丹江口庫區(qū)水資源可再生能力評價(jià)研究

賈會(huì)方

（河北省石家莊水文水資源勘測局，石家莊 050051）

1 研究區(qū)概況

丹江口水庫地處長江最大支流漢江上游，水域橫跨鄂、豫兩省。水庫主要由漢庫和丹庫兩部分組成，兼顧防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等功能，是南水北調(diào)中線工程的核心水源區(qū)。2014年12月12日南水北調(diào)中線一期工程正式通水，累計(jì)向北方調(diào)水量超250億m3，直接受益人口數(shù)超過5859萬人。

自南水北調(diào)中線工程開展以來，湖北省十堰市作為庫區(qū)的主體核心水源區(qū)，在其境內(nèi)的水域面積達(dá)6.2萬hm2，占庫區(qū)總水域面積的60%以上。年均入庫水量328億m3，約占全庫匯入量364億m3的90%。匯入漢江的12條支流，有10條在十堰境內(nèi)。同時(shí)，十堰境內(nèi)1000多條大小河流均直接匯入丹江口水庫。本文結(jié)合丹江口水庫的實(shí)際情況，將研究范圍界定為湖北省十堰市。

2 方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 水資源可再生能力評價(jià)指標(biāo)體系

水資源的可再生性取決于水資源的自然循環(huán)和社會(huì)循環(huán)，因此對其可再生能力的評價(jià)需要從自然可再生能力和社會(huì)可再生能力兩方面進(jìn)行。本文借鑒已有的水資源可再生能力評價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)丹江口庫區(qū)實(shí)際情況，選取15個(gè)指標(biāo)建立丹江口庫區(qū)水資源可再生能力評價(jià)指標(biāo)體系如表1。需要指出的是，由于庫區(qū)水質(zhì)持續(xù)保持在Ⅱ類，符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，因此在構(gòu)建水資源可再生能力評價(jià)指標(biāo)時(shí)，未將表述水質(zhì)的指標(biāo)涵蓋在內(nèi)。

表1 水資源可再生能力評價(jià)指標(biāo)體系

2.2 灰色關(guān)聯(lián)法

2.2.1 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級

將樣本中正向指標(biāo)最大值作為最強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)，最小值作為最弱標(biāo)準(zhǔn)，反向指標(biāo)的最小值作為最強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)，最大值作為最弱標(biāo)準(zhǔn)。利用自然斷點(diǎn)分級法，將樣本值分為5個(gè)等級如表2。

表2 水資源可再生能力各項(xiàng)指標(biāo)分級

續(xù)表2

2.2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

主要通過比較參考序列與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間關(guān)聯(lián)性，以此來判斷參考序列與哪一等級的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更接近，最終確定參考序列的等級。為消除不同指標(biāo)之間單位和數(shù)量級的差異，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可比性，本文采取均值法進(jìn)行無量綱化處理，如表3。

表3 樣本數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果

2.3 指數(shù)評價(jià)法

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化處理

采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化所得到的新數(shù)據(jù)，各要素的極大值為1，極小值為0，其余的數(shù)值均在0～1之間。

2.3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

為避免因指標(biāo)權(quán)重給評價(jià)結(jié)果帶來干擾，采用等權(quán)重法對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。

2.4 灰色預(yù)測模型

灰色預(yù)測是對灰色系統(tǒng)所做的預(yù)測，相較于其他預(yù)測模型，具有所需建模信息少，運(yùn)算方便，預(yù)測精度高等優(yōu)勢。包括：數(shù)據(jù)的預(yù)處理與前期檢驗(yàn)；建立灰色模型，估計(jì)參數(shù)；生成模擬值；檢驗(yàn)誤差；預(yù)測5個(gè)基本步驟。

2.5 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)水資源的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于十堰市水利水電局發(fā)布的 《十堰市水資源公報(bào) （2008～2017年）》。社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于十堰市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的 《十堰市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào) （2008～2017年）》和相關(guān)年份的《十堰統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 結(jié)果與分析

3.1 水資源可再生能力等級變化分析

利用灰色建模軟件計(jì)算參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)性，得到關(guān)聯(lián)度矩陣如表4。其中分辨系數(shù)K=0.5。

表4 參考序列與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)度矩陣

結(jié)果表明，2008年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2009年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2010年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2011年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2012年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2013年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2014年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅴ；2015年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2016年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2017年參考序列與各級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ。

從變化情況看，2008～2017年間，丹江口庫區(qū)的水資源可再生能力處于波動(dòng)變化，但總體趨勢是從Ⅳ級向Ⅰ級變化，表明丹江口庫區(qū)水資源的可再生能力呈現(xiàn)出明顯增強(qiáng)趨勢。

3.2 水資源可再生能力預(yù)測分析

利用指數(shù)評價(jià)法計(jì)算丹江口庫區(qū)水資源可再生能力的得分，并采用灰色系統(tǒng)理論中的均值GM（1，1） 模型對2008～2017年樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，對2018～2020年的水資源可再生能力進(jìn)行預(yù)測如圖1。其中發(fā)展系數(shù)a=-0.082，灰色作用量b=0.247。

圖1 丹江口庫區(qū)水資源可再生能力預(yù)測

結(jié)果表明：在過去10年內(nèi)，丹江口庫區(qū)水資源可再生能力呈波動(dòng)增長。數(shù)據(jù)模擬顯示水資源可再生能力穩(wěn)定增強(qiáng)，年均增長0.03。未來3年的水資源可再生能力分別是0.614 （2018年），0.666 （2019年），0.723（2020年）。

4 結(jié)語

利用灰色關(guān)聯(lián)法對丹江口庫區(qū)2008～2017年間的水資源可再生能力等級變化進(jìn)行分析，并用指數(shù)評價(jià)法對丹江口庫區(qū)同一時(shí)間段的水資源可再生能力進(jìn)行計(jì)算。發(fā)現(xiàn)兩種方法計(jì)算結(jié)果相互吻合，均表明庫區(qū)水資源可再生能力呈波動(dòng)增長趨勢。預(yù)測結(jié)果表明丹江口庫區(qū)水資源可再生能力向好的趨勢持續(xù)、穩(wěn)定。未來丹江口庫區(qū)水資源可再生能力將會(huì)進(jìn)一步提高，對于南水北調(diào)工程沿線區(qū)域的發(fā)展發(fā)揮更加重要的作用。