江陰市水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)

胡曉雨，陸 雋，蔣 詠，王聰聰，崔彥萍，楊樹(shù)灘

(1.江蘇省水資源服務(wù)中心，江蘇 南京 210029；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029)

江陰市位于江蘇省南部，長(zhǎng)江三角洲太湖平原北端，北枕長(zhǎng)江，南臨無(wú)錫市區(qū)，西鄰常州市，東接張家港市，總面積987.0 km2。江陰市河網(wǎng)密布，水道縱橫，河網(wǎng)密度4.98 km/km2，為典型的平原低洼河網(wǎng)區(qū)。江陰市多年平均水資源總量5.3億m3，其中地表水資源量4.0億m3，地下水資源量1.3億m3。江陰市本地水資源量不足，過(guò)境水資源量豐富，城鄉(xiāng)供水80%以上依賴長(zhǎng)江。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展以及蘇南現(xiàn)代化建設(shè)示范區(qū)的推進(jìn)，江陰市污染物入河量逐步超出水體納污能力，境內(nèi)大部分水體喪失了飲用水供水功能，錫澄運(yùn)河、張家港、老桃花港、老夏港河等主要河流的水質(zhì)污染嚴(yán)重，加之地下水位持續(xù)多年超過(guò)禁采水位，愈發(fā)嚴(yán)峻的水資源形勢(shì)已成為制約江陰市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。因此，開(kāi)展江陰市水資源承載能力評(píng)價(jià)研究，有利于根據(jù)區(qū)域的水資源條件及其承載能力，明確水資源開(kāi)發(fā)利用上限，有效控制水資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)三者協(xié)同發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

水資源承載能力評(píng)價(jià)方法主要分為三類[1-4]：①綜合評(píng)價(jià)法[5]，即根據(jù)水資源承載能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用某種評(píng)價(jià)方法，對(duì)水資源承載力進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，如模糊綜合評(píng)判法[6-7]、投影尋蹤法[8]、主成分分析法[9]等；②經(jīng)驗(yàn)公式法，即選定某些經(jīng)驗(yàn)公式或指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算來(lái)判斷水資源承載力大小，如背景分析法、指標(biāo)計(jì)算法等[10-11]；③系統(tǒng)分析法，即將水資源承載力的主體和客體耦合成一個(gè)整體，通過(guò)系統(tǒng)研究，計(jì)算得到水資源承載力，如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、優(yōu)化模型法、COIM法等。其中，應(yīng)用最為廣泛的是綜合評(píng)價(jià)法，其核心之一是建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

傳統(tǒng)的水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要分為兩種：①?gòu)娜珖?guó)水資源供需分析的指標(biāo)體系中，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H選擇部分指標(biāo)；②基于水資源社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的特征，選擇影響區(qū)域水資源承載能力的主要指標(biāo)。但從評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定來(lái)看，這兩類指標(biāo)體系并沒(méi)有與最嚴(yán)格水資源管理制度的量化目標(biāo)有機(jī)結(jié)合，難以為管理部門提供有效的決策依據(jù)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文立足最嚴(yán)格水資源管理需求，建立一套符合江陰市特點(diǎn)的水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)江陰市水資源承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上提出江陰市水資源調(diào)控的措施建議。

1 水資源承載能力模糊綜合評(píng)價(jià)方法

1.1 基于最嚴(yán)格水資源管理制度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2012年1月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》[12]，確立了用水總量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率等量化目標(biāo)，對(duì)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度做出了全面部署和具體安排。其中，水量方面要求加強(qiáng)水資源開(kāi)發(fā)利用控制紅線管理，嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制；水效方面要求加強(qiáng)用水效率控制紅線管理，全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)；水質(zhì)方面要求加強(qiáng)水功能區(qū)限制納污紅線管理，加強(qiáng)飲用水水源保護(hù)；水生態(tài)方面要求開(kāi)發(fā)利用水資源應(yīng)維持河流合理流量和湖泊、水庫(kù)以及地下水的合理水位，充分考慮基本生態(tài)用水需求?；谧顕?yán)格水資源管理制度對(duì)水量、水效、水質(zhì)、水生態(tài)的要求，綜合考慮江陰市具有本地水資源不足、水質(zhì)型缺水、地下水超采等特點(diǎn)，并遵循可操作、可度量、可監(jiān)測(cè)等原則，構(gòu)建江陰市水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

表1 基于最嚴(yán)格水資源管理制度的江陰市

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

參考江陰市3條紅線控制指標(biāo)、水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)方案、水生態(tài)文明城市建設(shè)方案等相關(guān)成果，將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的8項(xiàng)指標(biāo)劃分為V1、V2、V3共3個(gè)等級(jí)。V1表示該區(qū)域不超載，水資源承載能力較強(qiáng)；V3表示該區(qū)域超載，水資源承載能力較弱；V2表示該區(qū)域臨界超載，水資源承載能力介于V1、V3之間。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)值

見(jiàn)表2。

表2 江陰市水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

1.3 確定指標(biāo)權(quán)重

1.4 建立模糊關(guān)系矩陣

采用分段函數(shù)作為隸屬函數(shù)[16]來(lái)確定模糊關(guān)系矩陣R。對(duì)于正向指標(biāo)，隸屬于V1、V2、V3等級(jí)的隸屬函數(shù)分別為

(1)

(2)

(3)

對(duì)于反向指標(biāo)，隸屬于V1、V2、V3等級(jí)的隸屬函數(shù)分別為

(4)

(5)

(6)

式中：bi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；Vj(bi)為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在Vj等級(jí)上的隸屬度；ki1為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在V1等級(jí)和V2等級(jí)的臨界值；ki2為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在V2等級(jí)的中間值；ki3為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在V2等級(jí)和V3等級(jí)的臨界值。

根據(jù)上述隸屬函數(shù)，計(jì)算出各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣R=(rij)8×3，其中rij=Vj(bi)(i=1，2，…，8，j=1，2，3)。

1.5 綜合評(píng)價(jià)

采用加權(quán)平均算子，將模糊關(guān)系矩陣R和權(quán)重矩陣U進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)判矩陣D：

D=U·R=(d1，d2，d3)

(7)

為綜合評(píng)價(jià)水資源承載能力狀態(tài)，定量反映不同年份水資源承載能力水平，對(duì)V1、V2、V3用1分制數(shù)量化，令a1=0.95，a2=0.5，a3=0.05。綜合評(píng)價(jià)計(jì)算公式如下：

(8)

式中：a為水資源承載能力綜合評(píng)分值；k為系數(shù)，通常取1。

表3 江陰市2011—2016年水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)值

a值越高，說(shuō)明水資源承載能力越強(qiáng)。利用a值對(duì)水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行定性，將a值劃分為3個(gè)區(qū)間：當(dāng)a低于0.4時(shí)，該區(qū)域超載；當(dāng)a高于0.7時(shí)，該區(qū)域不超載；當(dāng)a介于兩者之間時(shí)，該區(qū)域臨界超載[17]。

2 江陰市水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》《江蘇省水資源公報(bào)》《江蘇省地下水年報(bào)》等資料，計(jì)算出江陰市2011—2016年水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)值，見(jiàn)表3。

2.2 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

采用組合權(quán)重法計(jì)算得到權(quán)重矩陣U=(0.13,0.08,0.12,0.12,0.18,0.17,0.07,0.13)。

根據(jù)隸屬函數(shù)公式計(jì)算江陰市2011—2016年各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，繼而得到模糊關(guān)系矩陣R：

由權(quán)重矩陣U和模糊關(guān)系矩陣R，計(jì)算江陰市2011—2016年水資源承載能力評(píng)判矩陣D，并求得相應(yīng)的水資源承載能力綜合評(píng)分值，見(jiàn)表4。

表4 江陰市2011—2016年水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知，2011年江陰市水資源承載能力綜合評(píng)分值低于0.4，處于超載狀態(tài)；2012—2016年江陰市水資源承載能力綜合評(píng)分值在0.4～0.7之間，處于臨界超載狀態(tài)。總的來(lái)看，江陰市2011—2016年水資源承載能力綜合評(píng)分值逐年增加，水資源承載能力水平呈現(xiàn)由弱變強(qiáng)的趨勢(shì)。

2.3 水資源承載狀況成因分析

2.3.1 水量維度

江陰市本地水資源量有限，但長(zhǎng)江過(guò)境水資源量豐富，工程供水能力較大，可供開(kāi)發(fā)利用的水資源量較大。2011—2016年，江陰市年用水總量指標(biāo)對(duì)V1等級(jí)的隸屬度最大，在0.78～0.80之間；地下水年用水量指標(biāo)對(duì)V1等級(jí)的隸屬度最大，為0.97?？偟膩?lái)看，江陰市水量維度承載能力較強(qiáng)，處于不超載狀態(tài)。

2.3.2 水效維度

從萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量指標(biāo)來(lái)看，江陰市2011年對(duì)V3等級(jí)的隸屬度最大，2012—2015年對(duì)V2等級(jí)的隸屬度最大，2016年對(duì)V1等級(jí)的隸屬度最大，經(jīng)歷了超載—臨界超載—不超載的轉(zhuǎn)變。究其原因，是江陰市大力推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，促進(jìn)了工業(yè)用水效率的大幅提高。從居民人均生活用水量指標(biāo)來(lái)看，江陰市2011—2016年在V1、V2兩個(gè)等級(jí)間擺動(dòng)，這是由于江陰市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，居民生活用水效率已維持在一個(gè)較高的水平?？偟膩?lái)看，江陰市水效維度承載能力逐漸增強(qiáng)，已漸變?yōu)椴怀d狀態(tài)。

2.3.3 水質(zhì)維度

2011—2016年，江陰市水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率指標(biāo)對(duì)V3等級(jí)的隸屬度最大，在0.52～0.89之間。這是由于江陰市屬于典型的平原水網(wǎng)地區(qū)，流速小，水體自凈能力低，水環(huán)境容量不高，且入河污染物負(fù)荷較大，導(dǎo)致了境內(nèi)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率不高。江陰市共有4個(gè)集中式飲用水水源地，分別為長(zhǎng)江肖山水源地、長(zhǎng)江小灣水源地、長(zhǎng)江窯港口水源地和長(zhǎng)江西石橋水源地，2011—2016年，江陰市集中式飲用水水源地達(dá)標(biāo)率指標(biāo)對(duì)V3等級(jí)的隸屬度最大，為0.94。這是由于水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率雖達(dá)到了100%，但4個(gè)水源地均尚未通過(guò)省級(jí)達(dá)標(biāo)驗(yàn)收，仍存在安全隱患?？偟膩?lái)看，水質(zhì)維度承載能力較弱，處于超載狀態(tài)。水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、集中式飲用水水源地達(dá)標(biāo)率是江陰市水資源承載能力的主要限制因子。

2.3.4 水生態(tài)維度

近年來(lái)，江陰市積極建設(shè)生態(tài)用水保障工程，開(kāi)展河流健康評(píng)估，2011—2016年，江陰市生態(tài)用水保證率指標(biāo)從V2等級(jí)逐漸提高為V1等級(jí)，已呈現(xiàn)從臨界超載向不超載轉(zhuǎn)變的態(tài)勢(shì)。除經(jīng)江蘇省政府批準(zhǔn)保留的特殊行業(yè)用井外，江陰市已于2005年實(shí)現(xiàn)深層地下水禁采[18]，地下水水位已逐步回升。但由于歷史長(zhǎng)期超采深層地下水，且地下水治理具有恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、治理見(jiàn)效慢的特點(diǎn)，江陰市地下水降落漏斗的中心埋深仍大于禁采水位埋深。2011—2016年，江陰市地下水埋深指標(biāo)對(duì)V3等級(jí)的隸屬度最大，在0.55～0.79之間，處于超載狀態(tài)?？偟膩?lái)看，地下水埋深是江陰市水資源承載能力的主要限制因子。

3 江陰市水資源調(diào)控措施建議

根據(jù)江陰市2011—2016年水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合其承載狀況成因分析，建議江陰市今后以實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度為著力點(diǎn)，全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，重點(diǎn)加強(qiáng)“水源地、水功能區(qū)、地下水”三大薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)一步減小水資源承載負(fù)荷。

a. 全面加強(qiáng)飲用水水源地達(dá)標(biāo)建設(shè)。貫徹落實(shí)江蘇省人大常委會(huì)《關(guān)于加強(qiáng)飲用水源地保護(hù)的決定》，按照“水量保證、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、管理規(guī)范、運(yùn)行可靠、監(jiān)控到位、信息共享、應(yīng)急保障”的要求[19]，加強(qiáng)長(zhǎng)江沿線水源地風(fēng)險(xiǎn)隱患達(dá)標(biāo)整治，推進(jìn)綺山湖、利港地下水應(yīng)急備用水源地建設(shè)與管理，建立健全水源地保護(hù)長(zhǎng)效機(jī)制，確保江陰市飲用水源水質(zhì)優(yōu)良、水量充足、水生態(tài)良好，形成“扎根長(zhǎng)江、多源互補(bǔ)”的飲用水水源地布局體系。

b. 大力推進(jìn)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)整治。依托長(zhǎng)江和太湖流域綜合治理，繼續(xù)推進(jìn)中小河流治理與城鄉(xiāng)黑臭河道整治。加快推進(jìn)污水處理廠優(yōu)化整合和提標(biāo)改造，優(yōu)化鎮(zhèn)域污水處理設(shè)施布局，著力提高農(nóng)村分散式生活污水處理設(shè)施的運(yùn)行管理水平，加大污水集中處理力度，減少污染物入河量。通過(guò)入河排污口規(guī)范化建設(shè)、面源污染控制治理、生態(tài)清淤、水系連通等措施，大力推進(jìn)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)整治，實(shí)現(xiàn)河湖水域水環(huán)境逐步改善。

c. 嚴(yán)格地下水保護(hù)與管理制度。按照“優(yōu)水優(yōu)用”的原則科學(xué)合理配置地下水，深層地下水原則上只作為應(yīng)急備用戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源。嚴(yán)格落實(shí)江蘇省、無(wú)錫市下達(dá)的深層地下水保留井的開(kāi)采總量和水位雙控指標(biāo)，定期巡查已封深井，嚴(yán)防違法啟用。在進(jìn)一步強(qiáng)化深層地下水保留井管理的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)地?zé)崴?、礦泉水、地源熱泵及淺層地下水的管理，建立規(guī)范化的地下水取水工程“四個(gè)一”管理制度。加強(qiáng)地下水監(jiān)測(cè)管理和取水計(jì)量，建立淺層、深層地下水分層監(jiān)測(cè)體系，形成地下水水位、水質(zhì)綜合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié) 論

a. 基于最嚴(yán)格水資源管理制度的水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅可以反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)-水資源-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的狀況，還可以反映最嚴(yán)格水資源管理制度對(duì)水量、水效、水質(zhì)、水生態(tài)的內(nèi)在量化要求，揭示水資源管理中的限制因子和薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)用性和可操作性較強(qiáng)。

b. 2011—2016年期間，江陰市水資源承載能力逐年增強(qiáng)，這是由于2012年起江陰市貫徹實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，水資源利用、水環(huán)境改善和水生態(tài)保護(hù)成效日益凸顯。

c. 根據(jù)江陰市水資源承載狀況及成因，建議江陰市進(jìn)一步加強(qiáng)飲用水水源地達(dá)標(biāo)建設(shè)，推進(jìn)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)整治，嚴(yán)格地下水保護(hù)與管理，以實(shí)現(xiàn)水資源的永續(xù)利用。