遼寧省水資源評價(jià)指標(biāo)體系研究

薛 超

(遼寧省遼陽水文局，遼寧遼陽 111000)

0 引 言

可持續(xù)水資源管理不僅是解決中國水資源問題的有效方法，而且是當(dāng)今世界水文水資源研究的重要課題。國內(nèi)關(guān)于水資源可持續(xù)利用的研究最早起始于20世紀(jì)90年代，根據(jù)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及其時(shí)空分布特征，水資源可持續(xù)發(fā)展研究主要是以提高人們的意識為基礎(chǔ)，以社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展為核心，在維持生態(tài)環(huán)境和水資源可持續(xù)發(fā)展的條件下通過科學(xué)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)社會發(fā)展的最終目標(biāo)，從而構(gòu)建、協(xié)調(diào)、科學(xué)、全面的經(jīng)濟(jì)-科技-生態(tài)-資源相耦合的可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)[1-3]。

可持續(xù)發(fā)展管理是一個多指標(biāo)、多層次、多系統(tǒng)的復(fù)雜龐大的體系，而水資源系統(tǒng)屬于各種基礎(chǔ)性資源的一項(xiàng)重要分支[4]。從系統(tǒng)整體性的角度分析，經(jīng)濟(jì)和水資源系統(tǒng)可為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要的物質(zhì)保障，而生態(tài)環(huán)境為人類生存提供了不可或缺的生存環(huán)境，相互關(guān)聯(lián)、互相作用的各子系統(tǒng)共同耦合成復(fù)雜的水資源系統(tǒng)。所以，水資源承載力分析應(yīng)反映各子系統(tǒng)之間的作用關(guān)系，從多個不同方面選擇評價(jià)指標(biāo)。目前較為常用的水資源承載力評價(jià)方法主要有：①為考慮水結(jié)構(gòu)和水資源供需平衡的綜合評價(jià)體系，系統(tǒng)科學(xué)的評價(jià)承載力狀況；②為選擇動態(tài)變化、開發(fā)利用率、質(zhì)量、數(shù)量等能夠反映水資源狀況的因素，依據(jù)用水結(jié)構(gòu)發(fā)展水平與社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)程度，對水資源承載力利用數(shù)學(xué)方法和理論模型進(jìn)行綜合評價(jià)。

文章綜合考慮水資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的影響關(guān)系，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展理論和水資源相關(guān)研究成果，從靜態(tài)和動態(tài)兩個層面構(gòu)建復(fù)雜的評價(jià)體系，從而提高承載力評價(jià)的層次性、系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

1 研究方法

將生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)與水資源作為一個有機(jī)整體構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，從而促進(jìn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。承載力計(jì)算體現(xiàn)了水資源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平，因此能否構(gòu)建系統(tǒng)、完善的評價(jià)體系為評價(jià)承載力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于水資源系統(tǒng)的涉及范圍較廣、因素較多，因此評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建考慮選用層次分析和德爾菲相耦合的方法。

1.1 德菲爾法

德爾菲法主要是通過對評價(jià)指標(biāo)的分邏輯、分層次分析，從水資源可持續(xù)發(fā)展的角度構(gòu)建系統(tǒng)分明、層次清晰的框架結(jié)構(gòu)體系，因此也稱為專家意見法。保持彼此獨(dú)立的各參評專家，對問卷提出的問題經(jīng)多次反復(fù)討論提出相應(yīng)的看法，經(jīng)反復(fù)修改、歸納、論證等最終形成一致性評價(jià)結(jié)論，該方法在許多領(lǐng)域中均得到普遍應(yīng)用，且評價(jià)結(jié)果可靠。

離散度和集中度的計(jì)算為德爾菲法的主要內(nèi)容，所對應(yīng)的計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中：M、N分別為評價(jià)指標(biāo)數(shù)和參評專家數(shù)；Ei、Ej為指標(biāo)的集中度和重要度；K為水資源評價(jià)的重要等級數(shù)；Nij為j重要等級下指標(biāo)i的專家人數(shù)。

將指標(biāo)重要等級數(shù)按專家經(jīng)驗(yàn)劃分為5個級別，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選擇為<0.6的離散度和<3的集中度。

1.2 層次分析法

層次分析法是評價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算最為常見的方法之一，該方法是考慮各參數(shù)的實(shí)現(xiàn)程度將綜合評價(jià)體系分解為若干個層級，然后對各指標(biāo)在每一層級相對于上一級元素的權(quán)重利用判斷矩陣法進(jìn)行計(jì)算求解，通過加權(quán)求和運(yùn)算確定總排序，從而確定相對于總目標(biāo)系統(tǒng)的各層次要素組合權(quán)重。

權(quán)重計(jì)算的主要流程為：①根據(jù)待評價(jià)對象實(shí)際狀況構(gòu)建判斷矩陣C，結(jié)合專家意見和各參數(shù)的內(nèi)涵確定彼此之間的隸屬關(guān)系，相對重要性判別依據(jù)見表1；②對因素的特征向量及其最大特征值λ進(jìn)行計(jì)算，由此確定各要素單排序；③為確保計(jì)算結(jié)果的可靠性與精確度，待確定獲得對于上一層各層要素重要性排序后，還需檢驗(yàn)矩陣的一致性，各參數(shù)平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)，見表2；④最后通過加權(quán)求和運(yùn)算確定的各參數(shù)組合權(quán)重及總排序。

表1 相對重要性判別依據(jù)

2 水資源評價(jià)指標(biāo)體系

2.1 區(qū)域概況

遼寧省位于中國東北地區(qū)的南部，占地面積14.8萬km2，下轄撫順、大連、鐵嶺、沈陽、朝陽、葫蘆島、撫順等14個地級市和2個省管縣。全省水資源補(bǔ)給以降水入滲與地表徑流為主，境內(nèi)主要有老哈河、少冷河、渾河、西拉木倫河、太子河、秀水河、饒陽河、柴河、大凌河等，各支流縱橫交錯、蜿蜒曲折，其中遼河流域?yàn)檫|寧省第一大河流。地勢特征表現(xiàn)出中部低、東西兩側(cè)高的變化特征，東、西兩側(cè)為海拔約800-500m的低山丘陵，有長興島、石城列島、大鹿島及里長山列島等，全省島岸線長627km。

表2 各參數(shù)平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)

遼寧省屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候特征為冬季少雨干暖，夏季氣候涼爽，日照充足，年均氣溫7-11℃，年降水量處于400-1100mm。由于特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜的水文氣象年降水量的60%集中在6-9月份，汛期多暴雨和強(qiáng)降雨。近年來，隨著遼寧省城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展，各行業(yè)用水量不斷增大，水資源短缺和城市持續(xù)發(fā)展間的矛盾關(guān)系十分突出。雖然該區(qū)域的河流水系較發(fā)達(dá)、徑流量大、水資源相對豐富，但由于復(fù)雜的地形地貌和獨(dú)特的氣候條件，水資源存在可開發(fā)利用量少、邊界效益低、開發(fā)難度大和開采成本高等特點(diǎn)，加之用水效率低和水環(huán)境保護(hù)意識薄弱，使得境內(nèi)水資源功能和承載力水平持續(xù)下降。依據(jù)可持續(xù)發(fā)展理論和遼寧省水資源實(shí)際狀況，為協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源利用間的關(guān)系，有必要從多個不同方面構(gòu)建適合社會需求、水資源供給的綜合評價(jià)體系。

2.2 構(gòu)建評價(jià)體系

基于可持續(xù)發(fā)展理論的水資源評價(jià)體系是解決生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、資源協(xié)調(diào)發(fā)展問題的重要方法，在遵循可行性、系統(tǒng)性、科學(xué)性及獨(dú)立性等原則的基礎(chǔ)上，依據(jù)可持續(xù)發(fā)展思想和德爾菲法濟(jì)源本利，通過專家咨詢、問卷調(diào)查等方式衡量評價(jià)體系中各層次要素之間的相互關(guān)系。然后綜合協(xié)調(diào)管理、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會與水資源4個子系統(tǒng)中選擇20項(xiàng)代表性指標(biāo)，采用層次分析法構(gòu)建了包含3個層級的梯階框架體系。確定的20項(xiàng)指標(biāo)基本涵蓋了可持續(xù)發(fā)展和水資源承載力的各個方面，保證了評價(jià)結(jié)論的可靠性與系統(tǒng)性，各參數(shù)的功能作用及其獲取方法。水資源評價(jià)體系及其內(nèi)涵，見表3。

表3 水資源評價(jià)體系及其內(nèi)涵

2.3 權(quán)重的計(jì)算

1)一致性檢驗(yàn)。根據(jù)層次分析法計(jì)算流程分別建立系統(tǒng)層與目標(biāo)層的判斷矩陣C，從而確定單層次排序，結(jié)果如下：

采用文中所述相關(guān)公式計(jì)算確定水資源評價(jià)各指標(biāo)的特征向量α及其最大特征值λ，即λ值為4.216，α=(0.426,0.175,0.261,0.138)T。通過對比計(jì)算確定各判斷矩陣一致性，一致性比率CR值計(jì)算結(jié)果如下：

其中，RI、CI分別圍標(biāo)平均一致性指數(shù)和目標(biāo)層關(guān)于系統(tǒng)層的一致性指數(shù)。為4階矩陣時(shí)，RI值為0.91。檢驗(yàn)結(jié)果<0.1，由此表明依據(jù)專家意見構(gòu)造的判斷矩陣能夠滿足準(zhǔn)確性與合理性要求。同理，依據(jù)以上計(jì)算流程確定因素層與系統(tǒng)性的一致性，一致性檢驗(yàn)及特征向量計(jì)算，見表4。

表4 一致性檢驗(yàn)及特征向量計(jì)算

2) 權(quán)重計(jì)算及排序。根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果，通過因素層、子系統(tǒng)層和目標(biāo)層各指標(biāo)的權(quán)重乘積運(yùn)算，確定水資源評價(jià)20個指標(biāo)的綜合排序，水資源評價(jià)各指標(biāo)權(quán)重及總排序結(jié)果，見表5。

3) 評判標(biāo)準(zhǔn)。充分考慮遼寧省水利基礎(chǔ)設(shè)施差異性和水資源開發(fā)利用發(fā)展水平，結(jié)合水資源優(yōu)化配置平衡和可持續(xù)發(fā)展利用現(xiàn)狀，為了使各參數(shù)均能符合目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求，先對評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作如下規(guī)定，即強(qiáng)制性、考核性指標(biāo)得分分別為100分和90-100分，依據(jù)各參數(shù)理論值和當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況確定參考性指標(biāo)得分。因此，水資源評價(jià)值F計(jì)算公式，為：

(3)

式中：Yi、λi分別為指標(biāo)i的實(shí)現(xiàn)程度值和權(quán)重值。

表5 水資源評價(jià)各指標(biāo)權(quán)重及總排序

當(dāng)?shù)厮Y源總體水平可通過水資源利用率反映，選擇遼寧省2018年水資源利用現(xiàn)狀水平年，采用多維耦合分析法評價(jià)分析其水資源狀況。所構(gòu)建的評價(jià)體系共包含20項(xiàng)指標(biāo)，梯階層次結(jié)構(gòu)有因素層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層，基本上反映當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、人類活動、農(nóng)業(yè)發(fā)展與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，由此確定各指標(biāo)的總排序。將評價(jià)體系各參數(shù)目標(biāo)值和現(xiàn)狀值代入計(jì)算公式(3)，由此獲取遼寧省2018年水資源評價(jià)結(jié)果。研究表明，評價(jià)體系中權(quán)重值較大的指標(biāo)有水資源變差系數(shù)、工業(yè)用水重復(fù)率、水土流失率、人均水資源量及其開發(fā)利用程度，這些參數(shù)的評分均>90分，在水資源評價(jià)中占據(jù)著重要地位。

隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，評價(jià)體系中以農(nóng)業(yè)為主的灌溉用水逐漸表現(xiàn)出下降趨勢，農(nóng)業(yè)用水權(quán)重計(jì)算<75分，在綜合評價(jià)體系中處于靠后位置。在水環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)中，水污染問題在遼寧省突出，下游河道枯水期水資源短缺嚴(yán)重，加之人們節(jié)約用水意識薄弱，水環(huán)境治理力度不夠以及污水的隨意排放，該區(qū)域水資源承載力不斷下降，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提升。

從各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果可知，自然環(huán)境和社會需求對水資源管理產(chǎn)生雙重影響，水體污染和用水量的增大構(gòu)成對立矛盾，這也是未來水資源持續(xù)利用及科學(xué)管理面臨的突出問題。

3 結(jié) 論

依據(jù)遼寧省水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，從水資源協(xié)調(diào)管理、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會和水資源4個層面，選用層次分析法和德爾菲法構(gòu)建包含20項(xiàng)指標(biāo)、4個子系統(tǒng)和1個目標(biāo)層的梯階框架體系?；诳沙掷m(xù)發(fā)展理論的水資源優(yōu)化配置和科學(xué)開采利用，可為解決生態(tài)環(huán)境用水、水質(zhì)污染、地下水和地表水持續(xù)利用等問題提供依據(jù)。為提高區(qū)域水資源承載力，應(yīng)加強(qiáng)對水資源管理專業(yè)的人才培養(yǎng)，注重提升人們的節(jié)水意識。