遼河干流水資源承載力狀況分析

李 碩

(遼寧省葫蘆島市平山供水有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

遼河流域自上而下貫穿遼寧地區多座城市，所賦存的巨大水資源發揮著供水、灌溉、航運、發電等多種功能，不僅是區域經濟發展和工農業生產的重要水源，還是生態安全屏障區和水資源能源基地、戰略水源基地，支撐著沿河經濟的可持續發展[1-2]。近年來，受高強度水資源開發、水系統循環穩定性下降、人口壓力持續增大等多種自然和人為因素影響，遼河流域局部地區面臨著水生態受損、水污染加劇、水資源短缺、水災害頻發等問題，流域資源環境承載力與社會經濟發展失衡或失調，并逐漸成為流域可持續發展的瓶頸[3-5]。因此，為維持水生態系統良性循環的態勢，必須加強流域開發利用管控和水資源承載力的剛性約束，科學評價干流承載力狀況的意義重大。

1 研究區概況

1.1 基本情況

遼河流域主要由遼河和大遼河兩大水系組成，橫跨河北、遼寧、吉林、內蒙古四省(自治區)，全長1345km，總面積21.9萬km2，屬于典型的樹枝狀水系。其中，遼河水系又細分成東、西遼河和遼河干流，東、西遼河兩源于福德店匯流成干流，主要有清河、柴河、亮子河、柳河、養息牧河、招蘇臺河、秀水河、拉馬河、九股河等20多條支流，干流全長573km，面積69193km2，占全流域的30%；大遼河水系包括太子河、渾河以及兩者匯流后的三岔河至營口入河段(河長95km)。流域內森林覆蓋面積2.56萬km2，其中耕地1.97萬km2，占比為29.31%，天然林占流域的2/3，山地丘陵分列東、西兩側，地貌類型以沖擊平原為主，地勢總體上自北向南傾斜。

遼河流域屬溫帶半干旱半濕潤季風氣候，降水量分布與徑流分布特征保持一致。從時空分布，干流徑流自南向西北呈遞減趨勢，年內徑流分配極不均衡，豐水期(6-9月份)徑流量占全年的60%以上，此期間洪澇災害頻發；平水期(3、4、5、10月份)特別是3、4月份河道流量補給來源于以地下水補給工程及冬季融冰融雪為主，受灌溉期水庫供水影響5月份河道流量明顯增大；枯水期(11月-次年2月)河道流量較小。為保證農業灌溉用水，遼河干流已建柴河、清河等水庫供水工程，年均徑流量10147億m3，總庫容15153億m3，控制流域3731km2。

1.2 流域分區

本研究將遼河干流劃分成柳河口以上和以下兩個分區，行政分區劃分成阜新、撫順、沈陽、鐵嶺、新民、遼中、鞍山、錦州、盤錦等9個市縣區。選取基準年、近期和遠期水平年為2020年、2025年、2030年。

2 研究方法

遼河流域水資源狀況受用水效率偏低、產業結構不合理、枯季河道斷流和水資源短缺等影響較大，其水資源承載力主要取決于科技發展水平、產業結構、生態環境、河流開發利用程度和水資源條件等因素[6-8]。因此，為反映問題的本質應合理選擇評價指標，從諸多復雜因素中篩選出典型因子，并應用科學的方法全面評價流域水資源承載力水平。

2.1 劃分等級

考慮各項指標的具體內涵和屬性特征，將流域水資源承載力劃分成V1、V2、V3三個等級，其中V1級代表流域進一步開發利用潛力較小，水資源狀況較差，承載力已接近極限，繼續開發將出現水源短缺；V3代表流域的發展規模和利用程度較小，水資源狀況良好，承載力仍然較大；V2代表流域開發利用程度處于V1、V3等級之間，流域開發利用具有一定的規模，但仍有一定的潛力。

為更加直觀地反映不同等級的流域水資源狀況，以評分α1=0.05、α2=0.5、α3=0.95代表V1、V2、V3三個等級，從而定量反映出水資源承載力受各等級因素的影響程度，數值越高則流域開發利用潛力越大。因此，結合各等級隸屬度bj和以上α1i的取值可以綜合評定水資源承載力狀況。

2.2 評價流程

步驟1：采用m項評價指標建立因素集U={u1，u2，…，um}，依據等級劃分標準構造評價集V={v1,v2,…,vn}，即各評價等級所對應的模糊子集數，文中n取3。

步驟2：構造隸屬函數和模糊關系矩陣。采用模糊數學法建立隸屬函數，利用模數函數計算參評指標的隸屬度，通過單因素評價生成隸屬模糊關系矩陣R，即：

(1)

以線性變化特征構造相對隸屬度函數，不同指標隸屬于各等級的函數表達式如下：

(2)

(3)

(4)

式中：k1和k3代表V2、V3級和V1、V2的臨界值，k2代表V2等級范圍的中點值，以k2=(k1+k3)/2確定。

步驟3：計算加權模糊向量。根據水資源承載力受各參評因子的影響程度，在綜合評價中要構造模糊權向量A：A={a1，a2，…，am}，實際上ai即為參評因子ui隸屬于模糊子集的程度[7]。

步驟4：復合模糊計算。通過模糊變換進行綜合評價，轉換方程如下：

B=A·R=(a1，a2，…，am)·=(b1，b2，…，bn)

(5)

步驟5：模糊綜合評價。依據水資源承載力綜合評判矩陣B確定最終的評價值θ，θ值越大則承載潛力越大[8]，具體表達式為：

(6)

評價值θ處于0-0.33、0.33-0.66、0.66-1.0范圍時，依次代表遼河干流水資源承載狀況良好、適中和基本飽和狀態。

3 水資源承載力評價

3.1 評價指標選取

文章遵循代表性、系統性、科學性和可獲取性等原則，結合流域具體情況和水資源利用特點選擇10項典型指標[9-10]。這些指標反映了流域生態環境、社會經濟和供需水情況，對流域水資源影響較大，各指標等級劃分見表1。

表1 水資源承載力參評指標分級標準

依據我國北方河流和遼河流域相關數據資料合理確定各項指標權重，其中水資源承載力受開發利用程度和人均可利用量影響較大，故a1、a2權重均取0.15；此外，生態用水率對水資源可持續開發利用、人類生存發展以及生態環境的維護也影響較大，故a10權重取0.15；水資源承載力受人口密度、人均糧食占有量和人均增加值的影響角度，故a4、a5、a7權重均取0.05，其他指標a3、a6、a8、a9權重均取0.10，由此構造的權重矩陣A=(0.15，0.15，0.10，0.05，0.05，0.10，0.05，0.10，0.10，0.15)。

3.2 結果與分析

采用上述方法計算遼河干流水資源承載力以及各等級隸屬度，見表2所示。然后對分區城市評價結果利用SPSS軟件進行主成分分析，主成分Yi及其評價值F見表3。經對比分析，主成分分析法和模糊綜合法評價結果基本相同。

表2 遼河干流水資源承載力評價結果

表3 水資源承載力主成分分析結果(2020年)

1)對于柳河口以上區間。結合計算結果，該區間面臨著突出的水資源供需矛盾，流域水資源進一步開發潛力較小，加之水環境破壞、地下水超采等因素致使水資源承載潛力較低，具體如下：

①柳河口以上區間內鐵嶺市水資源承載力所占比重最高，評價結果排序為第3，水資源條件較好；深入分析，鐵嶺市的農業用水量和灌溉定額較高，用水效率較低，為提高該地區灌溉系數和水資源承載力，應結合區域實際情況采取滴灌、噴灌等工程措施，有效控制灌溉定額。②柳河口以上區間內沈陽地區的綜合評分值最高，表明該地區的進一步開發利用潛力不大，水資源利用已具有一定規模。③流域內阜新市水資源承載力較高，但其所占比重較小，加之城市化不高、河流水量充沛以及有柳河流經等，所以承載水平較高，水資源開采適用仍具有一定的潛力。④遼河干流中阜新地區所占比例較小，并且多為山區；水資源承載力評價等級處于V2-V3之間，評分值最低，表明水資源狀況良好，這與該地區水資源條件好、人口稀少等因素有關[11-13]。

2)對于柳河口以下區間。結合計算結果，該區間水資源面臨著嚴峻的形勢，整體水質較上游稍差，具體如下：

①新民市城市化水平相對較低，加之有饒陽河徑流和多座小型調節水庫，所以水資源狀況較好，具有一定開發潛力，但隨著經濟的發展也應該慎重開采。②遼中地區的水資源承載力評分相對較高，表明該地區開發利用潛力不大，現已具備一定規模；水資源開發利用程度隨著老工業基地的振興也不斷增大，未來該地區也會面臨著嚴峻的形勢，水資源開發潛力還會減小。③遼河干流主要流經鞍山市臺安縣，模糊評價結果排序為第2，水資源狀況較差；近年來，鞍山市高度重視滴灌、噴灌等農業節水工程建設，不斷提高用水效率，水資源承載力在一定程度上有所提升。④模糊綜合評分最高的是盤錦市，但承載力水平較低，盤錦市雙臺子入河口處建有多座大型灌區，灌溉需水量巨大，未來將面臨著嚴峻的水資源形勢；雖然大伙房水庫二期工程在一定程度上緩解了灌溉用水矛盾，但還要充分利用現有水源，加快產業結構的優化調整。⑤流域內的錦州市水資源狀況也不容樂觀，評分處于V2-V3之間，水資源短缺正面臨著嚴峻挑戰。

總體而言，2020年遼河干流處于可承載水平，隨著耕地面積的不斷擴大、人口的持續增長和經濟的快速發展，遼河干流區水資源承載力將不斷下降，難以支撐經濟社會發展需求。同時，通過規劃節水措施、加大節水力度等逐步轉變用水浪費的現狀，間接提升流域承載力。

4 結 論

文章結合流域具體情況和水資源利用特點選擇能夠反映了流域生態環境、社會經濟、供需水情況的10項指標，并利用模糊綜合法科學評價了流域水資源承載狀況。結果顯示，該模型具有原理清晰、計算簡單、精準可靠等優點，評價結果能夠反映出不同水平年流域水資源實際狀況，并且與主成分法憑借結果保持一致。遼河干流各分區規劃年的水資源承載力有所提升，大部分地區承載狀況呈好轉趨勢。