水資源需求合理性評價——以邯鄲市為例

董 琳，宋秋波，胡寧寧

（1.海河水利委員會科技咨詢中心，天津 300170；2.天津市中水科技咨詢有限責(zé)任公司，天津 300170；3.黑龍江省航道局，黑龍江 哈爾濱 150026）

1 水資源需求合理性評價概述

水是重要的戰(zhàn)略資源，水資源與社會、生態(tài)相互耦合，組成水資源復(fù)合系統(tǒng) ，保障居民基本生活、支撐經(jīng)濟社會發(fā)展、維持生態(tài)環(huán)境健康，是社會經(jīng)濟系統(tǒng)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的水資源管理較多強調(diào)水利如何盡最大潛力保障和滿足經(jīng)濟社會快速發(fā)展，一方面較少考慮自身水資源稟賦和承載能力對經(jīng)濟社會發(fā)展的約束作用，另一方面也較少地站在其他行業(yè)或領(lǐng)域?qū)徱曀Y源的合理需求。在過去的經(jīng)濟發(fā)展模式中，工業(yè)園區(qū)、開發(fā)區(qū)的大量建設(shè)固然為經(jīng)濟發(fā)展帶來了強大的集聚效應(yīng)，也導(dǎo)致區(qū)域水資源需求的不均衡性，自然、社會資源的需求因此過度集中，排放的生產(chǎn)生活廢棄物又造成環(huán)境污染；作為用水大戶的農(nóng)業(yè)不得不采用污水或大量超采地下水，生態(tài)環(huán)境用水受到嚴(yán)重擠占。在高速發(fā)展的背后，水資源供需矛盾愈發(fā)突出，如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)經(jīng)濟、社會、生態(tài)、水資源4個復(fù)雜系統(tǒng)之間的關(guān)系和確立合理的水資源需求成為需求管理的重要任務(wù)。

目前，全國各地出臺法規(guī)，限制石油石化、建材化工、造紙等高耗水行業(yè)發(fā)展，使對水資源無序開發(fā)利用的問題得到緩解，但是經(jīng)濟發(fā)展作為水資源需求的主要驅(qū)動因素之一，其發(fā)展趨勢是可以預(yù)期不斷增長的，因此水資源需求也不可避免地呈現(xiàn)增長的趨勢。

基于水資源需求的多元化特點，要確定一個兼顧資源有限、經(jīng)濟增長、人口增加、生態(tài)建設(shè)諸多因素的合理的水資源需求，需要考慮各方面的需求以及相互之間的關(guān)聯(lián)程度。如，人口增長、城市化進程加快、經(jīng)濟發(fā)展對水資源需求的增長起促進作用，資源稟賦對水資源需求的增長起制約作用。因此，判斷水資源的需求是否合理，要以經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、水資源高效與可持續(xù)利用為衡量準(zhǔn)則，確定一個既適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展趨勢又符合水資源承載能力的合理需求。筆者采用層次分析法，通過建立梯階層次模型，對水資源需求合理性進行定量研究。

2 水資源需求合理性評價模型體系構(gòu)成

2.1 評價因素的選取

水資源需求合理性評價是在特定區(qū)域范圍內(nèi)，通過對需求的分解，進而進行的評價。從系統(tǒng)和宏觀的角度認(rèn)識水資源需求，必須保證各部門、各地區(qū)之間的公平性、水資源利用的效率以及發(fā)展的可持續(xù)性，這也是水資源需求管理的目標(biāo)，據(jù)此衡量部門間和地區(qū)間水資源需求的合理程度。

判斷一個區(qū)域水資源需求是否合理，主要以“水資源—社會—經(jīng)濟—環(huán)境”這一復(fù)合系統(tǒng)是否實現(xiàn)了公平、效率和可持續(xù)發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域水資源需求合理性評價指標(biāo)體系不僅要體現(xiàn)該區(qū)域水資源本身的特征、開發(fā)、利用、管理狀況，還要反映水資源系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r以及復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。

考慮到區(qū)域水資源特點、社會經(jīng)濟發(fā)展的不平衡、水資源開發(fā)利用程度的差異等，在參考國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，選取與水資源系統(tǒng)有關(guān)的主要指標(biāo)，將水資源需求合理性評價指標(biāo)體系分成3個層次，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層即為水資源需求合理，準(zhǔn)則層分別為資源利用、社會、效益、生態(tài)合理，同時提出衡量準(zhǔn)則層是否合理的具體指標(biāo)，見表1。

表1 水資源需求合理性評價指標(biāo)體系

2.2 評價方法

層次分析評價方法 （AHP，Analytic Hierarchy Process）常用于多目標(biāo)決策方法。它把復(fù)雜問題分解成梯階層次結(jié)構(gòu)，將下層因素相對于上層因素進行兩兩比較判斷，構(gòu)造判斷矩陣，通過計算判斷矩陣、一致性檢查和層次排序，得到各因素的組合權(quán)重，通過排序結(jié)果分析和解決問題。

層次分析法把人的主觀判斷用數(shù)量方式表達和處理，實現(xiàn)了定性和定量分析的結(jié)合，因而大大提高了系統(tǒng)評價的有效性、可靠性和可行性。這樣，可以根據(jù)計算結(jié)果判定水資源需求的合理水平及發(fā)展變化。

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

（1）判斷矩陣構(gòu)造：運用層次分析法，通過邀請不同領(lǐng)域的專家根據(jù)上述建立的水資源需求合理性評價指標(biāo)體系進行構(gòu)造判斷矩陣，再綜合分析研究最終確定判斷矩陣，進而進行指標(biāo)權(quán)重的計算。表2為專家給出的準(zhǔn)則層判斷矩陣。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣

（2）權(quán)重計算：采用方根法近似計算判斷矩陣的最大特征值與特征向量，計算步驟如下：第一步，計算判斷矩陣每行元素的幾何平均值，得到=（，…，）T；第二步，將歸一化，得到＝（，…，n）T。 其計算公式分別為：

式中：aij為判斷矩陣第i行第j列元素。

經(jīng)計算，得出準(zhǔn)則層的判斷矩陣的權(quán)向量為（0.533，0.082，0.114，0.271），最大特征值（λm）為4.17。

（3）一致性檢驗：設(shè)判斷矩陣A的最大特征根為λmax，其相應(yīng)的特征向量為W，將W 歸一化，進行一致性檢驗：

式中：CI為一致性檢驗指標(biāo)；n為判斷矩陣的階數(shù)；CR為隨機一致性比率；RI為隨機一致性指標(biāo)。

經(jīng)檢驗，計算一致性指標(biāo)（CI）為0.056，隨機一致性比率（CR）為0.063＜0.1，可以認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受。

（4）層次總排序：層次總排序是計算同一層次所有元素對于最高層 （目標(biāo)層）相對重要性的排序權(quán)值，這一過程是由最高層次到最低層次逐層進行的。

表3 層次權(quán)重總排序

（5）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：由于各個指標(biāo)的量綱不同，其絕對值數(shù)量級也相差很大，為了比較其大小，需要對其各分量進行歸一化處理。假設(shè)對一個地區(qū)的水資源需求合理性情況研究時期為m年，則在該研究時期內(nèi)就有m個水資源需求合理性指標(biāo)值。假設(shè)m個水資源需求合理性指標(biāo)值為 （j=1，2，…，m），再設(shè)每個水資源需求合理性指標(biāo)值由m個具體指標(biāo)確定的分量組成，即有 Ej=（E1j，E2j，…，Emj）。 歸一化處理后，，…，其中，計算公式為：

（6）綜合評價：通過計算，得到水資源需求合理性綜合評價值。綜合評價值與水資源需求的合理性呈正相關(guān)，得分越高，水資源的需求越合理。

3 以邯鄲市為例進行水資源需求合理性評價

3.1 邯鄲市基本情況

邯鄲市2007年總?cè)丝?96萬人，其中城鎮(zhèn)人口219萬人；國內(nèi)生產(chǎn)總值達到1 609.5億元，其中第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值分別為219億、839億和551億元，在第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)增加值744億元；現(xiàn)狀耕地面積65.2萬hm2，有效灌溉面積54.45萬hm2；糧食產(chǎn)量423.3萬t。邯鄲市2000—2007年經(jīng)濟社會指標(biāo)，見表4。

表4 邯鄲市2000—2007年經(jīng)濟社會指標(biāo)

邯鄲市1956—2000年平均年降雨量552 mm、徑流量6.18億m3，多年平均年地下水資源量為12.64億m3。地表水資源量加地下水資源量并扣除兩者之間的重復(fù)量，邯鄲市多年平均年水資源總量為 15.53 億 m3。

邯鄲市2007年供水總量18.71億m3，其中地表水4.98億m3、地下水13.13億m3、微咸水及再生水等非常規(guī)水源0.60億m3。用水方面，城市生活1.00億m3（含三產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境），工業(yè)2.81億m3，農(nóng)村居民生活0.93億m3，農(nóng)田灌溉12.84億m3，林牧漁業(yè)1.12億m3。2000—2007年邯鄲市用水變化趨勢，如圖1所示。

圖1 邯鄲市2000—2007年用水變化趨勢

3.2 水資源需求合理性評價

通過搜集資料，根據(jù)上述建立的水資源需求合理性評價模型，對邯鄲市2005—2010年的水資源需求情況進行分析計算。

以邯鄲市2005—2020年 （2010年以后為預(yù)測值）的指標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以每年指標(biāo)占15年指標(biāo)總和的比例作為指標(biāo)值，計算2005—2010年各年指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，以每個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值與對應(yīng)權(quán)重的乘積作為計算合理性得分的結(jié)果，見表5。

表5 邯鄲市2005一2010年用水資源需求合理性評價

4 水資源需求合理性評價結(jié)論

4.1 指標(biāo)的排序和結(jié)果

從指標(biāo)權(quán)重的結(jié)果來看，準(zhǔn)則層排序第1位的是水資源開發(fā)利用合理，在評價指標(biāo)中所占比重超過50%，此后依次為生態(tài)環(huán)境合理、效率合理、社會合理。從各指標(biāo)層的綜合權(quán)重來看，排名第1的是水資源開發(fā)利用率、綜合權(quán)重為0.426，第2名是生態(tài)用水率、綜合權(quán)重0.203，第3名是地下水利用指數(shù)、綜合權(quán)重0.107。由此可見，對于合理性評價結(jié)果起主導(dǎo)作用的因子是合理開發(fā)利用水資源、生態(tài)用水需求以及地下水壓采。相對地，與社會生產(chǎn)相關(guān)的農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)、工業(yè)用水重復(fù)利用率、管網(wǎng)漏損、人均用水量等指標(biāo)權(quán)重較輕。

4.2 評價值結(jié)果分析

通過對邯鄲市水資源需求現(xiàn)狀的合理性評價，2005—2010年邯鄲市水資源需求合理性評價值從0.047上升到0.064，平均年增長率為6.37%，總體呈上升趨勢。

在合理性指標(biāo)體系中權(quán)重排序第1位的水資源開發(fā)利用率，在2005—2006年從0.54上升至0.55后，沒有進一步增長。排序第2位的地下水利用指數(shù)，從1.21下降到1.11，平均年下降幅度為1.71%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于綜合指標(biāo)評價值變化幅度。排序第3位的生態(tài)環(huán)境用水率，從0.01上升到0.05，2007年較上年增長了一倍，2008年較上年增長了50%，2008年以后增長速度有所下降。

邯鄲市是嚴(yán)重缺水城市，主要以地下水供水為主。在邯鄲市供水結(jié)構(gòu)中，地表水占26.62%，地下水占70.18%，非常規(guī)水源占3.20%。多年來的人為開發(fā)利用，加之氣候變化，使邯鄲市山區(qū)徑流衰減，平原地區(qū)河道斷流，連續(xù)多年地下水超采，地下水位持續(xù)下降。邯鄲市平原區(qū)地下水埋深，1981—1990年平均年下降0.44 m，1991—2000年平均年下降0.46 m。2007年以來，邯鄲市實施了生態(tài)水網(wǎng)工程，溝通滏陽河、民有渠、東風(fēng)渠、衛(wèi)河四大骨干渠系，攔蓄地表水、補充地下水、涵養(yǎng)生態(tài)水，將岳城、東武仕水庫水源調(diào)入邯鄲城區(qū)，為城區(qū)生態(tài)景觀建設(shè)提供水源保障，在西部山區(qū)實施生態(tài)水保，利用中小水庫、小型集雨設(shè)施等建設(shè)涵養(yǎng)生態(tài)水源。通過該工程，挖掘地表水利用潛力，在一定程度上緩解了地下水超采情況，地下水位有所回升，同時對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境起到了積極的作用。

5 水資源需求的調(diào)控措施

（1）加大農(nóng)業(yè)節(jié)水力度。農(nóng)業(yè)灌溉是邯鄲市用水大戶，2007年農(nóng)業(yè)灌溉用水量占用水總量的68.63%。由于農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)的漫灌方式，灌溉水利用系數(shù)僅為0.4左右。加大節(jié)水投資、提高節(jié)水技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)水率和渠系利用系數(shù)的提高，從而減少畝均灌溉用水量，將會在很大程度上緩解農(nóng)業(yè)用水的壓力。

（2）在保持經(jīng)濟高速、穩(wěn)定發(fā)展的前提下，積極優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整用水定額。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度化，第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟中將占有越來越重要的地位，因此應(yīng)考慮適當(dāng)限制工業(yè)增加值的增長速度，鼓勵第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從“二三一”模式向“三二一”轉(zhuǎn)變，加快發(fā)展需水量較小的第三產(chǎn)業(yè)。

（3）積極發(fā)揮各種管理調(diào)控措施與激勵機制作用，提高城市非常規(guī)水源利用的程度，全面建成節(jié)水型城市。

（4）積極開發(fā)再生水回用技術(shù)，提供穩(wěn)定、可靠的非常規(guī)水源。再生水作為一個非常經(jīng)濟的新水源，可以滿足部分生活和生產(chǎn)用水對水質(zhì)的要求，減少社會對新鮮水資源的需求。同時，再生水回用可實現(xiàn)分質(zhì)供水，大大降低用水成本。

[1]馮寶平.區(qū)域水資源可持續(xù)利用理論與應(yīng)用研究[D].南京：河海大學(xué)，2004.

[2]許樹柏.層次分析法在資源分配、管理和沖突分析中的應(yīng)用[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1986.

[3]趙煥臣.層次分析法[M].北京：科學(xué)出版社，1986.

[4]Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process[M].New York：McGraw Hill Inc.，1980.

[5]郭鳳震，李杰.邯鄲市地下水水質(zhì)狀況及其變化趨勢分析研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011（12）：45-50.