基于集對分析法青島市水資源可持續(xù)利用潛力分析

李治軍，黃佳俊，景安琳，陳 蕾

（1.黑龍江大學水利電力學院, 黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江大學寒區(qū)地下水研究所, 黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引言

水資源是人類生存的重要資源,其可持續(xù)發(fā)展與當代社會發(fā)展的需求聯(lián)系緊密。山東省的經(jīng)濟中心青島市,是中國東部經(jīng)濟中心城市、港口城市,瀕臨海洋的青島市是海上運輸?shù)闹匾獦屑~。水資源為青島市的經(jīng)濟發(fā)展提供保障,為保證研究區(qū)域內(nèi)的水資源可持續(xù)利用、經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展,本文對青島市的水資源進行可持續(xù)利用及潛力分析。

1 研究區(qū)概況

青 島 市 位 于 山 東 東 南 部,N35°35′～37°09′、E119°30′～121°00′,屬于溫帶季風氣候,雨量充沛。東高西低的地勢導致降雨量在地區(qū)分布上不均勻,其中降雨量的最高值位于嶗山區(qū),最低值位于膠州市,嶗山區(qū)的汛期降水量最高[1]。研究區(qū)域內(nèi)有眾多河流,其中大沽河流域面積是4655.3 km2,河道全長為179.9 km。2018年全市地表水資源量為10.61 億m3,地下水資源量為8.303 億m3[2]。

2 水資源可持續(xù)利用分析

水資源可持續(xù)利用分析方法主要有主成分分析法[3]、層次分析法[4]、熵權法[5]等,本文基于目前所掌握的數(shù)據(jù)及相關資料,采用集對分析法進行分析。

2.1 構建水資源可持續(xù)利用評價指標

采用定量及定性[6]相組合的方法,按照區(qū)域水資源可持續(xù)利用原則以及選取評價指標的原則[7-8],參考區(qū)域水資源現(xiàn)狀,本文選定了水資源條件、生態(tài)環(huán)境、水資源合理配置3個一級指標,10個二級指標,見表1[9]。水資源的條件決定青島市水資源供給狀況,其可持續(xù)利用的潛力受水資源空間分布特征及數(shù)量影響；生態(tài)環(huán)境是判斷水資源能否得到有效利用的要素,可改善水資源儲存條件；水資源的合理配置是度量水資源是否合理利用的關鍵因素[10]。

表1 水資源可持續(xù)利用評估指標

2.2 區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價標準

根據(jù)表1,參考與青島市相似研究區(qū)域的水資源可持續(xù)利用評價體系,將水資源的可持續(xù)利用情況分為五級：好、較好、一般、較差、差[11]。在進行科學的評價前,應確定指標評價標準,根據(jù)國內(nèi)相關規(guī)定得到評價指標等級標準見表2[12]。

表2 區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價指標等級標準

3 基于集對分析法評估模型構建

3.1 模型建立

集對分析從 3 個層面對兩集合的特性進行定量分析[13],其表達式為：

式中：代表聯(lián)系數(shù)；N代表兩集合特性總數(shù)；S代表兩集合相同特性數(shù)；F代表兩集合不相同、不對立差異不確定特性數(shù)；P代表兩集合相互對立的特性數(shù)；i為差異度系數(shù), i∈［-1,1］；j為對立度系數(shù)[14], j =-1。

式中: a、b、c∈［0,1］[15-18]。

進行符號量化、逐指標比較,獲得符號量化集合A,構造集對。將集對中的等級與對應符號元素對照[19],明確S、P、F數(shù)值,由式（1）得到K元聯(lián)系度：

五元聯(lián)系中i1=0.5, i2=0, i3=-0.5[10]。

3.2 研究區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價

根據(jù)青島市2018年水資源公報、統(tǒng)計年鑒等相關數(shù)據(jù),依據(jù)表 2得到青島市水資源可持續(xù)利用指標的等級,結果見表3。

表3 各集合符號量化結果

將評價區(qū)域區(qū)域分別與1-5評價標準等級構建成集對并進行對比[19],統(tǒng)計符號S、F1、F2、P的數(shù)值, 帶入公式（1）、（5）進行計算,分別得到5元聯(lián)系度。見表4。

表4 聯(lián)系數(shù)值表

由聯(lián)系數(shù)最大原則可知：A2-B= 0.68為最大值, 即青島市水資源可持續(xù)利用屬于較好等級,仍有開發(fā)利用的潛力。

4 研究區(qū)域水資源潛力分析

利用2018年相關數(shù)據(jù)對青島市水資源現(xiàn)狀計算結果見表5、表6[20],數(shù)據(jù)顯示青島市水資源總量開發(fā)利用率為 58.2% 。

表5 現(xiàn)狀年水資源開發(fā)利用程度分析 單位：萬m3

表6 現(xiàn)狀年水資源開發(fā)利用程度分析 單位：萬m3

青島市是沿海城市,根據(jù)大沽河治理決策的相關規(guī)定,在遵守保障河道和河口最基本的生態(tài)環(huán)境用水原則下[21],年入海水量最低應保證9500 萬m3,2018 年青島市入海水量為 1.920 億m3[22],大于規(guī)定最低標準,表明青島市地表水具有開發(fā)利用的潛力,其開發(fā)潛力為0.97 億m3；依據(jù)表6 可知青島市地下水供水量為2.41 億m3,地下水資源量為8.303 億m3[2],其開發(fā)潛力為5.893億m3。

5 結語

（1）本文以山東省青島市為研究對象,基于集對分析法對青島市水資源可持續(xù)利用進行評價,數(shù)據(jù)結果顯示青島市水資源目前處于較好等級,水資源具有可持續(xù)利用性。

（2）通過分析2018 年青島市水資源現(xiàn)狀,數(shù)據(jù)表明地下水開發(fā)利用率為29%,仍具有一定開發(fā)潛力；2018 年青島市入海水量為 1.920 億m3,大于規(guī)定最低標準,表明青島市地表水也具有開發(fā)利用的潛力。