基于ANP-RMRP 集成模型的水資源承載狀況分析評價

丁菊鶯

（天津市中水科技咨詢有限責(zé)任公司，天津 300170）

2016年，水利部在全國范圍內(nèi)啟動水資源承載狀況評價工作。其要求利用三年時間，摸清各地區(qū)、各流域水資源承載能力，核算現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)社會對水資源的承載負(fù)荷，評價水資源承載狀況[1]。

對于水資源承載狀況評價方法，近年來學(xué)者積極開展研究，大量綜合評價法被應(yīng)用，主要有多目標(biāo)決策法、模糊綜合評價法、主成分分析法、因子分析法、逼近理想解法和系統(tǒng)動力學(xué)法等，并且采用的指標(biāo)體系各有不同[2-7]。總體來看，水資源承載狀況評價研究正趨于多樣化、成熟化。

遼寧省地處我國東北部，多年平均水資源總量為334 億m3，水資源匱乏，僅占全國水資源總量的1.2%。遼寧省是我國東北老工業(yè)基地，大量工業(yè)污染使省內(nèi)河流水質(zhì)日趨惡化，水環(huán)境狀況不容樂觀。本文從遼寧省水資源水環(huán)境現(xiàn)狀出發(fā)，以各地級行政區(qū)為評價對象，對全省2016年水資源承載狀況進(jìn)行分析評價。

1 指標(biāo)體系與權(quán)重

水資源承載力是指，可預(yù)見時期內(nèi)在滿足合理的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，綜合考慮來水情況、工況條件、用水需求等因素，水資源承載經(jīng)濟(jì)社會的最大負(fù)荷[8]。結(jié)合上述概念，筆者分別從承載能力、承載狀態(tài)及承載壓力角度構(gòu)建評價指標(biāo)體系。承載能力角度以人均水資源占有量、水資源可利用率等反映水資源稟賦及水資源保障程度；承載狀態(tài)角度以水資源開發(fā)利用率、萬元工業(yè)增加值用水量等衡量水資源開發(fā)利用狀態(tài)；承載壓力角度以工業(yè)化率、城鎮(zhèn)化率等反映水資源承載社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力。構(gòu)建指標(biāo)體系如表1所示。

表1 指標(biāo)體系

根據(jù)指標(biāo)對水資源承載狀況的影響關(guān)系，水資源承載力指標(biāo)分為兩類：一類與其正相關(guān)（+），如人均水資源量、水質(zhì)綜合達(dá)標(biāo)率等；一類與其負(fù)相關(guān)（-），如工業(yè)化率、水資源開發(fā)利用率等。

權(quán)重確定方法中運(yùn)用較廣的是由美國T.L.Satty 教授提出的層次分析法（AHP）[9]。本文選用在AHP 原理上進(jìn)行擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）進(jìn)行計算[10]。除沿用AHP 中從上而下的隸屬與支配關(guān)系外，將承載狀態(tài)與承載壓力之間的相互影響、人口密度對人均水資源占有量的逆向影響、污染物入河排放率對水質(zhì)綜合達(dá)標(biāo)率的逆向影響等計入指標(biāo)體系內(nèi)部關(guān)聯(lián)。引入專業(yè)軟件Super-Decision 進(jìn)行計算，具體結(jié)果如表1所示[10]。

2 綜合評價

2.1 方法介紹

基于估計相對位置的等級評價法（Ranking Method on Relative Position，簡寫為RMRP）是將評價對象進(jìn)行兩兩比較，給出優(yōu)于或劣于的結(jié)論；通過對權(quán)重的處理，將評價對象進(jìn)行排隊，最終按排隊情況及指示值大小劃分綜合評價等級[11]。

2.1.1 優(yōu)先關(guān)系

以0-1 矩陣表述評價對象的優(yōu)先關(guān)系，分優(yōu)于（＞）、劣于（＜）、無差異（～）、不可比四種，表示為P={Pik}n×n[11]。就正向指標(biāo)而言，對于xi＞xk，Pik=1，Pki=0；xi～xk，Pik=Pki=1；而對于不可比的xi與xk，則Pik=Pki=0。就逆向指標(biāo)而言，對于xi＞xk，Pik=0，Pki=1，其趨于一致。

2.1.2 具體操作步驟

（1）確定權(quán)重，本文采用ANP 計算結(jié)果；選定待評價對象X（xi）。本文待評價對象為遼寧省14 個地級行政區(qū)，x1～x14；針對每個指標(biāo)j，對待評價對象進(jìn)行成對比較，給出優(yōu)先關(guān)系，用0-1 矩陣表示[11]。

（2）確定各評價對象對(xi,xk)的總體排序，即總體優(yōu)先關(guān)系矩陣。

首先，計算各評價對象對(xi,xk)的總體優(yōu)先權(quán)重。將(xi＞xk)j的各指標(biāo)j 的權(quán)值相加，記作w(xi＞xk)，同理計算w(xi～xk)與w(xi＜xk)。(xi＞xk)j指第j個指標(biāo)的xi優(yōu)于xk。

其次，計算各評價對象對(xi,xk)的總體優(yōu)劣數(shù)Aσ(xi＞xk)。 式中，σ 取值范圍[0，1]，反映xi與xk無差異的指標(biāo)在評價過程中的重要性。

再次，選定閾值A(chǔ)≥1，評價整個目標(biāo)的優(yōu)劣。若As(xi＞xk)＞A，則(xi＞xk)；若As(xi＞xk)＜1/A，則(xi＜xk)；若1/A＜As(xi＞xk)＜A，則(xi～xk)。

最后，綜合判定整個目標(biāo)的優(yōu)劣關(guān)系，繪出0-1矩陣表。

（3）計算xi的排隊指示值。由（2）中所得總體0-1矩陣表，令所在矩陣行中元素為1 的個數(shù)為pi，元素為0 的個數(shù)為qi，ri=pi-qi為所求等級排序值。

（4）按照ri的大小排定各評價對象的優(yōu)劣次序，并評定各評價對象的承載狀況等級。從優(yōu)到劣劃分為五級標(biāo)準(zhǔn)：一級（9～13）、二級（3～8）、三級（-2～2）、四級（-8 ～-3）、五級（-13 ～-9）。

2.2 計算結(jié)果

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（取自水資源公報、統(tǒng)計年鑒、水資源調(diào)查評價等），共構(gòu)建18 個指標(biāo)的0-1矩陣（略）。通過ANP 計算的指標(biāo)權(quán)重值，計算各評價對象的總體排隊指示值，如表2所示。

表2 總體排隊指示值及評價結(jié)果

2.3 分析

從結(jié)果來看，撫順、丹東二市當(dāng)?shù)厮Y源稟賦條件較好，現(xiàn)狀開發(fā)利用率在全省處于低水平，且水環(huán)境指標(biāo)均處于較高水平，因此目前承載狀況最優(yōu)，未來可開發(fā)利用潛力大。本溪、朝陽、葫蘆島三市目前承載狀況為二級，本溪市人均水資源占有率較高，朝陽、葫蘆島兩市工業(yè)化率、城鎮(zhèn)化率較低，對水資源的開發(fā)利用需求也低，綜合來看，三市承載狀況處于較高水平；大連、鞍山、阜新、鐵嶺四市水資源開發(fā)利用率靠近國際公認(rèn)40%的水資源開發(fā)生態(tài)警戒線，加之本地資源稟賦不高，目前承載狀況為三級，處于臨界水平；錦州、營口、遼陽三市水資源可利用率較低，且綜合開發(fā)利用率較高，用水效率處于全省低水平，目前承載狀況為四級，已接近開發(fā)利用極限；沈陽、盤錦二市處于中部平原區(qū)，水資源開發(fā)利用率超過100%，處于過度開發(fā)利用狀態(tài)，加之工業(yè)化、城鎮(zhèn)化給水資源水環(huán)境造成了巨大壓力，已沒有開發(fā)利用空間，處于嚴(yán)重超載的五級狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜合考慮水資源承載力的概念，本文通過從承載能力、承載狀態(tài)、承載負(fù)荷三個角度建立的指標(biāo)體系，選用網(wǎng)絡(luò)層次分析法計算指標(biāo)權(quán)重，利用基于估計相對位置的等級評價法對2016年遼寧省14 個地市進(jìn)行了水資源承載狀況綜合評價。結(jié)果表明，遼寧省內(nèi)水資源承載狀況極不均衡，地市之間存在水資源配置和開發(fā)利用不合理的情況。

針對評價結(jié)果，筆者提出以下水資源承載力管控建議。從資源量角度看，要全面推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)，大力提高水資源利用效率；合理控制經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展布局、規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；統(tǒng)籌調(diào)配多種水源，合理提高水資源承載能力；強(qiáng)化水資源管理，深入推進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度。從生態(tài)環(huán)境角度看，要削減污染物入河量；強(qiáng)化水功能區(qū)監(jiān)督管理；提升污水處理能力；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染治理。