喀左縣水資源承載力評價

陳慧玲

(喀左縣水利局，遼寧 喀左 122300)

1 喀左縣概況

朝陽市喀左縣位于遼翼蒙三省交匯的凌河上游丘陵區(qū)，為遼寧省環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分。該區(qū)域?qū)儆诤疁貛а谉嵝詺夂颍荷儆甓募狙谉?，季?jié)溫差大，素有十年九旱之稱，平均降雨量492.4mm，且多集中于7、8兩月，年蒸發(fā)量為2088.5mm，多年平均氣溫為8.7℃，日照數(shù)達(dá)2808h?？ψ罂h總占地面積2240km2，共下轄9個鄉(xiāng)、10個鎮(zhèn)、3個街道和1個農(nóng)場，區(qū)域人口約42萬人。地形地貌為遼西低山丘陵，有“七山一水二分田”地貌特征，海拔高度約300-400m，河川、平地、丘陵和山地相間交錯。境內(nèi)主干河為大凌河，主要支流有芍藥河、牤牛河、滲津河、蒿桑河和榆河等，地下徑流、河水和垂直降雨為水源補給條件，山前由于補給面積小入滲條件不好，山前側(cè)向補給忽略不計；排泄方式為人工用水排泄和下游基流逸出排泄，垂直蒸發(fā)因地下埋深超3m，可不考慮其蒸發(fā)量。

喀左地區(qū)自然災(zāi)害頻繁，旱、雹、水、風(fēng)、蟲、霜災(zāi)俱全，并且以旱災(zāi)最為突出，特別是近年來旱災(zāi)缺水存在覆蓋范圍廣、持續(xù)時間長、作物減產(chǎn)、旱情強度大等特征，經(jīng)濟(jì)損失慘重。另外，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展及人們生活水平的提升，喀左縣水資源系統(tǒng)受人類活動和氣候變化的影響不斷增大，下游河道斷流、水污染事件等頻發(fā)，水環(huán)境問題日趨突出并呈逐年惡化的發(fā)展趨勢，嚴(yán)重威脅著河流生態(tài)健康和水生物的繁殖生長[1]。

2 水資源承載力模糊評價模型

參考施雅風(fēng)等[2]相關(guān)研究成果，將水資源承載力的內(nèi)涵概括為：在維持自然環(huán)境良性循環(huán)和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，區(qū)域水資源能夠滿足資源與環(huán)境發(fā)展、人類與生態(tài)環(huán)境用水的最大開發(fā)容量，其承載力水平與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。

由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、變異性和多樣性特征，水資源系統(tǒng)存在著顯著的不確定性和模糊性。模糊集理論能夠較好的反映水資源系統(tǒng)具有的這些模糊性特征，而關(guān)于不確定性與隨機(jī)性因素之間的關(guān)系該方法較少考慮。水文變量存在的不確定性可依據(jù)整體觀念的“熵”來衡量，該理論能夠更深層次的描述整個系統(tǒng)存在的不確定性，而不僅僅分析某一單項因素的影響[3]。在承載力評價過程中選用熵原理，能夠有效解決不確定性因素對評價結(jié)果的影響，本文采用該方法構(gòu)建了能夠準(zhǔn)確反映區(qū)域水資源情況的評價模型[4]。

2.1 評價模型

設(shè)n個樣本的m項指標(biāo)的評價等級為k，由此可構(gòu)建包含n個待評價區(qū)域的樣本矩陣C和k級水資源承載力評價標(biāo)準(zhǔn)矩陣S，其表達(dá)式分別為：

(1)

(2)

根據(jù)所構(gòu)造的樣本矩陣和標(biāo)準(zhǔn)矩陣可獲取承載力評價的基礎(chǔ)資料，考慮到各評價指標(biāo)單位和量綱的差異，在評價前需要對上述矩陣中各項數(shù)值作規(guī)格化處理，其計算公式為：

(3)

式中：si1、sih、sik分別為承載力等級分別為1、h、k時的標(biāo)準(zhǔn)值。按照規(guī)格化計算公式可獲取承載力評價標(biāo)準(zhǔn)模糊矩陣，表達(dá)式為：

(3)

綜合考慮各項參評指標(biāo)的內(nèi)涵和區(qū)域水資源利用相關(guān)資料，采用下式轉(zhuǎn)換計算區(qū)域樣本值，計算公式為：

(4)

(5)

根據(jù)以上公式即可實現(xiàn)模糊矩陣與樣本值矩陣的轉(zhuǎn)化處理，結(jié)果如下：

(6)

將n個待評價樣本的模糊隸屬度矩陣關(guān)于k級水資源承載力評價標(biāo)準(zhǔn)表示為如下形式：

水稻是人類的主要糧食作物之一，中國作為農(nóng)業(yè)大國，水稻發(fā)展?fàn)顩r不僅直接影響本國的糧食安全，也關(guān)系到世界的糧食安全。近年來隨著水稻產(chǎn)量的不斷的提高，水稻生產(chǎn)環(huán)境也在發(fā)生一些變化，全球氣候變暖，極端氣候頻繁發(fā)生，一定程度的影響了水稻正常生產(chǎn)，今年三江地區(qū)氣候?qū)儆诘勾汉畾夂?，水稻個別品種也出現(xiàn)了部分早穗現(xiàn)象，給水稻生產(chǎn)帶來了一定的不利影響。本文針對早穗出現(xiàn)的癥狀，分析了其出現(xiàn)的原因并提出一些預(yù)防措施，希望能為紅衛(wèi)農(nóng)場水稻生產(chǎn)的發(fā)展做出一點貢獻(xiàn)。

(7)

(8)

2.2 指標(biāo)體系與評價標(biāo)準(zhǔn)

水資源系統(tǒng)直接影響著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展速度和居民生產(chǎn)生活水平，其承載力狀況為衡量當(dāng)?shù)啬芊癯掷m(xù)健康發(fā)展的重要參數(shù)。對于水資源承載力水平通常無法采用少數(shù)的幾個參數(shù)信息反映，且實踐中也沒必要考慮所有的影響因素。所以，這就要求從復(fù)雜的評價信息和初始數(shù)據(jù)中選擇獨立性較強、代表性較好且具有主導(dǎo)作用的指標(biāo)，不僅能夠系統(tǒng)、科學(xué)、客觀的反映水資源系統(tǒng)狀況，而且指標(biāo)數(shù)據(jù)要滿足易獲取要求[5-8]。評價指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)遵循如下原則：

1)科學(xué)性原則。評價指標(biāo)要準(zhǔn)確反映水資源系統(tǒng)的開發(fā)利用目標(biāo)、發(fā)展規(guī)劃與各因素作用機(jī)理，不能依據(jù)個人經(jīng)驗和主觀判斷隨意選取，因此指標(biāo)選擇應(yīng)具有一定科學(xué)性并滿足客觀規(guī)律要求。

2)可測性原則。評價指標(biāo)應(yīng)盡可能的便于數(shù)據(jù)的獲取和計算，指標(biāo)內(nèi)涵要簡單明確，在應(yīng)用中具有普遍適用性，從而保證計算方法的可行性[9]。

3)系統(tǒng)性原則。水資源承載力評價體系應(yīng)能夠從社會經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)系統(tǒng)平衡、水資源自身屬等方面反映其內(nèi)涵，較為系統(tǒng)全面的描述區(qū)域水資源基本狀況，在一個完整的體系內(nèi)分析各級因子，從而保證評價結(jié)果的客觀性與系統(tǒng)性[10]。

依據(jù)喀左縣水資源相關(guān)資料和相關(guān)研究成果，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)各方面影響因素，從環(huán)境統(tǒng)計公報、水資源公報、統(tǒng)計年鑒等資料中提取相關(guān)指標(biāo)，在遵循以上原則的基礎(chǔ)上建立水資源承載力多因素評價體系，喀左縣水資源承載力評價體系及數(shù)據(jù)獲取方法，見表1；喀左縣水資源狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，見表2。

表1 喀左縣水資源承載力評價體系及數(shù)據(jù)獲取方法

表2 喀左縣水資源狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

根據(jù)已有研究成果、區(qū)域水資源發(fā)展規(guī)劃、國際及國家認(rèn)可的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定水資源承載力等級，綜合考慮喀左縣水資源利用現(xiàn)狀適當(dāng)調(diào)整后劃分為V1、V2、V3級3個等級，所對應(yīng)的評語，其中V1級代表水資源仍具有較大的開發(fā)利用開發(fā)空間，承載力水平較高能夠滿足當(dāng)?shù)赜盟枨螅籚3級代表區(qū)域水資源開發(fā)趨近于極限狀態(tài)，進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較低其承載力水平較差；V2級屬于以上兩種承載力的中間水平。不同承載力等級下各參數(shù)的取值區(qū)間取值，見表3；喀左縣2020年、2025年各指標(biāo)期望值，見表4。

表3 喀左縣水資源承載力分級標(biāo)準(zhǔn)

表4 喀左縣水資源承載力指標(biāo)期望值

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)喀左縣水管部門和相關(guān)專家意見，通過對比分析各因子間的相對重要性構(gòu)造承載力評價判斷矩陣，將各項評價因子權(quán)重選用AHP法進(jìn)行計算，即：wi=(0.142,0.126，0.126,0.125,0.114,0.125,0.126,0.115)，其中B值為10。設(shè)定V1、V3等級的中間值作為評價標(biāo)準(zhǔn)V2的參數(shù)值，依據(jù)最大熵值理論對各項指標(biāo)值進(jìn)行計算，從而獲取喀左縣不同年份的水資源承載力最優(yōu)分級，喀左縣水資源承載力評價，見表5。

表5 喀左縣水資源承載力評價

從表5承載力評判結(jié)果，2025年喀左縣水資源承載力水平均處于V3級，即區(qū)域水資源開采接近極限狀態(tài)，進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較低其缺水問題十分嚴(yán)峻。年喀左縣承載力評價等級趨近于V3與V1等級的值為0.010、0.504，二者存在較大的差距，而隸屬于V2與V3等級的較為接近，分別為0.486、0.504，可見喀左縣年水資源雖然處于V3級，但也趨近于V2級，二者的差距不大；喀左縣2025年的承載力等級隸屬于V3與V2級的差異程度較小，分別為0.017、0.062，而趨近于V3級的差異程度十分突出，可見在該年份的缺水程度相對于年更加嚴(yán)峻。

通過以上分析，隨著社會的發(fā)展和人口的激增，喀左縣工農(nóng)業(yè)和生活用水量急劇增大，水資源系統(tǒng)將面臨著更加嚴(yán)峻的形式，承載力負(fù)荷逐漸增高，用水緊張和供給矛盾等問題更加突出?，F(xiàn)狀水資源開采接近極限狀態(tài)，進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較低且期望負(fù)荷值過高。

3 結(jié)論與建議

研究表明，喀左縣、2025年水資源均處于V3級承載水平，進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較低且期望負(fù)荷值過高。為保證2025年用水遠(yuǎn)景和人水和諧發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，要從提高水資源承載力和區(qū)域開發(fā)強度2個方面入手，可采取的有效措施如下：

1)水利工程措施。為改善城市環(huán)境及保護(hù)水源涵養(yǎng)區(qū)實施生態(tài)建設(shè)與小流域綜合治理工程；加強受污染河道的生態(tài)治理和污染控制公曾建設(shè)；為提高用水效率采取中水回用和污水再利用工程措施。

2)建立科學(xué)的用水管理體系。實施水價動態(tài)管理和水質(zhì)實時監(jiān)測措施，建立科學(xué)完善的管理體系；推進(jìn)水資源優(yōu)化配置和水量監(jiān)測，構(gòu)建解決水質(zhì)型、水量型缺水、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源時空分布不協(xié)調(diào)等問題機(jī)制。

3)加強水環(huán)境保護(hù)，推廣普及節(jié)水器具和技術(shù)。將水質(zhì)達(dá)標(biāo)率納入年度工作績效考核體系，復(fù)合重要排污口的水質(zhì)狀況，條件允許的情況下實現(xiàn)污水廠水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，加強水環(huán)境和水資源保護(hù)力度；普及推廣節(jié)水器具和高校用水技術(shù)，提高用水效率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出效益，減少農(nóng)藥化肥等施用對地下水的污染程度，切實提升綜合用水效率。