基于不同發展模式的地區水安全評價分析

劉 蛟，李 濤，劉曉輝，余 斌

(1.西華大學能源與動力工程學院，四川 成都 610039；2.西昌學院農業科學學院，四川 西昌 615000)

0 引 言

在2000年Stockholm水會議上提出的水安全屬于非傳統安全范疇，通常指針對人類社會生存環境和經濟發展過程中發生的與水有關的危害問題[1]。水安全對社會經濟的可持續發展的支撐作用以及對生態系統的良性發展的維持作用，得到了國際社會的認可，為此，在目前變化環境下的水安全狀態更受到了全球的廣泛關注[2]。作為一種基礎資源，水資源的安全性包括了多個方面的內容，目前國際上通常認為水安全狀況涉及水價值、生態環境、糧食安全、經濟社會安全、水的供需矛盾、控制災害和水資源管理等7個方面的內容。左其亭等[3]構建了包括7個方面內容的“一帶一路”水安全保障體系框架，對分區水資源安全進行了評價。梁緣毅等[4]結合災害和風險理論，將水安全風險劃分為水量短缺、水質污染、干旱風險和洪澇風險，對我國不同地區的水安全問題進行了分析。劉傳旺[5]等建立了基于層次分析法的類型識別的物元評判模型，對新鄭市2006年～2011年水安全進行了綜合評價。運用主成分和多元因子分析法，對中國主要城市的供水安全進行了評價分析。

水安全設計內容繁多，有學者提出了構建以健康、發展、和諧為準則框架的評價體系[6]；也有相關研究[7]應用主成分分析法，來確定主要影響因子，并開展城市供水安全方面的研究；傅春等[8]基于“驅動力-壓力-狀態-響應”模型，開展了南昌市水環境安全評價。更多的研究[9-12]考慮影響水安全各內容的作用，構建了包括各個方面指標的評價模型，這些研究較為全面地反應了水安全的影響因素，評價的結果也對區域的水資源管理起到了積極的作用。但是，這些指標中，因為其相互影響作用關系以及量化標準的不確定，在不同程度上影響了評價模型的客觀性。

2019年1月召開的全國水利工作會議強調了要處理好：水與經濟社會發展的關系以及水與生態系統中其他要素的關系。這不僅為人水和諧發展指明了方向，同時也為水資源的安全評價工作提供了參考。本文根據地區水資源發展中面臨的主要問題，以四川省德陽市為例，在明確水資源系統、社會經濟系統以及生態環境系統相互關系的基礎上，構建了多目標多層次的水安全評價模型，結合國際通用標準以及地區相關文件，對核心評價指標進行量化，最后分別以社會經濟發展為主和生態環境保障為主兩種發展模式，對德陽市2010年～2016年的水安全狀況進行評價，并結合德陽市“十二五”水利發展成果對評價結果進行分析。

1 評價模型的構建

層次分析法是針對復雜的多準則決策問題提出的。其通過將問題分解為各個組成因素，按照因素之間的遞歸及從屬關系，可構建一個反應因素之間聯系的遞進層次結構。經過一定的分析與計算，將評價問題轉化為最底層(指標層)相對于最高層(目標層)的相對重要性排序問題。結合計算出的權重，按重要性分析因素對目標的影響，從而做出評價。根據區域水資源發展中的社會經濟問題、生態環境問題，確定影響水安全的主要因素，構建一個多目標多層次的評價模型。

1.1 模型的構建

雖然目前對水安全的定義缺乏統一的標準，但普遍認為水安全為能夠持續支撐經濟社會發展規模、能夠維護生態系統良性發展的水資源狀態[13]。因此，水資源系統、經濟社會系統以及生態環境系統之間的關系是水安全評價模型確定的基礎。三者之間的相互制約影響關系如圖1所示。在此作用下，社會發展模式也主要表現為水資源系統制約下的經濟社會發展，以及水資源保證下以生態環境為支撐的社會經濟發展。為此本文也將從這兩種發展模型對水安全進行評價分析。

圖1 水安全的三大系統之間的相互關系

在充分考慮水安全所涉及7個基礎方面內容的前提下，進一步根據地區水資源發展中的實際問題，綜合考量水資源、經濟社會以及生態環境下具有明確可量化標準的評價指標，構建了如圖2所示區域水安全的評價模型。

圖2 地區水安全評價模型

1.2 評價指標及其量化標準

1.2.1水資源子系統

水資源子系統中主要是體現各種水資源之間的關系。其中，水庫調節能力C1是指該地區水庫的年調節量占地表水資源總量的比例，體現了在災害控制與水管理方面的內容；根據德陽市近年水資源利用的實際情況，將計算的量化值從0～10%正向等分為很不安全、不太安全、一般安全和很安全4個標準。水資源開發利用率C2是指在水庫調節的基礎上進一步通過提、引、調等措施后可供的水資源量占水資源總量的比率，體現了水管理方面的內容；根據國際上對水資源開發利用率與水安全的對應關系確定等級標準[14](見表1)。人均可用水資源量C3是指總供水量除以地區總人口數，在水資源開發利用率的基礎上，進一步體現了水的供需矛盾方面的內容；根據國際上人均水資源可用量與水安全的對應關系確定等級標準[14](見表2)。

表1 不同的水資源開發利用率對應水安全等級

表2 不同的人均可用水資源量對應的水安全等級

1.2.2經濟社會子系統

在經濟社會子系統中主要為農業、工業生產用水與生活用水，主要體現了水安全在糧食安全、經濟社會安全和水的供需矛盾方面的內容。全國范圍內農業用水占總耗水量的63%左右，德陽市的農業用水比率更是達到了70%以上，因此農業用水中的灌溉用水系數C4也是我國水資源管理中“三條紅線”的主要控制指標。根據德陽市在實施最嚴格的水資源管理中確定的灌溉用水系數目標與實際灌溉利用系數的相對偏差

RE=(實際值-管理目標值)/管理目標值

(1)

結合德陽市實際農業用水情況，確定評價年份在農業用水方面的安全度(見表3)。萬元GDP用水量C5和生活用水節水率C6采用同樣的方法確定，參考的標準分別為德陽市水資源管理中制定的萬元GDP耗水量管理目標，以及四川省2010年和2016年制定的四川省用水定額標準。

1.2.3生態環境子系統

在生態環境子系統各指標主要體現了水安全在水價值、生態環境以及水管理方面的內容。干旱指數C7為該區域的降水量和蒸發能力之比，是表現區域水分收支的一個重要指標，在很大程度上反應出區域生態環境系統脆弱性情況[15]；根據干旱指數對區域干旱程度的劃分確定與水安全等級的對應關系，見表4。河道水質達標率C8綜合反映了區域水環境的狀態，根據水質管理目標，對地表Ⅲ類水標準按0～100%的達標率正向等分為4個安全等級。河道外生態用水比例C9為河道外生態用水量與年用水量的比值，對地區可持續的生態環境保護建設具有重要的指示作用，根據相關規劃，將0～5%的生態用水比例正向等分為4個不同的安全等級。

表3 經濟社會子系統中各指標值對應的安全等級

表4 干旱指數對應的水安全等級

2 評價結果

2.1 權重的確定

在對研究區的水資源系統進行充分調研的基礎上，根據專家意見，采用打分法確定了評價模型中各子系統兩兩指標的相對重要性，構建形成的矩陣

(2)

通過一致性檢驗后，計算得到的權重WB1=[0.6，0.2，0.2]；WB2=[0.6，0.2，0.2]；WB3=[0.169 2，0.384 7，0.443 4]。

對于準則層，本文從水資源系統制約下的經濟社會發展(M1)以及水資源保證下以生態環境為支撐的社會經濟發展(M2)兩種模式進行評價。在M1下，主要以社會經濟發展為主，生態環境系統處于次要地位，而社會發展主要受到水資源來水和供水系統的制約。在M2下，主要強調經濟社會的發展必須以良性的生態環境系統發展為前提，生態環境系統對水安全的影響更加重要，為此確定兩種發展模式下準則層之間相對重要性構建形成的矩陣如式(3)所示。通過一致性檢驗后，確定兩種發展模型準則層的權重分別為WM1=[0.454 5，0.454 5，0.090 9]；WM2=[0.142 9，0.142 9，0.714 3]。其中

(3)

2.2 評價結果

根據對德陽市2010年～2016年水資源公報數據的統計分析，計算得到各個評價指標的量化值，由1.2節中確定其安全等級標準。對很安全、一般安全、不太安全以及很不安全四個等級分別賦值為7、5、3和1，采用歸一化指數的計算方法，利用2.1節中得到的權重，自下而上計算得到了德陽市2010年～2016年在兩種不同發展模式下的水安全狀態，結果見圖3。

圖3 2010年～2016年德陽市水安全得分趨勢示意

由圖3可知，在以水資源為制約的經濟社會發展模式下，德陽市的水安全狀態基本處于一般安全的范圍內，且整體上表現為安全性逐步增強的趨勢。而在水資源保證下以生態環境為支撐的社會經濟發展模式下，德陽市的水安全出現了較大的波動，呈現不穩定的增長趨勢，且整體水平低于經濟社會發展模式。

3 結論與分析

3.1 社會經濟發展為主的模式

地區的社會經濟發展受到當地水資源的制約，同時也影響著當地的水安全狀況。從上述對德陽市水安全評價的結果可以看出，在強調社會經濟發展的模式下，德陽市在“十二五”發展期間，落實建設了一批重大的水利項目，對水資源的調控能力顯著增強；同時全面落實最嚴格的水資源管理制度，將“三條紅線”控制目標具體分解到各級行政區，制定完善了地區的水資源管理與保護方案，使得德陽市工農業用水效率都得到穩步提高，水資源的利用價值逐步提升。經過“十二五”水利建設的發展，在此發展模式下，2010年～2016德陽市水資源的安全度由4.07提高到了5.24。即使受到天然來水量以及生態環境方面的影響，水安全度具有一定波動；但總體上依然為穩定的增強趨勢，趨勢線的相關系數達到0.83。

3.2 生態環境支撐下的發展模式

相對于水資源與經濟社會發展的制約關系，該發展模式更加強調社會發展必須是在生態環境保障下的可持續發展；因此，生態環境子系統對水安全影響的權重也更大。從德陽市水安全的評價結果可以看出，該模式下水安全度明顯小于M1模式下的結果，且出現了較大程度的波動。2013年安全值最高為5.13，處于一般安全水平以上；但是2014年因為生態用水受到擠壓，用水比例的急劇下降，導致水安全度僅為3.95，下降到不太安全的水平。在“十二五”期間，德陽市在水生態文明的建設上取得了一定的成就，水質管理上基本達到要求，未出現較為嚴重的水污染事件；但生態用水未能得到持續性的保證。這導致了在生態環境支撐下的發展模式中，2010年～2016德陽市的水安全度呈現出很不穩定的增強趨勢，趨勢線的相關系數僅為0.35。

4 結 語

對水安全的影響涉及到諸多方面，但總體上表現為水資源系統，經濟社會系統以及生態環境系統三者之間的相互作用；處理好三者之間的關系也是我國水利工作的重點。經濟社會發展以及水資源保證下以生態環境為支撐的社會經濟發展兩種模式下，德陽市的水安全呈現出不同的狀態。“十二五”發展期間，德陽市的水利對水資源的調控能力不斷加強，農業及萬元GDP的用水效率不斷提升；為此在經濟社會發展模式下的水安全度穩步提高。而無穩定持續的生態用水也使得以生態環境為支撐的發展模式下，水安全出現了不穩定的波動狀態；為此，地方在實現以生態環境為支撐的可持續發展模型下，需要在水資源管理利用中確保區域的生態用水不受侵占，以保障生態環境良性的發展。