朝陽市水安全分析評價

劉立娟

(朝陽縣水利勘測設計隊,遼寧 朝陽 122000)

水是維持經濟社會可持續發展和自然生態系統良性循環的戰略性資源,對于促進生態、生產和生活良好發展發揮著不可替代的作用[1]。近年來,水資源開發利用不合理以及用水量激增導致水安全面臨著嚴峻威脅,加之水災害頻發和水環境污染使得水安全問題更加嚴重。20世紀70年代最早提出了水安全的概念,其重點和目標是滿足生態、社會用水需求并實現水資源的可持續發展[2]。因此,水安全評價作為水資源管理的依據逐漸引起廣大學者的關注。

針對水安全問題許多學者分析探討了保護對策、內涵特征等內容,隨著研究的深入定量評價了水安全狀況,大多集中于水足跡、水資源承載力以及水資源供需平衡等領域。總體上,可以將評價方法劃分成5類:①主成分法,由于主成分的含義比較模糊難以確定水安全分級標準,從而使得評價結果具有一定主觀性;②模糊綜合法,對于多層次問題的處理表現出明顯優勢,但評價結果受人為干擾較大;③層次分析法,該方法存在的缺陷與模糊綜合法相同;④系統動力學(SD)法,可有效解決復雜的水安全系統問題,但主要側重于單個子系統問題;⑤投影尋蹤回歸法和多目標規劃法等。為全面反映城市水安全狀況,需要從多個維度選擇合適的指標構建評價體系,多基于DPSIR概念模型、水壓力和水貧困指數法等建立評價體系[3-7]。然而,隨著城市的發展變化已有評價體系存在指標代表性不夠、指標不全或冗雜等問題,對誰安全評價的客觀性造成性影響。因此,文章充分考慮國內外水安全相關規劃、民眾關注焦點、經濟社會現狀以及水安全的內涵特征,從城市涉水系統中選擇代表性指標,運用綜合指數法評價朝陽市水安全狀況,以期為城市水資源合理開發利用及水安全管理提供科學依據[8-10]。

1 研究方法

1.1 評價體系與權重計算

文章結合城市水安全相關規劃及其內涵特征,聚焦水監管服務、水生態保護、水資源高效利用、水源供給保障和水災害規避等核心要素,將城市水安全劃分成5個子系統,并采用專家咨詢、理論分析以及頻度統計等方法細化成31項指標建立評價體系。

權重反映了在整個評價體系中各個指標的重要程度,也是單項指標對水安全評價結果的貢獻率。目前,常見的權重計算方法有層次分析法、因子分析法、熵值法和專家打分法等。考慮到本研究所用指標大多體現涉水管理,且參評指標較多的實際情況,對各指標權重利用專家打分法計算確定。根據相關研究和實踐經驗初步設定各指標權重,參考領域內相關專家意見適當調整后確定最終權重,評價體系及指標權重如表1。其中,“+”、“-”代表正向和負向指標。

表1 朝陽市水安全評價體系及指標權重

1.2 標準化處理

為消除水安全指數計算受量綱不同的影響,必須標準化處理指標數據。其中,指數型功效系數法是常用的標準化處理方法,該方法就是利用直線關系處理指標評價指標及其數值變化之間的關系[11-12]。實際上,指標數值變化與邊際效益遞減存在相似的特點,對水安全評價并非簡單的線性規律。因此,為更加客觀地處理兩者關系,綜合應用指數型功效函數與邊際效益遞減原理,標準化處理參評指標數值,從而保證評價結果客觀真實性與準確性,具體計算公式為:

(1)

(2)

式中:Im、Is為中間變量和指標標準化值,Im取值區間為1/e～1,Is取值區間為0～1;x、xmax、xmin為待標準化值以及合理范圍內指標數據可以達到的上限(最大)和下限(最小)值,即參考值。

以控制值、上限和下限值作為指標閾值,合理設置指標上、下限值,正向指標值越大則水安全程度越高,反之則越低。對灌溉水有效利用系數、萬元工業增加值用水量和萬元GDP用水量設置相對控制值,其中控制值高于萬元工業增加值用水量和萬元GDP用水量為優,控制值低于灌溉水有效利用系數為優[13-14]。根據相關專家意見、地區規劃和有關標準確定參評指標閾值如表1所示,采用上述公式和上、下限值進行標準化處理。

1.3 評價標準

由涉水事務監管、河湖生態、用水、飲水和防洪安全5個分指數構成水安全綜合指數,通過加權計算單指標無量綱數值與權重確定各分指數,再加權求和各分指數確定綜合指數WSI,其計算公式為:

(3)

(4)

式中:Xi為涉水事務監管、河湖生態、用水、飲水和防洪安全各分享指數;Wi、Wj為單指標以及分指數Xi的權重。

根據相關研究成果將城市水安全合理劃分成5個等級,水安全分指數Xi和綜合指數WSI處于0～0.4、0.4～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8和0.8～1范圍時,所對應的等級分別為不安全、較不安全、基本安全、較安全和安全。

2 實例應用

2.1 研究區概況

朝陽市位于遼寧省西部,總面積19736km2,下轄北票市、凌源市、朝陽縣、龍城區和雙塔區。境內河流主要有老哈河、青龍河、大凌河和小凌河,其中69條河流流域面積超過100km2,總集水面積19777km2,地表徑流量13.22億m3。研究區屬北溫帶大陸性季風氣候,平均氣溫5.4～8.7℃,年降水量450～580mm,降雨偏少,日照充足,地形主要是河谷平原及山區。朝陽市土地資源、人口、生態與水資源組合不匹配,加之用水效率較低、水資源時空分配不均等導致水環境污染和水資源匱乏。經濟社會的快速發展加劇了水資源問題,城市水安全面臨著嚴峻的形勢,亟待研究分析其水安全狀況[15-16]。

2.2 水安全評價

研究所用數據來源于朝陽市水安全戰略規劃、2020年水利統計年鑒、水資源公報以及生態環境和水利等部門有關資料。采用公式(3)～(4)和指標標準化值評價2020年朝陽市水安全狀況,結果如表2所示。

表2 朝陽市水安全綜合指數

2.3 結果分析

由表2可知,2020年朝陽市水安全總體達到“基本安全”等級,綜合指數為0.6605,說明朝陽市面臨著一定的水安全問題,特別是涉水事務監管、飲水和用水安全還存在一定的短板,具體如下:

1)防洪安全子系統處于“較安全”等級,該分指數為0.7064,相較于其它分指數較大,這是因為山洪溝達標治理率Q3(0.7816)和堤防達標率Q1(0.8561)表現較高,而水庫病險率Q2(0.5427)為主要短板,由于全市小型水庫技術標準偏低、建設時間焦躁且數量眾多,實際運行過程中水庫安全隱患較大,為增強對自然災害的抵御能力應加強病險水庫治理。

2)飲水安全子系統處于“基本安全”等級,該分指數為0.6171。其中,規模化工程服務人口比例Q8(0.2871)、城市官網漏損率Q11(0.2856)和供水安全系數Q6(0.4188)評分較低,這是因為城市飲用水需求隨著城鎮化水平的提升逐漸增大,而配套官網和供水工程相對滯后使得供水能力不足,并且城市管網面臨著突出的漏損和明顯老化問題,為提高城市供水保障能力應加強供水官網和維護和規模化供水工程建設。

3)用水安全子系統處于“基本安全”等級,該分指數為0.6011。其中,工業用水重復利用率Q16(0.3862)、有效灌溉面積比例Q17(0.4786)、大中型灌區骨干工程完好率Q18(0.4528)和農田灌溉水有效利用系數Q15(0.5056)評分較低,說明朝陽市工農業用水效率較低,節水措施尚不完善,為進一步提升全市用水效率必須加大各行業節水力度。

4)河湖生態安全子系統處于“較安全”等級,該分指數為0.7231,相較于其它分享指數較高,說明全市比較注重河湖生態治理與保護,并且成效顯著。對于參評指標,評分較低的是河湖水域空間保有率Q20(0.5241),為保證河湖生態安全仍需加強水源岸線保護,全面落實河湖管控相關制度。

5)涉水事務監管安全子系統處于“基本安全”等級,該分指數為0.6034。其中,重要水管理事項有效實施率Q27(0.5108)、水利人才結構達標率Q30(0.4922)和水利投資占財政投入比例Q28(0.0984)評分較低,說明部分地區的專業性人才缺乏、人員老化問題突出且對水利建設不夠重視,為進一步提升基層監管水平應加大人才培養、引進以及財政資金投入力度。

3 結 論

文章結合水安全的基本內涵特征,從涉水事務監管、河湖生態、用水、飲水和防洪安全的角度選擇典型指標構建評價體系,運用水安全指數模型評價分析朝陽市水安全狀況。結果表明,2020年朝陽市水安全總體達到“基本安全”等級,其中社會事務監管、用水和飲水安全存在一定短板,應強化人才與資金保障、加大節水力度、加快規模化供水工程建設和病險水庫綜合治理等。該評價體系相比于已有指標體系更具有效性和代表性,可以客觀真實地反映城市水安全實際情況。但采用專家打分法計算指標權重存在一定主觀性,評價結果缺少長序列年限數據支撐,對城市水安全預警性偏低。因此,未來仍需利用歷史數據和系統動力學仿真模型進一步預判分析水安全形勢。