基于Bossel指標(biāo)體系的梨樹(shù)縣地下水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

董 毅，梁秀娟，肖長(zhǎng)來(lái)，王一凡

(1.地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130021；2.油頁(yè)巖地下原位轉(zhuǎn)化與鉆采技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130021；3.吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130021)

0 引 言

地下水可持續(xù)利用程度評(píng)價(jià)歷來(lái)廣受業(yè)界重視，通過(guò)對(duì)地下水資源的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為制定國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)決策、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃服務(wù)[1]。如今，借用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)已發(fā)展成為地下水可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的一種較為可行的方法。樓文高等[2]將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法應(yīng)用于區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)；唐德善等[3]采用模糊模式識(shí)別分析的方法，評(píng)價(jià)了新疆近年水資源的可持續(xù)利用水平；陳守煌等[4]第一次在水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中采用了模糊可變?cè)u(píng)價(jià)方法；任政等[5]提出了基于屬性區(qū)間識(shí)別理論的評(píng)價(jià)方法；湯淏等[6]將綜合評(píng)價(jià)法與熵權(quán)法結(jié)合，建立了應(yīng)用于水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的模型；張博等[7]基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析，提出了流域水資源可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法。本文基于以上研究基礎(chǔ)，結(jié)合Bossel基本類定向指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)吉林省梨樹(shù)縣地下水資源可持續(xù)發(fā)展程度進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。

表1 基于Bossel框架的梨樹(shù)縣地下水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)定向指標(biāo)體系

1 研究區(qū)概況

梨樹(shù)縣位于吉林省西南部，東南部為低山丘陵，溝谷發(fā)育，中部構(gòu)成山前沖洪積平原，北部多構(gòu)成河谷沖積平原。東南部地層分布有上元古界西保安組磁鐵石英巖、上古生界石炭系磨盤(pán)山組大理巖化灰?guī)r、中生界侏羅系粗碎屑巖夾雜細(xì)碎屑巖、煤、膨潤(rùn)土；西北部多為第四系亞砂土、砂礫石。

梨樹(shù)縣南部山區(qū)地下水類型為非均一的基巖裂隙水，之后向中北部平原區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}巖類裂隙溶隙水，再到較為均一的碎屑巖類裂隙孔隙水、松散巖類孔隙水，富水性隨之由弱到強(qiáng)變化。河谷階地孔隙潛水含水層(分布于東遼河、招蘇臺(tái)河河谷平原)和黃土臺(tái)地孔隙裂隙混合潛水含水層(分布于郭家店、榆樹(shù)臺(tái)、杏山、喇嘛甸一帶)為本次地下水資源評(píng)價(jià)的對(duì)象。研究區(qū)地下水資源總補(bǔ)給量為3.07×108m3/a，總排泄量為3.89×108m3/a，排泄量大于補(bǔ)給量，地下水位下降，表現(xiàn)為負(fù)均衡狀態(tài)。

2 地下水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

2.1 建立指標(biāo)體系

為了對(duì)研究區(qū)的地下水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行分析，選用了水環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合(RSWRS)系統(tǒng)[8-10]，建立Bossel指標(biāo)體系(見(jiàn)表1)。按照計(jì)算公式分別計(jì)算各指標(biāo)值；按照Bossel評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)[11-13]；并采用直線型量化法對(duì)2012年～2015年梨樹(shù)縣相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)分；對(duì)6項(xiàng)基本類定向指標(biāo)中所包含的2項(xiàng)指標(biāo)按等權(quán)加權(quán)[11]計(jì)算，得到各基本類定向指標(biāo)指數(shù)(見(jiàn)表2)。

表2 地下水可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)基本類定向指標(biāo)指數(shù)

2.2 發(fā)展態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)

2.2.1 發(fā)展指數(shù)計(jì)算

本文采用離差平方和最大法[12]計(jì)算權(quán)重，即

子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)依據(jù)下列公式計(jì)算

式中，Ci(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展指數(shù)；wij表示第i個(gè)子系統(tǒng)中第j類定向指標(biāo)的權(quán)重。

由此可分別求得2012年～2015年的各個(gè)子系統(tǒng)基本類定向指標(biāo)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)值，并且可以求得各基本類定向指標(biāo)占系統(tǒng)的最優(yōu)權(quán)重。最后，按照下式計(jì)算可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)， 即

式中，C(t)表示t時(shí)刻可持續(xù)利用系統(tǒng)的發(fā)展指數(shù)。

研究區(qū)地下水可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)見(jiàn)圖1。從圖1可知，發(fā)展綜合指數(shù)在2013年后呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明該縣的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地下水開(kāi)發(fā)水平以及環(huán)境的發(fā)展水平在2013年后都呈下滑趨勢(shì)。

圖1 地下水可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)

2.2.2 發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)度量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[10]。本文采用直線法對(duì)研究區(qū)地下水資源的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)指數(shù)見(jiàn)圖2。從圖2可知，發(fā)展態(tài)勢(shì)總體呈下降趨勢(shì)，這很大程度上取決于地下水資源子系統(tǒng)中“生存”這個(gè)基本類定向指標(biāo)，而這又與人均地下水資源占有量以及地下水可開(kāi)采資源模數(shù)存在關(guān)聯(lián)。

表3 系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)度量標(biāo)準(zhǔn)

圖2 地下水可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)

2.3 協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

本文用協(xié)調(diào)度來(lái)度量3個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，分別設(shè)3個(gè)子系統(tǒng)為i、j、k，其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)為Ci、Cj、Ck，則協(xié)調(diào)度按下列公式計(jì)算[12]，即

式中，α為協(xié)調(diào)度。

研究區(qū)地下水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)協(xié)調(diào)度見(jiàn)圖3。從圖3可知，協(xié)調(diào)性呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明梨樹(shù)縣在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也存在水資源貧乏和水污染嚴(yán)重的隱患。

圖3 地下水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

2.4 公平性評(píng)價(jià)

圖4 地下水資源可持續(xù)發(fā)展公平性

2.5 可持續(xù)性評(píng)價(jià)

系統(tǒng)的可持續(xù)性程度判定標(biāo)準(zhǔn)：可持續(xù)程度S(t)為0～0.6時(shí)為不可持續(xù)；S(t)為0.6～0.8時(shí)為弱可持續(xù)；S(t)為0.8～1.0時(shí)為準(zhǔn)可持續(xù)；S(t)為1時(shí)為可持續(xù)。可持續(xù)性程度評(píng)價(jià)計(jì)算公式如下[12]

S(t)=[P(t)·α(t)·B(t)]1/3

式中，P(t)表示發(fā)展態(tài)勢(shì)值；α(t)表示協(xié)調(diào)度值；B(t)表示公平程度值。

由此，可以得出研究區(qū)水資源的可持續(xù)性程度，見(jiàn)圖5。從圖5可知，梨樹(shù)縣地下水的可持續(xù)性程度具有一定的波動(dòng)性，均處于一種不可持續(xù)的狀態(tài)。

圖5 研究區(qū)水資源的可持續(xù)性程度

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于Bossel指標(biāo)體系，對(duì)梨樹(shù)縣地下水資源的可持續(xù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

(1)運(yùn)用 Bossel 框架進(jìn)行分析得到的梨樹(shù)縣地下水可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)總體呈下降趨勢(shì)，2013年之后均處于危險(xiǎn)級(jí)別，為不可持續(xù)。

(2)研究區(qū)地下水資源的可持續(xù)利用系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)在很大程度上受到地下水資源子系統(tǒng)的影響，而這主要是被該子系統(tǒng)中“自由”這個(gè)基本類定向指標(biāo)反映出來(lái)的，與人均地下水資源占有量和地下水可開(kāi)采資源模數(shù)2個(gè)具體指標(biāo)存在關(guān)聯(lián)。

(3)在研究區(qū)地下水的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，建議采取諸如加強(qiáng)跨流域引水工程建設(shè)、加強(qiáng)節(jié)約用水管理等措施，以實(shí)現(xiàn)該地區(qū)地下水的可持續(xù)利用。