葫蘆島市水資源承載能力分析

任書軍

(葫蘆島市水利事務服務中心，遼寧 葫蘆島125000)

0 引 言

當前，中國面臨著嚴峻的水體污染和水資源不足等問題，并對社會經濟的可持續發展構成嚴重的威脅。隨著經濟社會的發展和人們生活水平的提升，葫蘆島市水資源系統受人類活動和氣候變化的影響不斷增大，河道斷流、水污染事件、嚴重缺水等問題日趨突出并呈逐年惡化的發展趨勢[1]。

對于一定的區域持續擴大發展規模、提升綜合發展能力和協調持續而言，水資源承載能力占據著十分重要的地位。然而，區域的快速發展為引起水資源系統超載和水問題逐漸突出的主要原因。為解決日趨嚴峻的水問題，國內外諸多學者取得了一定的研究成果，如Naimi等[2]開發設計了嚴重缺水區域的承載能力評價軟件，并對阿爾及利亞地區的水資源總量進行準確計算；朱照宇等[3]運用自然趨勢法和年遞增率指標，初步評價了珠三角地區的水資源狀況；時佳等[4]構建了包含環境、生態、水資源、社會、經濟等方面的量化評價體系；劉樹峰等[5]采用相對承載力評價法，系統分析了惠州市的水資源開發潛力；孟珍珠等[6]基于和諧理論及“協調、發展、健康”準則，從多個方面建立較為完善的承載力評價體系；危文廣[7]、蔣汝成[8]等對區域水資源承載力4個維度進行了定量的評價分析。依據現有研究成果和文獻資料，關于水資源承載力的相關研究主要側重于社會經濟與自然生態兩大方面。雖然，從這2個方面選取的評價因子具有一定的代表性，但水資源“雙控”行動的提出為建立評價指標體系提供了一種新的思路，有利于順應政策的施行和時代的發展。

為提升水資源承載能力和控制水資源消耗，“十三五”規劃綱要及國務院頒布的相關文件提出要實行“雙控”行動和“三條紅線”的用水管理要求。自實施“雙控”行動以來，已完成水量分配的跨省江河流域有19條，計劃推進完成的有53條，已完成核減和論證的多個水資源項目量為40×108m3，實現用水定額全覆蓋的區域有31個省區市，制定頒布的國家取水定額標準32項。然而，個別地區還存在沒有足夠重視節水工作、缺乏頂層設計規劃水資源論證、未將用水強度指標分解至縣級行政區域、對“雙控”行動與最嚴格水資源管理制度認識不到位、農業用水浪費嚴重及全國性節水條例和實施安全未出臺等問題。鑒于此，文章結合區域水資源實際情況，從總量和強度控制兩個方面構建評價指標體系，將指標利用主、客綜合賦權法計算，并對葫蘆島市水資源承載力現狀利用模糊綜合評價模型分析，為促進水資源系統與社會經濟要素之間的協調可持續發展以及更好的組織實施“雙控”行動提供科學的指導依據。

1 研究方法

1.1 區域概況

葫蘆島市地處遼寧省西南部，占地面積10415km2，總人口約262萬。葫蘆島地區為亞濕潤季風氣候，年降水量560-630mm，年均氣溫8.2-9.2℃，四季分明。該區域地形地貌復雜，山區森林植被稀少，丘陵起伏，山嶺重疊，水系縱橫交錯且南北跨度大，素有“遼西走廊”之稱。

當前，葫蘆島地區面臨著嚴峻的資源性、水質性和工程性缺水問題。調查顯示，該地區人均水資源量顯著低于遼寧省平均值，屬于嚴重的貧水區。依據區域用水實際情況，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，加之局部地區地下水開發過度與水環境保護意識薄弱，境內水生態功能和承載力水平持續下降[9-10]。

1.2 評價方法

1.2.1 構建評價體系

水資源直接決定著社會經濟的發展速度和人類的繁衍生存，其承載力水平為反映當地能否持續健康發展的重要參數。因此，構建的評價體系應層次分明、條理清晰且能夠體現各因子間的相互關系。通過對水系統影響因素的分析，進一步將質量、強度、總量分解為若干指標并建立指標體系。

水資源總量屬于反映區域開發利用程度和區域各產業最大耗水量的重要指標，通過對消耗總水量的分析可為用水消耗強度管理和掌握各行業可用水量提供科學的依據。水資源利用效率與用水強度相對應，主要涉及單位人口、面積和產品的用水量，為提升用水效率、更好的抓住重點、辨識方向及采取措施有必要對技術、經濟、人口等利用效率進行系統的分析。水質反映了區域水環境的狀況，為更加系統的評價水資源承載能力必須考慮水資源對生態環境的影響[11]。

采取專家咨詢法、頻度統計法、理論分析法等，遵循五大原則選取評價指標。其中，理論分析法是結合水資源“雙控”行動的目標，選取典型的重要特征指標綜合分析區域水資源承載能力。最嚴格水資源管理制度中體現了“雙控”行動的主要內容，其拓展延伸即為“雙控”行動的目標，如控制萬元生產增值用水量、水質達標率及農田灌溉有效用水系數等；頻度分析法是通過統計分析國內外有關承載力評價的研究資料選取較高頻率的指標，如污水處理率、需水模數、人均供水量及工業用水計量率等；專家咨詢法是依據水文水資源領域的專家意見對初步確定后的指標進行適當調整，最終選取適用性較強的評價指標。綜合比較后，從總量和強度控制兩個方面選取的評價指標[12]。

文章以葫蘆島市2017年、2020年和2025年水資源承載能力為研究對象，結合統計年鑒、水資源公報和水利部門相關資料獲取各評價因子有關數據，3個水平年的評價因子值及構建的評價指標體系，基于總量和強度控制的評價體系及各水平年指標值，見表1。

表1 基于總量和強度控制的評價體系及各水平年指標值

1.2.2 確定評價等級

綜合考慮當地社會發展狀況和水資源利用情況，結合現有研究成果將評價等級劃分為a1-a5級，所對應的評語依次為好、較好、一般、較差、差。其中，“好”代表社會經濟發展與水資源承載能力相適應，承載力強；①“一般”代表社會經濟發展水平與區域水資源承載能力基本達到平衡狀態；②“差”代表水系統承載力超越極限水平，任其繼續發展將對生態平衡產生破壞作用；③“較差”、“較好”則處于相鄰兩等級的中間水平。不同評價等級下的取值界限為：0

綜合考慮葫蘆島市、遼寧省以及國際上各項指標的界限值，界定不同評價等下各項指標的閾值，并作為承載力評價標準。水資源承載力評價標準，見表2。

表2 水資源承載力評價標準

1.2.3 計算指標權重

綜合評價結果與指標權重密切相關，當前用于權重計算的方法主要有客觀賦權、主觀賦權兩大類。其中，主觀賦權法水考慮了決策者偏好的指標權重計算方法，若涉及到的評價因子較多則其可靠性較多；客觀賦權主要是依據各因子具體的數值求解權重，該方法受主觀因素的影響較低。所以，對于不確定具體數值的評價因子，其權重值利用層次分析法確定；針對能夠確定具體數值的評價指標，其權重選用熵值法確定[13-14]。

指標層關于準則層的各因子權重大小利用熵值法確定，然后對準則層關于目標層的權重利用層AHP法確定，通過將2次計算結果的綜合確定各評價因子的組合權重。耦合了主、客觀權重的計算方法，具有更高的可靠性和準確性，計算公式為：

(1)

式中：Qy、Qyz為準則層關于目標層、指標層關于準則層的1級和2級權重；Y、Z為準則層和指標層中的評價因子數；Qz為評價因子的組合權重。

根據葫蘆島市2017年、2020年和2025年水資源各因子實際值，將指標層關于準則層的權重利用熵值法計算。然后，對準則層中的3類評價因子邀請10名水資源領域的專家打分，將評價體系中準則層關于目標層的相對權重利用層次分析法和打分結果求解，即Qy=(0.4601，0.3187，0.2212)；最終，將以上計算結果相綜合確定組合權重。

1.2.4 建立模糊綜合評價模型

區域水資源能力利用模糊綜合法進行評價，其主要流程如下：

1)因素集、評判集、權重集的確定。綜合考慮與區域水資源相關的所有因素，將其構成有限論域U={u1，u2，…，um}，其中i=1，2，…，m，ui為評價因素；承載能力評語集以有限論域V={v1，v2，…，vn}表示，其中j=1，2，…，n，vi為評價結果。通過賦予各因素相應的權重qi，反映評價結果受不同指標的影響狀況，由此構成權重集為Q={q1，q2，…，qm}。

2)構造隸屬度矩陣。針對各項因素ui構造相應的評判集Ri，設因素i對關于等級標準j的評價結果為rij，則構造的集合表示為Ri=(ri1，ri2，…，rim)。按行排列各因素隸屬度，由此建立各評價因子的隸屬度矩陣R=rij。

3)確定承載能力綜合評價結果。評價結果采用加權平均法可表示為B=Q×R，其中B為模糊子集，即B=(b1，b2，…，bn)，0≤bj≤1，關于模糊子集B評價等級vi的隸屬度為bj。

4)承載能力評價等級的確定。對每一項評價等級利用加權平均法賦分，水資源承載能力綜合評價值a按照V={v1，v2，…，vn}與各等級對應的評分值a1、a2、…、an確定，其計算公式為：

(2)

2 結果分析

評價指標的隸屬度利用表1中各因子值確定，從而獲取2017年、2020年和2025年水資源承載能力模糊綜合評判矩陣R2017、R2020、R2025。權重矩陣Q按照組合權重計算結果確立，然后采用加權平均法將模糊判斷矩陣R和權重矩陣Q進行綜合運算，從而獲取各水平年葫蘆島地區的水資源承載能力評價矩陣B，結果如下：

B2017=(0.198，0.204，0.204，0.205，0.190)

B2020=(0.245，0.255，0.253，0.247，0)

B2025=(0.256，0.251，0.251，0.242，0)

為更加直觀的比較確定承載能力大小，確定a1-a5值依次為0.95、0.85、0.60、0.40、0.01。采用計算式(2)最終確定a2017、a2020、a2025值為0.566、0.702、0.705。

根據以上計算值可知，葫蘆島市2017年、2020年、2025年的水資源承載力為一般、較好、較好水平。

葫蘆島地區2017年的綜合評價值為0.566，依據分級標準處于一般水平，水體質量、強度和總量整體處于合理狀態。參評的14項因子中，評價等級達到一般、較好和好的因子有4、3、5項，達到差和較差等級的評價因子數均為1項，其中水功能區水質代表率和再生水回用率指標未達標。其原因為葫蘆島地區農田灌溉仍以大水漫灌為主，許多水利設施老化失修嚴重，用水效率較低約為0.65，未來需進一步提升區域節水灌溉效率。另外，有待進一步提升重復用水率和改善部分工業企業用水喜歡；非傳統水源利用，如中水、雨水等利用程度低，仍具有較大的節水潛力；同時，葫蘆島地區部分河湖的水污染嚴重，農業污染和水產養殖排放量大，水功能區水質達標率低及水質監測站網布置不合理，功能區劃總體要求與水環境質量現狀不符，這與水資源可持續發展和節水型社會建設仍存在較大的差距。

葫蘆島地區2020年綜合評價值為0.702，按照分級標準處于較好水平，各項評價因子均處于較好狀態。參評的14項因子中，評價等級達到一般、較好和好的因子有4、6、4項，達到差和較差等級的評價因子數均為1項；葫蘆島市2025年綜合評價值為0.705，參照分級標準處于較好水平，各評價指標狀態較好。參評的14項評價因子中，評價等級達到一般、較好和好的因子有1、4、6項。城市供水管網漏損率和第1產業用水比重在近期、遠期水平年指標中呈減少趨勢，水質帶包、再生水回用率、灌溉用水系數及第3產業比重呈增大趨勢，相對于現狀年的承載能力葫蘆島地區規劃年有所增大，這主要與“十三五”規劃要求嚴格實行“雙控”行動相關，有助于全面提升研究區節水水平和水資源利用效率，對優化配置區域水資源分布具有重要的指導作用。

3 結 論

文章從強度和總量控制的角度建立較為系統、全面的承載力評價體系，得出的結論有：

1)水資源“雙控”行動的提出為建立評價指標體系提供了一種新的思路，文章從水資源質量、強度、總量3個層面選擇14項典型評價指標，依據各評價指標間的關聯特征建立指標體系，組合權重考慮選用較為常用的主、客觀賦權法計算確定。然后依據葫蘆島地區2017年、2020年和2025年水資源相關資料，對承載能力利用模糊綜合法進行分析，結果顯示該區域整體處于一般與較好等級，所構建的評價體系和理論模型具有較強的科學合理性。

2)結合“雙控”行動實施過程中存在的問題以及區域水資源實際狀況，從總量和強度控制的角度查找出現問題的原因，采取合適的方法加以處理，為區域水資源規劃和可持續發展提供科學的依據。

3)水資源系統涉及到的因素多、范圍廣且各因素存在復雜性特征，受研究區域和研究對象等條件限制所確定的評價等級仍存在一定的不足。隨著對水資源管理水平的提升和區域水資源保護的逐漸重視，在實際應用時應結合具體情況選取適當的指標，為保證其普遍適用性還要不斷的完善評價標準。