基于人水和諧的遼寧省水資源承載力綜合評價

張艷明

(營口市水政水資源辦公室，遼寧 營口 115000)

水資源作為城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其承載力水平是影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃以及城市生態(tài)建設(shè)的主要因素之一[1]。水資源承載力是反映水資源自然屬性與區(qū)域發(fā)展相互關(guān)系的重要指標(biāo)。據(jù)此，水資源承載力可定義為在某特定區(qū)域和經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下對維護(hù)該區(qū)域人類活動和經(jīng)濟(jì)發(fā)展支撐能力的最大值，且該經(jīng)濟(jì)發(fā)展以保持生態(tài)環(huán)境為基本原則并具有可預(yù)見性和可持續(xù)性等特征，結(jié)合水資源科學(xué)合理配置和高效利用基本理論最終實現(xiàn)人與生態(tài)環(huán)境的和諧相處[2]。許多學(xué)者自20世紀(jì)80年代就對人與水之間的相互關(guān)系采用了不同模型、不同方法開展了大量研究，其中較為常用的模型和方法主要有多目標(biāo)分析法、綜合評價法、系統(tǒng)動力學(xué)法以及常規(guī)趨勢法等，對水資源承載力從不同角度進(jìn)行了科學(xué)評價并取得了理想效果。左其亭[3]等基于人水和諧理論給出了相應(yīng)的量化準(zhǔn)則；Ding[4]等對水資源系統(tǒng)的不確定性和變化特征進(jìn)行研究分析，并探討了人水之間的復(fù)雜關(guān)系，評價了城市人水和諧狀況。

本文以遼寧省為例結(jié)合水資源承載力已有評價方法和水資源實際狀況，在詳細(xì)分析了代表性評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上以和諧論為核心構(gòu)建了水資源承載力評價準(zhǔn)則，并定量評價了遼寧省各行政區(qū)的水資源承載力現(xiàn)狀。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 代表性指標(biāo)體系分析

水資源承載力評價指標(biāo)體系不僅需反映水資源系統(tǒng)自身特性，也受人類意識形態(tài)及活動能力等因素影響，它是一個涉及多目標(biāo)、多因素的龐大復(fù)雜的綜合系統(tǒng)。目前，用于水資源承載評價的代表性指標(biāo)體系有：惠泱河[5]等從承載對象的角度對水資源的供需關(guān)系和用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，所構(gòu)建的評價指標(biāo)體系可反映區(qū)域用水多少和經(jīng)濟(jì)效益，主要包括人均日用水量、單位耗水產(chǎn)值、重復(fù)利用率等指標(biāo)；程軍蕊[6]等從承載對象的角度構(gòu)建了能夠反映水壓指數(shù)和承載指數(shù)的評價指標(biāo)體系，主要包含水資源支撐指標(biāo)、供用水指標(biāo)和承載力評判指標(biāo)等；王穎[7]等從影響因素的角度分析了水資源、水環(huán)境兩個方面特征并評估了開源和節(jié)流現(xiàn)狀；夏軍[8]等從影響因素的角度對西北地區(qū)水資源承載現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢利用綜合評判法進(jìn)行評價和對比，所建立的指標(biāo)體系主要包括人均水資源量、用水量、水資源利用率、用水效率、城鎮(zhèn)化水平、COD濃度、林草覆蓋率等指標(biāo)。

1.2 和諧論的指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究基于定性定量相結(jié)合、系統(tǒng)性、科學(xué)性、合理性等原則對指標(biāo)進(jìn)行選取，并在人水和諧理論框架下實現(xiàn)人文和水系統(tǒng)的有效結(jié)合，最終確定水資源承載力評價應(yīng)以“健康、發(fā)展、協(xié)調(diào)”為3大量化準(zhǔn)則，其中健康準(zhǔn)則是指對水資源承載能力從水系統(tǒng)的角度進(jìn)行考量，并反映待評價區(qū)域水資源系統(tǒng)本身的質(zhì)與量，如區(qū)域水資源在容量、河流自我修復(fù)能力以及供水模數(shù)等水資源天然稟賦；而發(fā)展準(zhǔn)則是指對承載力從水文系統(tǒng)的角度考慮水資源支撐社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的程度，對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展從社會經(jīng)濟(jì)的角度進(jìn)行反映和體現(xiàn)；協(xié)調(diào)準(zhǔn)則是指對承載力利用人文與水二者之間的相互關(guān)系反映系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，它主要是反映水資源保障社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性，即對人類社會及社會經(jīng)濟(jì)提供安全保障和必要的支撐[9]。

利用健康、發(fā)展與協(xié)調(diào)的和諧論指標(biāo)進(jìn)行篩選時，首先應(yīng)對城市用水和諧度、承載力以及可持續(xù)發(fā)展等指標(biāo)采用頻度法統(tǒng)計各字表的使用概率，然后選出頻率較高的指標(biāo)并建立專家咨詢表并征求相關(guān)意見，最后以“和諧”為目標(biāo)結(jié)合咨詢分析統(tǒng)計結(jié)果對指標(biāo)做進(jìn)一步的分類，對定性和定量指標(biāo)利用德爾菲和層次分析法篩選。本文所構(gòu)建的基于和諧論的評價指標(biāo)體系框見表1。

表1 評價指標(biāo)體系

表1中指標(biāo)層D1～D4分別代表產(chǎn)水模數(shù)、水面率、地下水資源量、降水量；D5～D8分別代表COD排放量、生態(tài)環(huán)境用水率、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、污水處理率；D9～D11分別為人口密度、人口增長率和城鎮(zhèn)化率；D12～D13分別為GDP增長率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；D14～D16分別為節(jié)水管概率、深層地下水共稅率和中水回用率；D17～D19分別為地面沉降狀況、飲水水質(zhì)滿意度以及耕地保有量；D20～D22分別為綜合生活用水定額、水資源量和用水量指標(biāo)；D23～D24分別為單位面積耕地用水量和萬元工業(yè)增加值用水量；D25為污經(jīng)比指標(biāo)；D26為公眾滿意度指標(biāo)。

基于和諧論的指標(biāo)體系相對于傳統(tǒng)的“社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)”指標(biāo)體系不僅反映人水復(fù)合系統(tǒng)健康、穩(wěn)定及協(xié)調(diào)運行的狀態(tài)，而且反映出人類主動維持水資源循環(huán)演化并提升系統(tǒng)自我修復(fù)和更新的能力，并且所構(gòu)建的體系能夠反映橫向人類社會經(jīng)濟(jì)未來可持續(xù)的特征。

2 實例應(yīng)用

遼寧省不僅是我國東北部地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)中心，而且位于我國重工業(yè)和文化發(fā)展的核心區(qū)域，全省占地面積14.8萬km2，主要包括沈陽、大連、撫順、鞍山、本溪、丹東等14個省轄市。屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷干燥夏季炎熱多雨，全年降雨量和流經(jīng)量分布不均勻，其中東南部水資源面積較大，境內(nèi)主要包括大凌河、遼河、渾河、太子河和繞陽河等河流。水資源問題主要體現(xiàn)在水供應(yīng)能力不足，局部地下水過度開采、水污染和浪費情況嚴(yán)重、工農(nóng)業(yè)廢水排放不達(dá)標(biāo)、水資源凈化設(shè)施不完善等。遼寧省人均水資源占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平，并且在空間分布上不均衡，東南部沿海區(qū)域水資源較為充足，西北部區(qū)域較為匱乏?？紤]到水資源承載力的模糊性和不確定性特征，本文對評價指標(biāo)權(quán)重采用層次分析法進(jìn)行確定，以2016年為例利用模糊綜合評判模型綜合評價遼寧省水資源承載能力，以期為該區(qū)域人水和諧以及水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供參考和依據(jù)[10]。

2.1 評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

本文結(jié)合全國水資源承載力平均水平以及遼寧省實際狀況將評價標(biāo)準(zhǔn)劃分為Ⅰ～Ⅴ5個標(biāo)準(zhǔn)等級，分別代表強、較強、一般、較弱和弱，其中Ⅰ級代表人水關(guān)系和諧，水資源承載力水平很好，不會制約城市可持續(xù)發(fā)展；Ⅱ級代表水資源承載力水平較好并且基本符合城市發(fā)展；Ⅲ級代表水資源基本能滿足城市用水需求但未達(dá)到人水和諧狀態(tài)，水資源承載力處于一般水平，并在一定程度上制約城市未來可持續(xù)發(fā)展；Ⅵ級為水資源對城市未來發(fā)展支撐潛力較小并接近于飽和狀態(tài)，人水關(guān)系不和諧成為制約城市發(fā)展的主要因素；Ⅴ級為人水關(guān)系極不和諧，已沒有水資源開發(fā)潛力，城市社會發(fā)展受到水資源制約影響顯著。各標(biāo)準(zhǔn)等級內(nèi)涵及指標(biāo)取值區(qū)間見表2。利用層次分析法對遼寧省各水資源承載力評價指標(biāo)進(jìn)行計算，并對指標(biāo)體系總層次和各個層次一致性進(jìn)行檢驗，各指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果見表2。

表2 遼寧省水資源承載力評價等級及劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 模糊綜合評為價法的應(yīng)用

模糊綜合評價模型可較好處理評價等級的不確定性與模糊性問題，并較好地反映區(qū)域水資源承載力狀況，據(jù)此本文利用該方法對遼寧省水資源承載力進(jìn)行評價[11]。將評價指標(biāo)和等級標(biāo)準(zhǔn)利用模糊綜合評價法劃分為兩個有效集合，即U={u1，u2，…，un};V={v1，v2，…，vm}，利用單因素法對二者之間進(jìn)行評價并得到模糊關(guān)系矩陣R如下：

(1)

式中，rij—指標(biāo)集合中第i個因素對應(yīng)于第j個等級的相對隸屬度。

利用實際數(shù)值及分級指標(biāo)確定模糊矩陣中的相對隸屬度，不同隸屬度函數(shù)對計算結(jié)果及特征計算影響存在顯著差異，因此本文中隸屬度函數(shù)選取“降半梯形分布圖法”，文中所采用的隸屬度函數(shù)表達(dá)式如下：

(2)

式中，x—單因子樣本值；a1、a2—分別為評價指標(biāo)相鄰的標(biāo)準(zhǔn)值。

對模糊隸屬度矩陣R以及各評價指標(biāo)的權(quán)重W可利用上述模型進(jìn)行求解，通過二者的乘積計算得到評判矩陣，即B=WR。結(jié)合評判矩陣結(jié)果最終可判定研究區(qū)域水資源承載力水平和現(xiàn)狀。

2.3 結(jié)果分析

首先對各評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化歸一處理，并利用上述模型和權(quán)重計算公式最終求得評判矩陣和評價結(jié)果，利用B=WR公式對承載力進(jìn)行綜合評分值計算，結(jié)果見表3。

表3 遼寧省各行政區(qū)水資源承載力評價結(jié)果

由表3看出，遼寧省水資源承載力整體處于較弱水平，各行政區(qū)整體水平存在一定差異，其中沈陽和撫順市承載壓力最大，其次為本溪、大連和鞍山等區(qū)域，承載壓力相對較低區(qū)域為葫蘆島和丹東等區(qū)域。區(qū)域水資源的實際承載力水平應(yīng)作為城市產(chǎn)業(yè)空間布局和產(chǎn)業(yè)遴選的重要判別依據(jù)，并且遼寧省西北部以及城市中心區(qū)域應(yīng)作為外調(diào)水源配置的重點區(qū)域。基于和諧論的評價指標(biāo)體系和模糊綜合評價模型評價結(jié)果能較好地反映遼寧省水資源承載力實際狀況，模型評價結(jié)果科學(xué)、合理[12]。

3 結(jié)論

本文在對水資源承載力評價指標(biāo)體系總結(jié)和歸納的基礎(chǔ)上，分析了代表性指標(biāo)體系，然后基于人水和諧理論探討了水資源承載力的內(nèi)涵和特征，并確定了指標(biāo)量化準(zhǔn)則。通過對各量化準(zhǔn)則的詳細(xì)分析，構(gòu)建了包含目標(biāo)層、指標(biāo)層和領(lǐng)域?qū)拥脑u價指標(biāo)體系，對指標(biāo)的權(quán)重采用層次分析法進(jìn)行確定，并基于和諧理論構(gòu)建了模糊綜合評價模型，利用模型評價了遼寧省各行政區(qū)水資源承載力水平。結(jié)果顯示，水資源承載力整體壓力相對較大。相對于傳統(tǒng)的評價方法，基于和諧理論的綜合評價結(jié)果能客觀地反映水資源承載程度和水平現(xiàn)狀。