大連市水資源可持續(xù)利用潛力評價(jià)

趙景生

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

水資源是保障特定區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展以及人類生存不可獲取的基礎(chǔ)性資源，我國屬于人均水資源較少的區(qū)域，且隨著人口規(guī)模的擴(kuò)大及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)及生活用水急劇增大，加之水環(huán)境污染及水資源空間分布的不均，水資源可利用量呈不斷降低的變化趨勢[1]。位于遼東半島南端的大連市屬于遼寧省副省級城市，是我國東南沿海地區(qū)旅游、工業(yè)、港口、貿(mào)易及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要城市。然而，資源環(huán)境特別是水資源的短缺為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然面臨的問題，為優(yōu)化大連市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域調(diào)整有必要研究其水資源可持續(xù)利用潛力。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果和文獻(xiàn)資料可將水資源可持續(xù)利用潛力概括為：在滿足可持續(xù)發(fā)展要求的條件下，現(xiàn)有科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠被使用的潛在水資源量。從社會經(jīng)濟(jì)、區(qū)域環(huán)境、政策制度及水資源的角度構(gòu)建指標(biāo)體系，采用特定的數(shù)學(xué)方式揭示各分區(qū)水資源的變化趨勢即為可持續(xù)利用潛力的計(jì)算分析流程。本研究選擇大連市下轄的各分區(qū)為研究對象，利用AHP法分析了各子區(qū)域水資源開發(fā)潛力的差異，揭示了不同地區(qū)水資源的發(fā)展變化變化特征[2- 7]。

1 評價(jià)方法

1.1 研究區(qū)概況

大連市屬于遼東半島副省級城市，是我國東部沿海地區(qū)旅游、港口、貿(mào)易、工業(yè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要城市。該區(qū)域占地面積12573.85km2，主要包括長?？h、莊河市、主城區(qū)以及瓦房店和普蘭店市，具有溫暖帶大陸性季風(fēng)氣候，近鄰海洋海岸線較長且氣候適宜。境內(nèi)年均降水量550～950mm，夏季多暴雨且占全年60%～70%的降水，年均氣溫10.5℃，日照時(shí)數(shù)2500～2800h。黃海和渤海為該地區(qū)的主要水系，大沙河、清水河、莊河、英那河及碧流河等為注入黃河的主要河流，且以碧流河最大；三十里堡河、李官村河及復(fù)州河等為注入渤海的較大河流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大連市淡水、地下水和地表水分別為37.86億、8.84億、34.2億m3，其中重復(fù)水為5.8億m3。水資源人均占有量438m3/人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國的平均水平，根據(jù)聯(lián)合國人均水資源劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于水危機(jī)區(qū)(低于500m3/人的屬于水危機(jī)區(qū))[8- 13]。

1.2 評價(jià)方法

20世紀(jì)70年代T.L.Saaty教授基于多目標(biāo)與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)法提出了的AHP層次分析法，最早應(yīng)用于國家各行業(yè)電力分配的問題研究。該方法是將待評價(jià)對象的影響因素按照達(dá)到目標(biāo)的程度和問題的性質(zhì)分解為若干個(gè)層次，通過對比分析兩兩元素間的相對重要性構(gòu)造具有一定關(guān)聯(lián)性的遞階層次結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是通過定量描述兩兩因素在某一層次中的相對重要度，對各層級要素之間的相對重要次序利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，從而給出評價(jià)體系中所有元素的總排序計(jì)算值及其權(quán)重。詳細(xì)的計(jì)算流程為：基于理論框架建立層次結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合專家意見和待評價(jià)對象實(shí)際情況構(gòu)造判斷矩陣；通過特征向量與特征根計(jì)算確定單排序，為保證評價(jià)結(jié)果的可靠性需檢驗(yàn)矩陣的一致性；根據(jù)單排序結(jié)果對本層級各元素相對于上層級的重要度進(jìn)行求解，從而得到滿足一致性檢驗(yàn)的各指標(biāo)權(quán)重值。

2 構(gòu)建評價(jià)體系

在遵循可行性、協(xié)調(diào)性、層次性和科學(xué)性等原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)水資源可持續(xù)利用目標(biāo)要求及其內(nèi)涵特征，建立包含因素層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的評價(jià)體系。

2.1 關(guān)鍵指標(biāo)

綜合考慮水資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)間的影響關(guān)系，對可持續(xù)利用的評價(jià)必須理清自三者間的影響機(jī)理，本文選擇水資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會以及制度政策4個(gè)方面作為評價(jià)體系的準(zhǔn)則層，具體如下：

(1)政策制度影響因素。考慮到生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)的動態(tài)性和復(fù)雜性特征，尤其是在當(dāng)前形勢下，大連市水資源可持續(xù)利用潛力受各種水資源政策的影響較為顯著[14]。因此，本文在評價(jià)體系中納入政策因素具有科學(xué)合理性。結(jié)合該區(qū)域水資源管理相關(guān)措施及其制度政策，借鑒其他區(qū)域的有關(guān)做法選擇能夠反映政策因素的6項(xiàng)。

(2)經(jīng)濟(jì)社會因素。水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展密切相關(guān)，二者相互影響，本文選擇能夠反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的10項(xiàng)主要因子。

(3)生態(tài)環(huán)境因素?？茖W(xué)有效的利用水資源，不僅可降低生活污水和工業(yè)廢水的排放，改善水源涵養(yǎng)條件和生態(tài)環(huán)境，而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，選擇6個(gè)能夠生態(tài)環(huán)境與水資源影響關(guān)系的指標(biāo)。

(4)水資源因素。水資源可持續(xù)利用潛力還與水資源的空間分布特征及其數(shù)量大小相關(guān)[15]，根據(jù)區(qū)域水資源利用狀況提取4個(gè)代表性指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于參評指標(biāo)的量綱不同無法直接用于計(jì)算分析，所以在評價(jià)指標(biāo)需要標(biāo)準(zhǔn)化處理各指標(biāo)初始數(shù)據(jù)，從而消除各指標(biāo)在不同數(shù)量級上的不可通透性，并用于指標(biāo)的比較、加權(quán)計(jì)算等，確保評價(jià)結(jié)果的可靠性與合理性。目前，按小數(shù)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化、Z-score標(biāo)準(zhǔn)化及最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化為評價(jià)指標(biāo)歸一化處理的常用方法，本文對水資源可持續(xù)利用潛力各指標(biāo)初始數(shù)據(jù)考慮利用最大-最小標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行處理，即：

(1)

式中，Ximin、Ximax—分別為第i項(xiàng)指標(biāo)在不同地區(qū)的最小、最大值；Xi、Zi—分別代表指標(biāo)i在不同地區(qū)的取值及其標(biāo)準(zhǔn)化值。

根據(jù)水資源可持續(xù)利用的具體內(nèi)涵將各影響因子劃分為正向、負(fù)向兩種類型，分別采用“+”、“-”表示見表1。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文選擇2015年大連市水資源公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒、大連市節(jié)水型社會建設(shè)規(guī)劃等資料，提取各地區(qū)的指標(biāo)初始數(shù)據(jù)見表1。然后采用標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式將各指標(biāo)初始護(hù)具進(jìn)行處理，使得各參數(shù)值均處于0～1范圍，選用Excel軟件作為數(shù)據(jù)計(jì)算工具，結(jié)果見表2。

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

在計(jì)算評價(jià)前應(yīng)先對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行合理的計(jì)算，對指標(biāo)體系各因素權(quán)重利用Excel工具和AHP法計(jì)算確定。首先，結(jié)合區(qū)域水資源利用實(shí)際狀況采用專家調(diào)查法構(gòu)建判斷矩陣，邀請10位資源環(huán)境方面的專家、教授組成參評小組，在滿足隨機(jī)一致性比例CR值小于0.1的條件下確定各指標(biāo)組合權(quán)重，見表1。

3.3 綜合得分及排序

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各指標(biāo)數(shù)值和層次分析法確定的組合權(quán)重，對大連市研究單元的綜合得分進(jìn)行計(jì)算，即將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與組合權(quán)重作乘積運(yùn)算確定5個(gè)研究單元綜合得分見表3。

3.4 評價(jià)結(jié)果分析

(1)政策因素。根據(jù)表3可知，政策因素得分較高的為莊河市、市區(qū)，而其次為長?？h，而瓦房店市和普蘭店市的政策因素得分相對較低，該評價(jià)結(jié)果和大連市水資源管理和政策措施實(shí)際情況保持較好的一致性。

(2)社會經(jīng)濟(jì)因素。普蘭店和瓦房店地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會得分相對較少，位于較低層次，而莊河市和長?？h的得分較高，其主要原因?yàn)槿f元GDP耗水量與GDP增長率指標(biāo)在經(jīng)濟(jì)社會子系統(tǒng)中的占比最高，而普蘭店與瓦房店目前正處于快速發(fā)展時(shí)期，這兩項(xiàng)比重較高的負(fù)向指標(biāo)時(shí)造成總體得分較

表1 水資源可持續(xù)利用潛力評價(jià)體系及其初始數(shù)據(jù)

表2 大連市各區(qū)域評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

(續(xù)表)

表3 評價(jià)體系中準(zhǔn)則層各因素綜合得分及排序

低的主要因素，而長?？h和莊河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較為平穩(wěn)，在節(jié)能降耗等措施作用下萬元GDP耗水量較少，因此得分相對較高。

(3)生態(tài)環(huán)境因素。從表3可以看出，在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中得分較高的為長?？h和莊河市，而其他各地區(qū)的得分相對較低且差異水平較為明顯。工業(yè)廢水占比和單位GDP工業(yè)廢水排放量在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的占比較大，而這兩項(xiàng)負(fù)向指標(biāo)在瓦房店和普蘭店地區(qū)的指標(biāo)值較大，從而使得綜合得分相對較低。

(4)水資源因素。根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，水資源因素得分最高分的為長?？h，其次為普蘭店市和莊河市?？退偷叵滤┧壤谒Y源子系統(tǒng)中的占比較大，同時(shí)相對于整個(gè)評價(jià)體系而言，這兩個(gè)負(fù)向因子的權(quán)重值最大，而在莊河市和普蘭店市這兩項(xiàng)因子值最小，因此得分最高。

總體而言，莊河市、長海縣具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力，其次為市區(qū)，而普蘭店市和瓦房店市的可利用利用潛力較小。

4 提升水資源可持續(xù)利用潛力的對策

對評價(jià)體系中各指標(biāo)權(quán)重考慮采用層次分析法和專家調(diào)查法計(jì)算，結(jié)果顯示指標(biāo)權(quán)重較大的指標(biāo)主要有客水和地下水供水比例、水價(jià)調(diào)整幅度、GDP增長率、人均水資源量、單位面積水資源、工業(yè)COD排放量等。為進(jìn)一步提升區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力需要從如下方面做出努力。

(1)增加城市匯水和地表滲水面積，積極推廣雨水綜合利用和非常規(guī)水資源利用技術(shù)。采用成本低、能耗少的雨洪水處理技術(shù)提高污廢水利用效率，可將其用于洗車、城市綠化以及園林綠化等，有效補(bǔ)充城市地下水提高城市綠化面積。

(2)改變生產(chǎn)用水方式和改進(jìn)耗水大、工藝落后的技術(shù)工藝，提高重復(fù)用水和循環(huán)用水率，尤其是要提高石油石化、鋼鐵、造紙以及火力發(fā)電等行業(yè)用重復(fù)用水率，特高苦咸水與海水的工業(yè)用水占比，最大限度的降低地下水的使用和減少污廢水的排放。提高水資源利用費(fèi)用和居民積水意識，加強(qiáng)用水保護(hù)力度并定期開展水源清理專項(xiàng)行動等。

5 結(jié)論

本文對評價(jià)體系中各指標(biāo)權(quán)重考慮采用層次分析法和專家調(diào)查法計(jì)算，結(jié)果顯示指標(biāo)權(quán)重較大的指標(biāo)主要有客水和地下水供水比例、水價(jià)調(diào)整幅度、GDP增長率、人均水資源量、單位面積水資源、工業(yè)COD排放量等。莊河市、長?？h具有較大的水資源可持續(xù)利用潛力，其次為大連市區(qū)，而普蘭店市和瓦房店市的可利用利用潛力較小，該評價(jià)結(jié)果和大連市水資源管理和政策措施實(shí)際情況保持較好的一致性。結(jié)合評價(jià)結(jié)果和區(qū)域水資源利用現(xiàn)狀，為進(jìn)一步提升區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力提出了有效的措施建議。