丹東市水資源承載力評價(jià)研究

史紅波

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

水資源不僅僅是自然環(huán)境不可缺少的一部分，也是人類生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，我國很多城市普遍出現(xiàn)了水資源短缺的問題，主要是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市人口激增造成的，因此，提高水資源利用效率以及優(yōu)化水資源配置就越來越得到人們的關(guān)注。水資源承載力作為地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件，對該地區(qū)未來的發(fā)展和規(guī)劃有著非常重要的意義和影響。

丹東市位于我國遼寧省東南部，水資源豐富。其中，丹東降水量較多，是東北地區(qū)降水量最多的區(qū)域，占據(jù)遼寧降水量的70%。截至2021年，丹東市人均水資源占有量為3846m3/人，按照國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，屬于正常狀態(tài)。盡管丹東市水資源充足，但是近年來丹東市由于水資源的不合理利用，導(dǎo)致水資源利用效率較低，水污染事件頻發(fā)。在這種背景下，丹東市水資源能否實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境的協(xié)調(diào)共同發(fā)展成為了當(dāng)前急需研究的課題。基于此背景，本文采用組合賦權(quán)評價(jià)法，結(jié)合丹東市水資源現(xiàn)狀，對其進(jìn)行科學(xué)的評價(jià)，以期為丹東市水資源可持續(xù)利用提供一定的借鑒。

1 構(gòu)建丹東市水資源承載力指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)選取原則

(1)代表性，指的是在選擇水資源承載力指標(biāo)的時(shí)候，要結(jié)合所需評價(jià)地區(qū)的地域特點(diǎn)，區(qū)域不同，評價(jià)指標(biāo)要素不同。因此，所選擇的評價(jià)指標(biāo)要符合該地區(qū)評價(jià)系統(tǒng)的內(nèi)涵。

(2)合理性，指的是水資源承載力評價(jià)指標(biāo)的選擇要符合2個(gè)方面：能夠有效結(jié)合所評價(jià)區(qū)域水資源現(xiàn)狀；選取的評價(jià)指標(biāo)分層要符合實(shí)際情況和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)可量化性，目前我國水資源承載力評價(jià)逐漸由定性研究轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄐ匝芯亢投垦芯肯嘟Y(jié)合的思路，選擇的指標(biāo)應(yīng)能夠量化。

(4)動(dòng)態(tài)性，每個(gè)地區(qū)的水資源承載力在不同的時(shí)期也是不同的。因此，對某個(gè)地區(qū)水資源承載力的研究也應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)變化的，選擇的評價(jià)指標(biāo)也要符合這個(gè)特點(diǎn)。

1.2 指標(biāo)評價(jià)體系的構(gòu)建

首先，以DPSIRM理論為基礎(chǔ)，通過參考相關(guān)學(xué)者的研究成果，以及國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)，對水資源承載能力評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初步識(shí)別；其次，根據(jù)丹東市水資源特點(diǎn)，對識(shí)別的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行刪減和補(bǔ)充，得到丹東市水資源承載力評價(jià)體系，見表1。

表1 丹東市水資源承載力評價(jià)體系

1.3 評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)所依據(jù)數(shù)據(jù)主要為國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合對丹東市水資源承載力情況，劃分等級，分別分為一級、二級、三級、四級、五級，依次表示嚴(yán)重超載、超載、臨界超載、弱可承載以及可承載，分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)分級情況

2 基于集對分析法的水資源承載力評價(jià)

2.1 熵值法

熵值法是常見的決策方法之一，目前在水利綜合評價(jià)方面得到了較為廣泛的應(yīng)用，與其他綜合評價(jià)方法相比，熵值法克服了主觀因素過重的缺點(diǎn)，將其應(yīng)用到水資源承載力的評價(jià)工作中，數(shù)據(jù)更加貼近實(shí)際。

2.1.1構(gòu)造水資源承載力評價(jià)矩陣

(1)

2.1.2對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

處理公式為：

(2)

2.1.3確定熵值

(3)

(4)

2.1.4計(jì)算熵值

(5)

2.2 TOPSIS法

TOPSIS法是一種常見的多目標(biāo)決策分析方法，本文采用熵值法與TOPSIS法相結(jié)合，采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行歸一化處理，避免對數(shù)據(jù)的再次處理，具體步驟如下所示。

2.2.1構(gòu)建評價(jià)矩陣

(6)

2.2.2確定正負(fù)理想解

Y+={maxyij|i=1，2…m}

(7)

Y-={minyij|i=1，2…m}

(8)

2.2.3計(jì)算距離

(9)

(10)

2.2.4計(jì)算貼近度

(11)

式中，Cj—評價(jià)數(shù)據(jù)與方案的貼近度，Cj越大，則第j年水資源承載力越接近最優(yōu)水平。

2.3 障礙度計(jì)算

對影響丹東市水資源承載力的障礙因子進(jìn)行分析，并制定可行的水資源可持續(xù)利用技術(shù)方案，及時(shí)解決存在的問題。引入因素貢獻(xiàn)度Fi、指標(biāo)偏離度Ij、障礙度Pi，其計(jì)算公式為：

(12)

2.4 水資源承載力臨界值

將承載力評價(jià)指標(biāo)體系與丹東市水資源承載力特點(diǎn)相結(jié)合，得出丹東市水資源承載力貼近度臨界值，具體見表3。

表3 貼近度臨界值

3 水資源承載力評價(jià)結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)熵值法求的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，具體結(jié)果見表4。

根據(jù)表4可以得出各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，其中，權(quán)重最大的評價(jià)指標(biāo)體系子系統(tǒng)為管理子系統(tǒng)，權(quán)重系數(shù)為20.35%；其后依次為響應(yīng)、壓力、驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)以及影響子系統(tǒng)。

表4 丹東市水資源承載力指標(biāo)權(quán)重

3.2 丹東市水資源承載力貼近度計(jì)算結(jié)果及分析

丹東市水資源承載力驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖1所示。

由圖1可以看出，丹東市水資源承載力驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)呈現(xiàn)出了逐漸上升的趨勢。丹東市主要產(chǎn)業(yè)為裝備制造和礦產(chǎn)開發(fā)，是典型的工業(yè)城市，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展較慢，目前正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，并且由于第二產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)也相對薄弱，也在一定程度上影響了丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系中驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)的呈現(xiàn)。

圖1 驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

丹東市水資源承載力壓力子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖2所示。

圖2 壓力子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

由圖2可知，丹東市水資源承載力指標(biāo)評價(jià)體系中的壓力子系統(tǒng)雖然存在波動(dòng)，但是總體呈現(xiàn)上升趨勢。近年來，丹東市的每萬元GDP的用水量逐漸減少，導(dǎo)致評價(jià)指標(biāo)體系中壓力子系統(tǒng)發(fā)生變化的主要原因是城鎮(zhèn)人均用水量和農(nóng)業(yè)用水量發(fā)生變化。同時(shí)，丹東市可利用的水資源較多，其自然降水量也比較大，并且與近年來丹東市大力推行節(jié)水措施也有密切關(guān)系。

丹東市水資源承載力狀態(tài)子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖3所示。

圖3 狀態(tài)子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

由圖3可知，丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系中的狀態(tài)子系統(tǒng)達(dá)到峰值是在2016年，雖然丹東市境內(nèi)存在鴨綠江的支流，但是該年丹東市的自然降水量較少。因此，造成丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系中的狀態(tài)子系統(tǒng)達(dá)到峰值。

丹東市水資源承載力影響子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖4所示。

圖4 影響子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

由圖4可知，丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系中的影響子系統(tǒng)變化主要分為2個(gè)階段：第一階段為2011—2015年，整體處于相對比較低的水平；第二階段為2016—2019年，產(chǎn)生了較大的波動(dòng)。丹東市的工業(yè)產(chǎn)值的增長水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廢水的排放量增長水平，并且隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政府的重視，可以看出萬元產(chǎn)值污水排放量在不斷的降低。

丹東市水資源承載力響應(yīng)子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖5所示。

圖5 響應(yīng)子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

由圖5可知，丹東市的水資源承載力評價(jià)指標(biāo)中的響應(yīng)子系統(tǒng)也明顯分為2個(gè)階段：第一階段為2011—2016年，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，響應(yīng)子系統(tǒng)處于較低水平；第二階段為2016—2019年，響應(yīng)子系統(tǒng)在該段時(shí)間內(nèi)上升迅速。其主要原因是丹東市高度重視污水的排放問題，并采取了有效措施，如擴(kuò)容污水處理廠等。

丹東市水資源承載力管理子系統(tǒng)貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖6所示。

圖6 管理子系統(tǒng)貼近度計(jì)算

由圖6可知，丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系中管理子系統(tǒng)呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并且在2018年，管理子系統(tǒng)指標(biāo)達(dá)到峰值，在2019年稍微下降。在丹東市政府的積極推進(jìn)下，丹東市的森林面積不斷增加，地下水開發(fā)逐漸降低。值得注意的是2019年丹東市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)中的管理子系統(tǒng)下降主要是政府對公共管理的投資有所降低造成的。

3.3 丹東市水資源承載力總體水平情況

丹東市水資源承載力貼近度計(jì)算結(jié)果及分析，如圖7所示。

圖7 丹東市水資源承載力貼近度計(jì)算

由圖7可知，丹東市水資源較為豐富，處于可承載狀態(tài)。在2011—2012年處于臨界超載狀態(tài)，總體來看，丹東市水資源承載力水平呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。丹東市為了達(dá)到城市的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源供需之間存在的矛盾，采取了諸多措施，如擴(kuò)容污水處理廠，提高污水處理效率，提高廢水重復(fù)利用率以及水資源配置效率等，取得了良好的成績。

3.4 指標(biāo)因子障礙度分析

對丹東市水資源承載力障礙因子進(jìn)行計(jì)算，按照評價(jià)指標(biāo)障礙度數(shù)據(jù)大小進(jìn)行排序，本次只對前3項(xiàng)進(jìn)行排序，具體結(jié)果見表5。

表5 丹東市水資源承載力指標(biāo)障礙度

盡管近年來丹東市水資源承載力障礙因子在不斷的變化，但是可以看出，未來影響丹東市水資源承載力水平的主要障礙因子為人口的密度、城鎮(zhèn)生活用水以及地下水開發(fā)。雖然丹東市水資源豐富，但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源并不是無限的。因此，丹東市應(yīng)當(dāng)做好節(jié)約用水的宣傳工作，營造良好的節(jié)水氛圍。同時(shí)，在現(xiàn)有水價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況分析提高水價(jià)的可行性，為長期大量用水的企業(yè)造成一定的壓力；在公共場所推廣節(jié)水器具，發(fā)展節(jié)水器具市場，以此達(dá)到水資源的充分利用。

4 結(jié)論

將DPSIRM模型引入到丹東市水資源承載力研究工作中，建立了符合丹東市實(shí)際情況的水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系；同時(shí)，將熵權(quán)法與TOPSIS法相結(jié)合，建立基于組合賦權(quán)的丹東市水資源承載力評價(jià)方法，極大豐富了水資源承載力評價(jià)理論。同時(shí)，在對水資源承載力進(jìn)行評價(jià)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注所在區(qū)域的特點(diǎn)，將政府政策、地理氣候等因素充分考慮進(jìn)去。最后，本文研究存在一些不足之處，如識(shí)別的水資源承載力影響因素不全面，還需要進(jìn)一步完善。在未來的工作和研究中，將重點(diǎn)關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源優(yōu)化配置與水資源承載力之間關(guān)系的研究。