基于可持續(xù)發(fā)展理念的區(qū)域水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究

(蓋州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，遼寧 營(yíng)口 115200)

可持續(xù)水資源管理是當(dāng)今世界水問題研究的熱點(diǎn)，也是我國(guó)水資源可持續(xù)利用發(fā)展的重大需求問題。國(guó)內(nèi)學(xué)者從20世紀(jì)90年代起開展了水與可持續(xù)利用的相關(guān)研究，縱觀我國(guó)水資源時(shí)空分布特點(diǎn)及開發(fā)利用現(xiàn)狀，水資源可持續(xù)發(fā)展研究主要是以維護(hù)水資源、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展為前提，以提高人們的意識(shí)為基礎(chǔ)，以科學(xué)技術(shù)為手段，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)為核心，以社會(huì)發(fā)展為最終目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)資源-生態(tài)-科技-經(jīng)濟(jì)相互耦合，構(gòu)成全面、科學(xué)、協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展符合系統(tǒng)[1-2]。

可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)多系統(tǒng)、多層次、多指標(biāo)的大系統(tǒng)，作為各種資源基礎(chǔ)的水資源也構(gòu)成了一個(gè)多層次、多動(dòng)態(tài)的復(fù)雜分支系統(tǒng)。從系統(tǒng)的整體分析，生態(tài)環(huán)境為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了生存環(huán)境，水資源系統(tǒng)支持著經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為社會(huì)系統(tǒng)提供了物質(zhì)保障，系統(tǒng)之間的相互交叉關(guān)系構(gòu)成了可持續(xù)發(fā)展下的復(fù)雜水資源耦合系統(tǒng)。因此，為表達(dá)這4個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，水資源承載力評(píng)價(jià)應(yīng)從水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立出發(fā)，目前評(píng)價(jià)方法主要有兩類：一類是從水資源供需平衡分析基礎(chǔ)上考慮用水結(jié)構(gòu)而建立的指標(biāo)體系對(duì)區(qū)域水資源承載力的評(píng)價(jià)；另一類是選擇反映區(qū)域水資源數(shù)量、質(zhì)量、開發(fā)利用率、動(dòng)態(tài)變化等的主要影響因素指標(biāo)，考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)與結(jié)構(gòu)水平發(fā)展，利用數(shù)學(xué)模型和方法綜合評(píng)價(jià)水資源承載力[3]。

本文在已有的相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上[4-6]，借鑒可持續(xù)發(fā)展思想和水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)，從動(dòng)態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合角度構(gòu)建復(fù)雜耦合的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使水資源承載力評(píng)價(jià)具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性和層次性。

1 研究方法

水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是以水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境為有機(jī)整體，謀求這3個(gè)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源是不是能夠滿足可持續(xù)發(fā)展，主要體現(xiàn)在水資源承載力計(jì)算上，而水資源承載力計(jì)算中水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立是否完整是關(guān)鍵。由于研究的范圍比較廣，故選用德菲爾法和層次分析法組合進(jìn)行指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的建立。

1.1 德菲爾法

德爾菲法[7]，又叫專家意見法，從水資源可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，分層次、分邏輯地分析評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立層次清晰和系統(tǒng)分明的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，專家之間不得互相討論，通過多輪次調(diào)查專家對(duì)問卷所提問題的看法，經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納、修改，最后匯總成專家基本一致的看法，作為預(yù)測(cè)的結(jié)果，這種方法具有廣泛的代表性，較為可靠。

德爾菲法主要體現(xiàn)在集中度和離散度計(jì)算，公式如下：

(1)

(2)

式中：Ei為指標(biāo)的集中度；Ej為j指標(biāo)的重要度；K為重要程度級(jí)數(shù)；M為評(píng)價(jià)指標(biāo)總個(gè)數(shù)；N為專家人數(shù)；nij為i指標(biāo)在j級(jí)別下的專家人數(shù)。

根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，指標(biāo)重要程度級(jí)數(shù)劃分為5級(jí)，選集中度小于3和離散度小于0.6作為選取標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 層次分析法

在水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重計(jì)算中運(yùn)用較多的方法是層次分析法，該方法主要是將水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的各個(gè)指標(biāo)因素分為若干個(gè)層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)總目標(biāo)和子層次目標(biāo)，運(yùn)用判斷矩陣的方法，求解每一層次的各指標(biāo)元素對(duì)上一層次元素的權(quán)重，再加權(quán)求和進(jìn)行層次總排序，得出各層次要素相對(duì)于系統(tǒng)總體目標(biāo)的組合權(quán)重。

主要步驟[8]： ?建立判斷矩陣C，確定各指標(biāo)隸屬關(guān)系，判斷矩陣含義見表1；?計(jì)算最大特征值λ以及相對(duì)應(yīng)的特征向量α，進(jìn)行層次單排序；?得到各層要素相對(duì)于上一層中評(píng)價(jià)要素的重要性排序并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性指標(biāo)見表2；?確定最終的組合權(quán)重值，進(jìn)行總排序。

表1 判斷矩陣含義

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

2 研究區(qū)概況

遼寧省在東三省中屬于水資源短缺省份之一，2017年，全省降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量均少于多年平均值[9]。與上年相比水庫(kù)蓄水量有所減少，地下水位呈下降態(tài)勢(shì)。全省平均降水量543.6mm，7—8月主要降水期的降水占全年的60.0%。全省水資源總量186.32億m3，比多年平均值少45.5%，水資源嚴(yán)重短缺。遼寧省耕地面積占全省土地總面積的27.65%，人均占有耕地約0.096hm2，水利設(shè)施用地14.8萬hm2，占土地總面積的1%，說明在水資源短缺的情況下，遼寧省水土空間格局相差較大。隨著工業(yè)的發(fā)展，生活用水和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水比重逐漸加大，勢(shì)必導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水的減少，根據(jù)遼寧省的實(shí)際情況，從可持續(xù)發(fā)展思想的實(shí)質(zhì)出發(fā)，協(xié)調(diào)內(nèi)部和外部影響因素，建立適合本地區(qū)的水資源供給量、社會(huì)需求量的水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建

在水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上提出可持續(xù)發(fā)展是解決資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展等問題的重要思想。根據(jù)公平性、可持續(xù)、共同性、需求性等可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)則，衡量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系每一層次的上下級(jí)關(guān)系，采用德爾菲法，通過咨詢專家，進(jìn)行問卷調(diào)查，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果構(gòu)建出目標(biāo)層、系統(tǒng)層、指標(biāo)層的縱向3層，水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、綜合協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)的橫向4大系統(tǒng)，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖1。

圖1 遼寧省水資源可持續(xù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

選取的20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠清晰反應(yīng)水資源承載力和可持續(xù)發(fā)展的問題，能夠得出比較全面的結(jié)論，20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式和作用見表3。

表3 各指標(biāo)計(jì)算公式及作用

續(xù)表

3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

3.2.1 一致性檢驗(yàn)

根據(jù)層次分析的計(jì)算步驟，首先要構(gòu)建目標(biāo)層和系統(tǒng)層的判斷矩陣C，屬于單層次排序計(jì)算，判斷矩陣C結(jié)果如下：

計(jì)算得到n階矩陣的最大特征值λ以及相對(duì)應(yīng)的特征向量α，分別為

λmax=4.211，α=(0.424,0.176,0.262,0.138,)T

根據(jù)相互比較法進(jìn)行矩陣比較，產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)具有不一致性體現(xiàn)，需要對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

(3)

式中:CR為一致性比率；CI為目標(biāo)層和系統(tǒng)層的一致性指數(shù)；RI為平均一致性指數(shù)，根據(jù)表2可得，當(dāng)n=4時(shí)，RI=0.9。

一致性檢驗(yàn)結(jié)果小于0.1的情況下，說明判斷矩陣一致性通過，檢驗(yàn)滿足要求。同理，系統(tǒng)層與指標(biāo)層的一致性檢驗(yàn)見表4。

表4 系統(tǒng)層與指標(biāo)層的特征向量計(jì)算與一致性檢驗(yàn)

3.2.2 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算與排序

通過表4計(jì)算得到的各層次指標(biāo)權(quán)重向量，對(duì)選擇的20個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序，計(jì)算結(jié)果由目標(biāo)-系統(tǒng)層的權(quán)重與各個(gè)系統(tǒng)-指標(biāo)層權(quán)重相乘得到，見表5。

表5 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重總排序

注X4、X14、X17為并列參數(shù)。

3.2.3 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)分析

結(jié)合遼寧省水資源總體發(fā)展水平和水利基礎(chǔ)設(shè)施的差異性，考慮到水資源可持續(xù)發(fā)展利用和優(yōu)化配置平衡，不一定使每一項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到強(qiáng)制性目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：強(qiáng)制性指標(biāo)得分為100分，考核性指標(biāo)得分為90分以上，參考性指標(biāo)得分根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和理論值進(jìn)行比較得出。

遼寧省水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)值計(jì)算公式如下：

(4)

式中：F為水價(jià)改革績(jī)效評(píng)估值；λi為第i項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)的權(quán)重值；Yi為第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度值。

水資源利用率反映當(dāng)?shù)氐乃Y源總體水平，以2017年為現(xiàn)狀水平年，對(duì)遼寧省水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行多維耦合分析，指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)為3層遞階結(jié)構(gòu)，有目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，具體指標(biāo)20個(gè)，這些指標(biāo)能夠比較全面地反映遼寧地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源與本地區(qū)自然與人為的協(xié)調(diào)狀況，并對(duì)指標(biāo)重要程度進(jìn)行了總排序。將2017年的20個(gè)水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值與目標(biāo)值代入式(4)進(jìn)行計(jì)算，得到遼寧省水資源評(píng)價(jià)標(biāo)值。由計(jì)算結(jié)果可以看出，指標(biāo)層中水資源開發(fā)利用程度、人均水資源量、水土流失率、工業(yè)用水重復(fù)率和水資源變差系數(shù)占有較大比重，指標(biāo)的評(píng)價(jià)值得分超過了90分，在現(xiàn)狀水資源評(píng)價(jià)體系中處于較高領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以農(nóng)業(yè)為主的灌溉用水出現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水占總用水比例權(quán)重排序靠后，得分低于75分，為現(xiàn)狀發(fā)展中比較薄弱的環(huán)節(jié)。在水環(huán)境方面，遼寧省水污染嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水達(dá)到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的供水量?jī)H占50%左右，枯水期積累在下游河道干流的污水、污染物對(duì)灌溉水質(zhì)的污染非常嚴(yán)重，污水任意排放，治理程度不夠，影響生態(tài)環(huán)境，威脅人民生活，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

目前，從水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重可以看出，水資源管理受到社會(huì)需求和自然環(huán)境的雙重影響，需水量的增加與水污染形成了對(duì)立矛盾，也是水資源管理與開發(fā)利用的突出問題。

4 結(jié) 語

結(jié)合遼寧省水資源的發(fā)展現(xiàn)狀，采用德爾菲法和層次分析法建立遼寧省水資源多維耦合的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立了1個(gè)目標(biāo)層、4個(gè)系統(tǒng)層、20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)層的3層次遞增結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取充分體現(xiàn)了水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和水資源協(xié)調(diào)管理等方面內(nèi)容。在與可持續(xù)發(fā)展理論相結(jié)合的前提下，通過水資源的合理利用與優(yōu)化配置，有效管理地表水、地下水、水質(zhì)污染和生態(tài)環(huán)境用水等問題，提高群眾的水資源節(jié)水意識(shí)，加強(qiáng)水資源專業(yè)人才的管理，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展利用。