烏裕爾河流域水資源開發(fā)利用潛力研究

袁立月，袁方正，張淼鑫，劉 博，王洪波

(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 建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150080;3.齊齊哈爾市弘禹水利工程建設監(jiān)理有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 研究區(qū)概況

烏裕爾河是嫩江左岸一條較大的無尾河流，全河道長576 km，流域總面積19 370 km2，流域成長條形，地理位置為東經(jīng)124°53′～127°23′，北緯46°26′～48°25′之間，地勢自東北傾向西南，是小興安嶺山脈與松嫩平原過渡地帶。烏裕爾河發(fā)源于小興安嶺西麓，北源稱雞爪河，南源稱轱轆滾河，南北二源于北安市境內(nèi)匯合后稱烏裕爾河。河流由東向西流經(jīng)北安市、克東縣、克山縣、依安縣、富?？h、齊齊哈爾市郊區(qū)、林甸、杜爾伯特蒙古族自治縣等市縣。烏裕爾河流域?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L氣候。春季干旱少雨多風沙，夏季受副熱帶海洋氣團影響，溫熱多雨，晝夜溫差大，冬季受蒙古和西伯利亞寒流影響，寒冷干燥。烏裕爾河流域徑流主要由降雨和融雪形成，根據(jù)依安大橋站實測徑流資料，多年平均徑流量8.56億m3，徑流的年內(nèi)豐枯變化較大，主要是受降雨量大小所支配，夏季水量較豐，冬季徑流較小。徑流的年內(nèi)分配極不均勻，大部分徑流量集中在夏秋汛期，其中7—9月份徑流量約占全年的67%。

烏裕爾河流域是由黑河市、齊齊哈爾市、大慶市部分地區(qū)所構(gòu)成。流域內(nèi)分析范圍內(nèi)多年平均水資源總量為17.76億m3，其中地表水資源量為8.56億m3，地下水資源量11.83億m3，地下水與地表水資源不重復計算量為2.63億m3。烏裕爾河流域2020年總?cè)丝?20.35萬人，其中黑河市、齊齊哈爾市和大慶市分別為33.08萬人、160.99萬人 和26.28萬人。

2 評價方法

2.1 理論基礎

根據(jù)水資開發(fā)利用的相關評價指標，建立數(shù)學模糊模型[1]。采用模糊綜合評價方法對烏裕爾河流域水資源的開發(fā)利用潛力進行分析。根據(jù)給定的2個有限論域，選擇所確定的n個評價因子按照相關順序排列，得到評價因素集U={U1,U2,…,Un}，按照相關等級評價指標確定m個等級，建立評價集V={V1,V2,…,Vm}。因此模糊綜合評判為下列模糊評判，見式(1)：

B=A·R

(1)

式中：A為U上的模糊子集；B為V上的評價子集，可以分別用式(2)、式(3)表示：

A={a1,a2,…,ai，…,an},0≤ai≤1

(2)

B={b1,b2,…,bj,…,bm},0≤bj≤1

(3)

式中：ai為單因素在所有評定因素中所占的比例；bj為等級Vj對綜合評定所得模糊子集B的隸屬度，代表綜合評判的結(jié)果。評判矩陣R可以用公式(4)表示：

(4)

2.2 評判指標的分級和評分

根據(jù)影響因素，將評價指標分為V1、V2、V3三個等級，其中V1表示在這階段內(nèi)水資源開發(fā)利用程度相對較低，開發(fā)潛力很大。V2表示處于中間階段，該階段已經(jīng)具有一定的開發(fā)程度，但仍然具有開發(fā)潛力。V3表示該地區(qū)水資源開發(fā)達到相對飽和狀態(tài)，應及時進行相關調(diào)整并提高水資源利用效率。為了定量反映該地區(qū)水資源承載力情況，對三個等級V1、V2、V3進行1分制打分，即β1=0.95，β2=0.5，β3=0.05。將水資源開發(fā)的評判因素轉(zhuǎn)化為定量評價水資源情況的數(shù)值，按公式(5)進行綜合評分，數(shù)值越大，表示其開發(fā)利用潛力越大[2]。

(5)

3 水資源開發(fā)利用潛力分析

3.1 評價指標選取

對于水資源承載力的相關評價指標有很多，對于其評價指標的選取, 不僅要覆蓋范圍 廣, 且需要有代表性[3]。根據(jù)烏裕爾河流域水資源特征及其影響水資源開發(fā)利用潛力的因素，參考相鄰區(qū)域的水資源開發(fā)利用評價指標體系見表1[4-5]，在此基礎上確定以下6個評價指標：①水資源利用率U1；②灌溉率U2；③人均供水量U3；④渠系水利用系數(shù)U4；⑤供水量模數(shù)U5；⑥開發(fā)利用程度U6，各因素數(shù)值見表2。

表1 各評價因素分級指標

表2 烏裕爾河流域水資源開發(fā)利用評價因素指標數(shù)值集

3.2 權(quán)重確定

本次研究采用專家打分和層次分析法相結(jié)合，得到各評價因素構(gòu)造重要性矩陣見表3，通過計算所得到的權(quán)重結(jié)果為A=(0.34，0.04，0.04，0.18，0.05，0.35)，經(jīng)過一致性檢驗，CR=CI/RI=0.034≤0.1,表明結(jié)果可用。

表3 構(gòu)造的判斷矩陣

3.3 評價結(jié)果分析

根據(jù)隸屬度計算公式得到烏裕爾河流域各區(qū)域的評價矩陣R如下

利用評價模型B=A×R，對烏裕爾河流域進行水資源開發(fā)利用綜合評判，并進行歸一化處理，得到：

B黑河=(0.6590，0.3410，0)

B齊齊哈爾=(0.4656，0.4509，0.8347)

B大慶=(0.4266，0.5423，0.0311)

烏裕爾河流域水資源利用程度評價見表4。

表4 烏裕爾河流域水資源利用程度評價

根據(jù)數(shù)據(jù)在評價模型的基礎上，對寒區(qū)黑土地典型區(qū)烏裕爾河流域三個市部分的水資源開發(fā)利用潛力按公式(5)進行了綜合評判見表。由表可知，按照最大隸屬度原則，烏裕爾河流域三個市水資源開發(fā)利用潛力有所不同，相對于其他兩個區(qū)域，齊齊哈爾市水資源開發(fā)利用程度相對較大，綜合評分值最小為0.6678，進一步的開發(fā)利用潛力最小。大慶市水資源開發(fā)利用程度居中，綜合評分值為0.6764，與齊齊哈爾市開發(fā)潛力相似。黑河市水資源開發(fā)利用程度相對較小，綜合評分為0.7965，開發(fā)潛力最大。

4 結(jié) 論

(1)本文以寒區(qū)黑土地典型區(qū)烏裕爾河流域為研究對象，建立了水資源承載力綜合評價體系。根據(jù)實際情況和參照相似區(qū)域，確定了影響水資源利用開發(fā)的6個指標對其進行評價，評價結(jié)果對寒區(qū)黑土的水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有一定的參考價值。

(2)基于模糊綜合評價和層次分析法相結(jié)合，對烏裕爾河流域三個市水資源開發(fā)利用潛力進行了分析評價。結(jié)果表明，黑河市水資源開發(fā)利用潛力最大，大慶市與齊齊哈爾市水資源開發(fā)利用潛力較為相似，有進一步的開發(fā)潛力。