丹東市水資源承載力與水資源安全分析

曲 峰

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

1 區域概況

丹東市地處遼寧省東南部山地丘陵區，下轄1縣2市和3個區，總面積15 222 km2。境內江河密布，其中河長超過2 km的河流有944條，大多數河流具有季節性特征，徑流量的季節性變化大，汛期水流急劇暴漲甚至泛濫成災，平時水淺或干涸。丹東市屬溫帶亞濕潤季風氣候，年平均氣溫9 ℃，年降水量893.0 mm，受地形差異等因素影響，降水時空分布不均，7—8月暴雨集中，夏季降水占全年的2/3。近年來，隨著經濟的發展，城鎮生活和工農業生產用水量急劇增大，生態環境脆弱、水資源短缺嚴重制約當地經濟發展，為有效降低城市用水壓力并實現合理配置，必須科學分析丹東市水資源承載力和安全狀況[1-3]。

2 研究方法

2.1 建立評價體系

本文遵循數據可獲取性、綜合性、系統性和獨立性等原則，結合丹東市水資源現狀和相關研究成果，從經濟、社會、生態環境和水資源子系統選擇24個代表性指標建立丹東市水資源評價體系，詳見表1。

2.2 權重計算

2.2.1 主觀權重

AHP法是一種用群體分析替代單一主觀偏好判斷的決策方法，具有靈活實用、計算簡便等特點，用ω′表示AHP法計算的主觀權重[4]。

2.2.2 客觀權重

(1) 熵權法。此法是利用參評指標信息效用值計算權重的客觀賦權法，該方法重點突出不同指標之間的局部差異程度，能夠有效降低人為主觀判斷可能產生的偏差，用ω″表示熵權法計算的客觀權重[5]。

(2) CRITIC法。該賦權方法考慮了各參評指標間的沖突性與對比強度，能夠消除多目標、多因素復雜系統問題強關聯指標的影響，解決不同指標所包含的信息重疊問題，更好地保證計算結果可信度。對于不同年份的同一指標的取值差異程度可以利用標準差σ來衡量，σ值越大則取值差異性越高，用ω?表示CRITIC法計算的客觀權重[6]。

2.2.3 組合權重

通過優化協調主、客觀權重，計算水資源評價各指標組合權重，其中加權合成歸一法可以反映評價系統中各指標的權重比例，從而保證評價結果具有更高的參考性和可靠性[7]，如式(1)

(1)

式中：ωj為基于加權合成歸一法計算的參評指標j的組合權重。

2.3 TOPSIS法

TOPSIS法是依據評價樣本與最優解、最劣解之間的距離及其貼近度來反映多目標復雜系統所處的狀態，利用TOPSIS法評定水資源承載力[7-8]。

2.4 水資源安全指數

水資源安全指數Ci應用線性加權法計算確定，如式(2)：

(2)

式中：xij為第i年參評指標j的標準化值。研究選用五分法將水資源安全劃分成5個等級，具體詳見表2。

表2 水資源安全評價等級

3 結果與分析

3.1 初始數據

通過整理分析丹東市2012—2021年統計年鑒、水資源公報以及政府官網發布信息等資料，獲取各參評指標初始數據，詳見表3。

表3 2012—2021年丹東市水資源初始數據

3.2 評價指標權重

選用AHP法、熵權法和CRITIC法計算丹東市水資源評價各指標主、客觀權重，為保證數據可信度和參考性進一步確定組合權重，結果詳見表4。

表4 水資源評價指標權重

由表4可知，對于系統層指標，生態和經濟系統的組合權重較高，分別為0.306、0.524，社會和水資源系統的組合權重較小，分別為0.070、0.100，說明經濟系統和生態系統對承載力評價影響較大，評價結果受水資源系統和社會系統的影響較小。

對于指標層，生態系統中的生態環境用水率和生態環境用水量組合權重較大分別為0.125、0.146，說明生態環境用水率和生態環境用水量對承載力影響較大，增加生態環境用水率和生態環境用水量能夠在一定程度上提高丹東市水資源安全等級和承載力。經濟系統中第二產業占GDP比例、工業增加值組合權重較高分別為0.194、0.125，表明水資源安全及承載力受第二產業影響顯著。

3.3 水資源承載力變化

采用TOPSIS法計算評價2012—2021年丹東市水資源承載力，結果詳見表5。由表5可知，研究期間丹東市水資源承載力整體處于較低水平，貼近度Gi位于0.225～0.433，達到Ⅳ級(超載)～Ⅲ級(臨界承載)狀態。總體上，丹東市水資源承載力整體較低，但2012—2021年評價值處于波動上升趨勢，從2012年的0.225波動增大到2021年的0.433，說明水資源系統呈好轉態勢。

表5 水資源承載力及評價等級

3.4 水資源安全指數變化

采用線性加權法計算評價2012—2021年丹東市水資源安全指數，結果詳見表6。由表6可知，丹東市水資源安全指數處于0.302～0.722，達到Ⅳ級(不安全)～Ⅱ級(較安全)狀態。2014年、2015年水資源安全指數較小為0.302和0.351，達到Ⅳ級(不安全)狀態，其他時段相對較高，總體處于Ⅲ級(臨界安全)和Ⅱ級(較安全)狀態。總體上，丹東市水資源安全水平呈波動上升趨勢，安全指數Ci從2012年的0.518波動上升到0.722，從臨界安全轉變成較安全水平，這與水資源承載力呈好轉趨勢一致。

表6 水資源安全評價指數及等級

4 結 論

(1)本文考慮主、客觀兩個方面計算各指標組合權重，保證了水資源評價的可參考性和可靠性。對于系統層，生態和經濟系統的組合權重較高，社會系統和水資源系統的組合權重較小，說明經濟系統和生態系統對丹東市水資源安全和承載力影響較大，其受水資源系統和社會系統的影響較小。對于指標層，丹東市水資源安全和承載力受生態環境用水率及生態環境用水量的影響較大，加大生態用水效率和生態環境用水量及推廣現代灌溉節水技術有利于提高水資源承載力。

(2)2012—2021年丹東市水資源承載力整體處于較低水平，達到Ⅳ級(超載)～Ⅲ級(臨界承載)狀態，研究期間評價值處于波動上升趨勢，說明水資源系統呈好轉態勢。2012—2021年丹東市水資源安全指數處于0.302～0.722，達到Ⅳ級(不安全)～Ⅱ級(較安全)狀態，水資源安全指數呈波動上升趨勢，這與水資源承載力呈好轉趨勢一致，研究成果可為丹東市水資源科學配置和保護規劃等提供一定數據支撐。