風氣候區，氣候特征為冬季少雨干暖，夏季氣候涼爽，日照充足，年均氣溫7-11℃，年降水量處于400-1100mm。由于特殊的地理環境和復雜的水文氣象年降水量的60%集中在6-9月份，汛期多暴雨和強降雨。近年來，隨著遼寧省城鎮化和經濟一體化的快速發展，各行業用水量不斷增大，水資源短缺和城市持續發展間的矛盾關系十分突出。雖然該區域的河流水系較發達、徑流量大、水資源相對豐富，但由于復雜的地形地貌和獨特的氣候條件，水資源存在可開發利用量少、邊界效益低、開發難度大和開采成本高等特點，加之用水效率低和水環境保護意識薄弱，使得境內水資源功能和承載力水平持續下降。依據可持續發展理論和遼寧省水資源實際狀況，為協調經濟發展與水資源利用間的關系，有必要從多個不同方面構建適合社會需求、水資源供給的綜合評價體系。

2.2 構建評價體系

基于可持續發展理論的水資源評價體系是解決生態、經濟、資源協調發展問題的重要方法，在遵循可行性、系統性、科學性及獨立性等原則的基礎上，依據可持續發展思想和德爾菲法濟源本利，通過專家咨詢、問卷調查等方式衡量評價體系中各層次要素之間的相互關系。然后綜合協調管理、生態環境、經濟社會與水資源4個子系統中選擇20項代表性指標，采用層次分析法構建了包含3個層級的梯階框架體系。確定的20項指標基本涵蓋了可持續發展和水資源承載力的各個方面，保證了評價結論的可靠性與系統性，各參數的功能作用及其獲取方法。水資源評價體系及其內涵，見表3。

表3 水資源評價體系及其內涵

2.3 權重的計算

1)一致性檢驗。根據層次分析法計算流程分別建立系統層與目標層的判斷矩陣C，從而確定單層次排序，結果如下：

采用文中所述相關公式計算確定水資源評價各指標的特征向量α及其最大特征值λ，即λ值為4.216，α=(0.426,0.175,0.261,0.138)T。通過對比計算確定各判斷矩陣一致性，一致性比率CR值計算結果如下：

其中，RI、CI分別圍標平均一致性指數和目標層關于系統層的一致性指數。為4階矩陣時，RI值為0.91。檢驗結果<0.1，由此表明依據專家意見構造的判斷矩陣能夠滿足準確性與合理性要求。同理，依據以上計算流程確定因素層與系統性的一致性，一致性檢驗及特征向量計算，見表4。

表4 一致性檢驗及特征向量計算

2) 權重計算及排序。根據各指標權重計算結果，通過因素層、子系統層和目標層各指標的權重乘積運算，確定水資源評價20個指標的綜合排序，水資源評價各指標權重及總排序結果，見表5。

3) 評判標準。充分考慮遼寧省水利基礎設施差異性和水資源開發利用發展水平，結合水資源優化配置平衡和可持續發展利用現狀，為了使各參數均能符合目標標準要求，先對評價標準作如下規定，即強制性、考核性指標得分分別為100分和90-100分，依據各參數理論值和當地實際狀況確定參考性指標得分。因此，水資源評價值F計算公式，為：

(3)

式中：Yi、λi分別為指標i的實現程度值和權重值。

表5 水資源評價各指標權重及總排序

當地水資源總體水平可通過水資源利用率反映，選擇遼寧省2018年水資源利用現狀水平年，采用多維耦合分析法評價分析其水資源狀況。所構建的評價體系共包含20項指標，梯階層次結構有因素層、準則層和目標層，基本上反映當地自然環境、人類活動、農業發展與水資源的協調發展水平，由此確定各指標的總排序。將評價體系各參數目標值和現狀值代入計算公式(3)，由此獲取遼寧省2018年水資源評價結果。研究表明，評價體系中權重值較大的指標有水資源變差系數、工業用水重復率、水土流失率、人均水資源量及其開發利用程度，這些參數的評分均>90分，在水資源評價中占據著重要地位。

隨著城鎮化的推進和經濟社會的發展，評價體系中以農業為主的灌溉用水逐漸表現出下降趨勢，農業用水權重計算<75分，在綜合評價體系中處于靠后位置。在水環境保護子系統中，水污染問題在遼寧省突出，下游河道枯水期水資源短缺嚴重，加之人們節約用水意識薄弱，水環境治理力度不夠以及污水的隨意排放，該區域水資源承載力不斷下降，嚴重制約著經濟社會的發展和人們生活質量的提升。

從各指標權重計算結果可知，自然環境和社會需求對水資源管理產生雙重影響，水體污染和用水量的增大構成對立矛盾，這也是未來水資源持續利用及科學管理面臨的突出問題。

3 結 論

依據遼寧省水資源開發利用現狀，從水資源協調管理、生態環境、經濟社會和水資源4個層面，選用層次分析法和德爾菲法構建包含20項指標、4個子系統和1個目標層的梯階框架體系。基于可持續發展理論的水資源優化配置和科學開采利用，可為解決生態環境用水、水質污染、地下水和地表水持續利用等問題提供依據。為提高區域水資源承載力，應加強對水資源管理專業的人才培養，注重提升人們的節水意識。