基于密切值法遼寧省水資源可持續利用評價

李治軍，黃佳俊1,，景安琳1,，王華凡1,

(1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學寒區地下水研究所，哈爾濱 150080)

0 引 言

水資源可持續利用是可持續發展理論在水資源管理領域的具體應用,其內涵是指在特定區域條件下,在水資源承載能力范圍內,通過水資源合理配置和高效利用,實現社會經濟-水資源-生態環境復合系統的和諧有序[1]。樓文高[2]等利用神經網絡模型對漢中盆地水資源可持續利用程度進行評價，在選用的評價指標中，得出水資源利用率對可持續利用程度影響最大，生態環境用水率影響最小的結論。劉恒[3]等立足于區域水資源的特點，遵循科學簡便的原則，探索性地提出了水資源可持續發展能力的五級劃分標準。水資源可持續利用評價牽涉到的指標因不同地理位置、不同社會經濟發展狀態，有不同的權重比例，如何因地制宜地采用合適的評價方法也對評價者提出了更高的要求。

遼寧省位于中國東北地區，是中國重要的糧食生產基地，隨著當地社會經濟的快速發展，人口逐年增多，生產生活用水量與日俱增，對水資源可持續利用提出了更高的要求，水資源狀況制約區域的發展[4]。文章結合2019年《遼寧省水資源公報》和《遼寧省統計年鑒》相關數據資料，構建以人均水資源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、農田灌溉量和生態環境利用率為代表的指標評價體系，通過判斷矩陣特征向量法，確定各評價指標的權重，采用密切數值法建立評價模型，對遼寧省14個區市的水資源可持續利用狀況進行評價分析。文章構建的評價模型可為遼寧省水資源可持續利用評價提供方法參考，得出的相關結果可為遼寧省合理開發利用水資源提供依據，對水資源開發利用水平較低的地區提供導向，為水資源可持續利用的重要意義提供依據[5]。

1 研究區概況

遼寧省屬于中國東北地區的南部,E118°-125°,N38°-43°[6],省內區域總面積14.8萬km2，屬于溫帶大陸性季風氣候，水資源具有蒸發量大、季節變化波動性強和地域分布不均等特點[7]。2019年，全省平均降水量687.2mm，其中降雨量最大值位于丹東市，最小值位于盤錦市，研究區域內有多條河流，其中遼河河長1345km，流域總面積21.9萬km2，2019年全省地下水資源量44.44億m3，地表水資源量211.54億m3。

2 水資源可持續利用評價指標體系的建立

水資源可持續利用關于定量分析的方法主要有模糊模式識別方法[8]、模糊綜合評判[9]等。文章基于所掌握的相關數據及有關資料，采用密切值法對研究區域水資源的狀況進行評價。

文章基于可持續發展的原則，在綜合考慮水資源可持續利用與研究區域內可持續發展關系的基礎上，參考國內外選取水資源可持續利用評價指標的標準，結合遼寧省水資源的實際情況，選定總量指標、強度指標、比例指標等3個一級指標，人均水資源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、農田灌溉量、生態環境利用率等6個二級指標，并綜合考慮各個評價指標對水資源可持續利用的影響程度，將決策問題分解為不同的層次結構，利用求解判斷矩陣特征向量的辦法，對指標進行權重確定，賦予各指標不同的權重。遼寧省各設區市的水資源指標及其權重，見表1。

資料來源：除權重外數據取自2019年《遼寧省水資源公報》、2019年《遼寧省統計年鑒》。

3 基于密切值法評價模型的構建

3.1 模型建立

建立指標矩陣A= (rij)m×n(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，其中假設影響水資源可持續利用的評價結果的指標有n個，即X1，X2，…，Xn,擬定m種方案F1，F2，…，Fm，令第i個決策方案第j個指標的數值為aij，由式(1)、(2)將aij轉化為無量綱數值rij[11]，矩陣A=(rij)m×n隨之轉化為規范化指標矩陣R=(rij)m×n

(1)

(2)

對各項指標進行最佳情況rj+和最差情況rj-的選擇，其選擇原則為：

rj+=max1≤i≤m{rij}

(3)

rj-=min1≤i≤m{rij}

(4)

最優點F+為：F+=(r1+，r2+，…，rn+)，最劣點F-為：F-=(r1-，r2-，…，rn-)

計算第i個市距最優點歐式距離di+和最劣點的歐式距離di-分別

(5)

(6)

式中：wj為某評價指標的權重。

某種決策點接近最優點而遠離最劣點的程度[14]即密切值：

ci=di+/d+-di-/d-

(7)

其中：

(8)

表1 遼寧省各設區市的水資源指標及其權重

3.2 評價模型計算

依據上述評價模型的規范化指標矩陣的定義及表2所示的指標體系，利用公式(1)、(2)計算可得規范化矩陣：

利用公式(3)、(4)對6項指標進行最佳情況rj+和最差情況rj-的選擇，則最優點F+和最劣點F-即為所求：

F+=(0.61，0.41，-0.09，-0.08，-0.03，0.59)

F-=(0.08，0.09，-0.66，-0.65，-0.57，0.00)

將規范化矩陣中數據帶入公式(5)、(6)計算各決策點與最優、劣點的歐氏距離分別為

di+=(0.12,0.13,0.14,0.07,0.08,0.09,0.15,0.19,0.14,0.18,0.10,0.14,0.20,0.15)

di-=(0.13,0.12,0.08,0.15,0.12,0.18,0.06,0.05,0.10,0.05,0.14,0.12,0.03,0.09)

根據公式(8)求得d+=0.07，d-=0.18

將上述數據帶入公式(7)分別求出各區市的密切值并對其進行排序，遼寧省各區市水資源密切值及其排序結果，見表2。

根據密切值ci的大小進行排序。因為di+≥d+，di-≤d-，而且在一般情況下d+≠0，d-≠0， 所以ci≥0，當ci=0時，為最佳決策點；當ci>0時，偏離最佳決策點，此時ci值越小評價結果越好。

3.3 評價結果分析

評價模型計算的結果顯示,撫順市的密切值數值為0.67,水資源可持續利用水平最高；盤錦市的密切值數值為6.33，水資源可持續利用水平最低。水資源可持續利用程度較好的還有丹東市、本溪市，密切值數值分別為1和1.33，水資源可持續利用程度較差的城市還有營口市、遼陽市,密切值數值分別為5.78和5.44，評價結果與現實情況基本吻合。

表2 遼寧省各區市水資源密切值及其排序結果

水資源可持續利用程度受自然因素影響程度較大，年降水量在評價指標中所占比重相對較大，為0.42。此外，由相關統計數據也可以看出年降水量的大小對水資源可持續利用評價結果的影響較大，2019年撫順市的年降水量值為89.90m3，在參與評價的14個市區中排名靠前，盤錦市年降水量為24.87m3，對比丹東市、鐵嶺市和沈陽市城市的水資源可持續利用水平也可以看出，年降水量相對較高的城市，密切值數值相對較低，水資源可持續利用水平較高。

2019年撫順市水資源總量24.84億m3，人口密度小 ,人均水資源量較高。較高的森林覆蓋率和生態環境用水率也為撫順市水資源的可持續利用提供了良好的條件，現狀年水資源開發利用量，見表3。此外，撫順市總供水量較低，水資源開發率為24%，有較高的開發利用的潛力，有利于該地區的水資源可持續利用，可引進先進的節水技術和設備,提高水資源的利用效率。

表3 現狀年水資源開發利用量

盤錦市人口眾多，人均用水量較大，水資源開發利用率較高。而農田灌溉用水量在遼寧14個區市內較高，說明該區域水資源進一步利用的潛力較小、基礎較差，生態環境用水量較低，應改善農田灌溉的技術，提高居民的節水意識，改善盤錦市水資源環境。遼寧省作為國家重要的糧食生產省份之一，農田灌溉用水量巨大，采用先進的灌溉技術，增加水資源的循環利用，對地區水資源可持續利用水平的提高也具有一定的推動作用。

4 結 語

1)文章以遼寧省14個地市為研究對象，采用密切值法對遼寧省水資源可持續利用狀況進行評價，結果顯示撫順市的水資源可持續利用水平最高，盤錦市的水資源可持續利用水平最低，相關模型構建方法可為鄰近地區的水資源可持續利用評價提供參考。

2)水資源可持續利用程度受年降水量等自然因素影響較深的地市，可探討建設引水工程，增加城市的產水模數，避免因總供水量的匱乏影響水資源可持續利用，以至于影響經濟社會的可持續發展。

3)在水資源日益寶貴的未來，各地區應積極探索適合自身發展的水資源可持續利用“道路”，提高生態環境用水率，增強水資源循環利用力度，保證水資源長期處于安全狀態。