遼寧省水資源可持續(xù)利用研究

李慶昕

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110094)

水資源系統(tǒng)作為社會經濟發(fā)展與人類賴以生存的環(huán)境與自然資源因多種因素影響，如污染嚴重、供需矛盾緊張等，已面臨嚴峻威脅和挑戰(zhàn)，水資源短缺問題已成為限制人們生活及社會經濟發(fā)展的主要因素[1]。遼寧省年內、年際降水量受季風氣候等因素影響其降水量發(fā)生了很大變化，多年來年降水量連續(xù)低于700mm，水資源儲備量為340億m3，不足全國平均水平的1/3并遠遠低于國際缺水警戒線，水資源供應緊缺已成為限制工農業(yè)發(fā)展的主要因素[2]。水資源在近年來開采利用過程中出現利用率低、水質惡化、水土流失嚴重、供需矛盾緊張以及防洪標準低等問題日趨頻繁，不僅給人類賴以生存的自然環(huán)境造成不利影響而且嚴重制約著人們生活水平的提高和區(qū)域經濟的快速發(fā)展[3]。

眾多學者針對可持續(xù)發(fā)展理念分別從多個角度構建了評價指標體系并運用相關理論進行了評價研究，研究成果可為水資源的可持續(xù)發(fā)展以及合理開采利用提供科學的指導和建議[4]。我國對水資源的可持續(xù)利用常用的評價方法有灰色聚類法、綜合指數法、屬性識別法、模糊物元法、模糊綜合評價法以及投影尋蹤法等，其中灰色類聚法和綜合指數法是應用較為廣泛且發(fā)展較為成熟的方法。考慮到評價指標具有的不確定性和模糊性特征，為提高評價結果的準確性與客觀性，本研究對研究區(qū)域水資源可持續(xù)利用水平采用模糊綜合評價法進行了科學、客觀的評價分析[5]。

1 構建模糊綜合評價模型

結合研究區(qū)域水資源開采利用實際現狀，本文選取多層次模糊綜合評價法進行研究[6]，其基本原理是確定各指標隸屬度，然后利用等級模糊子集進行確定，并采用模糊變化理論對研究對象進行評價，詳細過程如下：

步驟1：對影響評價結果的因素進行分析，建立含有m個評價語和n評價指標的集合，如下所示：

U={u1,u2,，un};V={v1,v2,，vm}

(1)

步驟2：對各評價指標進行權重的計算并構建模糊權向量為A={a1,a2,，an}。

步驟3：對各等級下的不同評價指標進行隸屬度計算并評價指標集合中各單因素進行評價，可利用R=(rij)n×m代表模糊關系矩陣。為避免評價等級相差一級而造成評價等級間數相差不大的情況出現，在對隸屬函數確定時先將各指標進行模糊化處理并確保在各等級區(qū)間隸屬函數為平滑過渡即隸屬度位于中間級別范圍的點為1.0，而隸屬度落在邊緣點時為0.5。隸屬度在最右和最左級別時遵循隸屬度隨距離臨界值越遠其值越大的原則，并且在兩側級別的臨界值隸屬度均為0.5。對于V1～V5兩兩相鄰等級之間的臨界值可分別采用k1、k2、k3、k4、k5表示，并且V2、V3、V4中間等級的中點值采用k2、k4、k6表示，即符合公式：k2=(k1+k3)/2、k4=(k3+k5)/2、k6=(k5+k7)/2。利用上述結果可建立不同評價等級之間的相對隸屬函數，對于評價指標值越大，則評價結果越優(yōu)型指標其隸屬度函數表達式即遞增型指標隸屬度函數表達式如下：

(2)

對于評價指標值越小，則評價結果越優(yōu)型指標其隸屬度函數表達式即遞減型指標隸屬度函數表達式如下：

(3)

步驟4：對模糊綜合評價向量B利用模糊變換進行求解，計算公式如下：

B=A·R；B=(b1,b2,，bn)

(4)

步驟5：對研究對象評價值利用模糊綜合指數法進行求解，公式如下：

P=B·S

(5)

式中，P—評價結果；S=(1,2,3,4,5)T—評價于集。

2 遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價

2.1 構建評價指標體系

本文結合遼寧省水資源利用實際狀況并遵循層次性、全面性和系統(tǒng)性基本原則選取具有代表性的評價指標，并從水資源與環(huán)境、經濟、社會以及水資源系統(tǒng)發(fā)展水平四個主要方面構建了包含28個評價指標的指標體系[7]，結果見表1。其中B1～B4水資源系統(tǒng)發(fā)展水平、水資源與社會、經濟、環(huán)境協(xié)調水平，C11～C18分別代表人均水資源量、地均水資源量、地下水模數、產水系數、水資源利用率、人均供水量、供水模數和年徑流深；C21～C28分別代表人口密度、人口自然增長率、非農業(yè)人口比例、城市化率、城市人均用水量、城市人均用水定額、自來水普及率和農民人人均收入；C31～C36分別代表人均GDP、人均耕地、人均糧食和工業(yè)占GDP比重、單方水GDP和耕地灌溉率；C41～C46分別代表工業(yè)廢水排放達標率、污徑比、耕地率、城市人均綠地面積、綠化覆蓋率和森林覆蓋率。

2.2 確定各指標權重

本研究參考相關文獻資料并結合有關專家意見，首先利用層次分析法對評價指標體系中兩兩元素的相對重要性程度進行比較計算[8]；然后對準則層各因子權重進行求解并對各因子的一致性進行檢驗；最終求得在各準則層內評價指標C的權重，計算結果見表1。

2.3 確定評價指標標準值

本文依據遼寧省水資源利用實際狀況和國內外有關標準規(guī)定[9]，并結合相關文獻資料將水資源可持續(xù)性評價標準劃分為5個等級，即V1、V2、V3、V4、V5等級，各級別評價指標取值范圍和含義見表2。表中“+”、“-”分別代表評價指標值與水資源可持續(xù)性的正面和負面效應。

2.4 結果分析及建議

通過收集整理遼寧省近20年的水資源開采利用相關數據資料并篩選出典型的8年數據進行分析，利用文中所述相關公式和表2中的有關數據對各評價指標在不同評價級別的隸屬度進行計算。受篇幅限制，本研究僅列出了2016年相關計算數據，

表1 水資源可持續(xù)利用評價指標體系及權重計算結果表

表2 水資源可持續(xù)利用評價等級標準及指標取值范圍

結果見表3，其中有關數據來源分別來自遼寧省統(tǒng)計年鑒。

表3 遼寧省2015年各評價指標的級別隸屬度計算結果值

然后結合各評價指標隸屬度結果，并利用公式(4)、(5)對遼寧省各年份水資源可持續(xù)利用水平進行綜合評價，計算結果見表4。

表4 水資源可持續(xù)利用綜合評價結果

由表4計算結果可知，遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價值在1995—2016年整體上升趨勢，其可持續(xù)利用水平計算結果取值范圍處于2.5～3.5之間且由中等偏弱逐漸向中等偏強水平轉化，在個別年份的不穩(wěn)定變化可能與當年的水旱情況相關，由此表明該區(qū)域具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力。各準則層評價結果表明，遼寧省水資源系統(tǒng)發(fā)展水平等級值較大即可持續(xù)發(fā)展水平較低，B1綜合評價值大致保留在3.2～3.8區(qū)間并未呈現出明顯的變化規(guī)律；遼寧省水資源與環(huán)境、經濟、社會的協(xié)調發(fā)展水平(B2、B3、B4)在僅20年來得到明顯的改善，且協(xié)調發(fā)展完成速度較快。依據表1中準則層權重計算結果可知，對整個評價結果影響最大的因素為水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1，由此表明該因子較低的可持續(xù)水平將嚴重限制研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展利用。依據研究區(qū)域實際狀況和B1準則層下的相關指標可知，水資源利用率較低、工農業(yè)快速發(fā)展、降水量較低、水資源供給不足以及人口稠密等是造成水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1較低的主要因素。

結合遼寧省近年來的水資源問題實際狀況和本文相關分析，本研究針對上述問題給出了以下建議以期為研究區(qū)域提高水資源的可持續(xù)利用水平并制定相應的體制機制提供一定的依據和參考：加強水資源的管理與調控并完善相應的監(jiān)控體系；依法淘汰高能耗、高污染的陳舊設備并提高水資源利用效率；加快引進并推廣優(yōu)化配置和水資源開發(fā)利用技術，加強水資源的開采和保護體系機制建設；大力宣傳提高公民保護用水、節(jié)約用水意識；加快污水再處理回收利用建設，提高循環(huán)用水制度建設；加快發(fā)展水資源科技利用與研發(fā)，實現低成本海水轉化等非傳統(tǒng)資源的利用[10]。

3 結論

本文針對水資源可持續(xù)利用評價標準和評價等級的不確定性、模糊性等問題，利用模糊綜合評價法對遼寧省水資源可持續(xù)利用水平進行了客觀、科學、全面的評價分析，所建立的評價指標體系和等級標準能夠很好的反應研究區(qū)域的實際狀況，得出的主要結論如下：

(1)遼寧省水資源可持續(xù)利用綜合評價值在1995—2016年整體上升趨勢，其可持續(xù)利用水平計算結果取值范圍處于2.5～3.5之間且由中等偏弱逐漸向中等偏強水平轉化，該區(qū)域具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力。

(2)水資源系統(tǒng)發(fā)展水平較低其可持續(xù)水平將嚴重限制研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展利用；水資源利用率較低、工農業(yè)快速發(fā)展、降水量較低、水資源供給不足以及人口稠密等是造成水資源系統(tǒng)發(fā)展水平B1較低的主要因素。

(3)結合水資源利用實際狀況和文中相關分析給出了一定的建議；考慮到數據來源的有限性，評價指標體系中定量分析指標還不夠完善今后仍有待進一步提升。