遼寧省水資源開發(fā)利用程度評價研究

畢悅澄

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000）

0 引 言

水資源開發(fā)利用程度評價是一項涉及社會經(jīng)濟、資源環(huán)境、人口等多個系統(tǒng)的復(fù)雜工程，主要是選擇合適的計算指標，將各個指標數(shù)據(jù)利用一定的數(shù)學(xué)模型耦合成開發(fā)利用程度綜合指數(shù)，從而反映區(qū)域水資源實際狀況，為水資源可持續(xù)利用及其管理規(guī)劃提供決策依據(jù)[1]。目前，比較常用的評價方法有BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、DPSIR 模型、模糊數(shù)學(xué)法、系統(tǒng)動力學(xué)法和投影尋蹤法等[2-5]。文章結(jié)合區(qū)域水資源數(shù)據(jù)，對24 個初選指標利用灰色關(guān)聯(lián)法進行分析，從中篩選出典型指標構(gòu)建評價體系，然后利用AHP 法計算指標權(quán)重，應(yīng)用綜合評價指數(shù)法計算分析遼寧省14個地市的水資源開發(fā)利用狀況，旨在促進區(qū)域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 評價模型

1.1 關(guān)聯(lián)度計算

1）步驟1：設(shè)定參考指標x0(k)為水資源開發(fā)利用程度，k為研究單元數(shù)，k=1，2，…，m；比較指標xi(k)為顯著影響水資源開發(fā)利用的因子，i=1，2，…，n，n為影響因子個數(shù)。

2）步驟2：無量鋼化處理。由于各初始數(shù)據(jù)的量綱或單位不同而無法直接參與比較計算，必須對初始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，即：

式中：xi(k)、——代表評價單元k參評指標i的無量綱化值和初始數(shù)據(jù)；min(xi)、max(xi)——代表所有評價單元中參評指標i的最小、最大值。

3）步驟3：關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算。關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ0i是指在第k個評價區(qū)域參評指標i對參考指標的關(guān)聯(lián)程度，即參考指標x0(k)與比較指標xi(k)在評價單元k中的關(guān)系，可利用下式計算[6]：

4）步驟4：關(guān)聯(lián)度的計算。考慮到序列信息比較分散，關(guān)聯(lián)系數(shù)較多難以直觀比較的實際情況，引入關(guān)聯(lián)度ri來處理信息集中的問題，以此反映序列的整體關(guān)聯(lián)狀況，其表達式為：

1.2 明確參評指標

一般地，水資源開發(fā)利用程度涉及社會經(jīng)濟、資源環(huán)境、人口規(guī)模等諸多復(fù)雜因素，在評價過程中必須考慮其社會和自然屬性[7]。因此，文章以區(qū)域水資源開發(fā)利用率為參考指標，從社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用和水資源的角度初步選定24 項指標，并按照灰色關(guān)聯(lián)法計算步驟，對24 項指標進行關(guān)聯(lián)度計算見表1，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況和關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果確定典型指標構(gòu)建評價體系。

1.3 AHP 法計算權(quán)重

1）步驟1：構(gòu)造梯階層次結(jié)構(gòu)。通過初步分析評價目標，按屬性將評價對象所涉及的各項指標進行分組，構(gòu)建梯階層次框架，這種梯階層次存在自上而下的支配關(guān)系，即準則層中的指標既對下一層具有支配作用，又受到目標層指標的支配[8-9]。

2）步驟2：建立判斷矩陣。根據(jù)水資源開發(fā)利用程度的梯階層次結(jié)構(gòu)，即可確定上、下層之間的關(guān)系。對于各指標支配上一層指標的相對重要度可以利用判斷矩陣法來確定，即賦予響應(yīng)的權(quán)重。一般利用專家咨詢法，通過兩兩比較建立各層次判斷矩陣A，設(shè)指標i相對于j的重要性標度為aij，m參評因子數(shù)，則A的表達式為：

3）步驟3：計算最大特征根。然后利用公式（2）~（3）公式計算判斷矩陣A的行乘積Hi及其n次方根，具體如下：

依據(jù)以上計算結(jié)果，采用公式（4）進行歸一化處理，從而確定特征向量W，W所對應(yīng)的各分量即為權(quán)重ωi，進一步計算判斷矩陣的最大特征根λmax，即：

4）步驟4：一致性檢驗。通過一致性檢驗即判斷矩陣的一致偏離程度，從而保證權(quán)重計算的合理性，計算公式為：

式中：CR、RI——代表判斷矩陣A 以及同階矩陣平均隨機一致性指標，RI取值標準如表2。隨機一致性比率CR<0.10 則代表判斷矩陣通過一致性檢驗，由此計算的權(quán)重合理可信；否則，應(yīng)重新構(gòu)造判斷矩陣A 直至通過一致性檢驗。

根據(jù)以上分析結(jié)果，將選取的14 個典型指標按梯階層次結(jié)構(gòu)劃分成3 個層次，從而構(gòu)建多因素、多層次水資源開發(fā)利用程度評價體系，然后按照AHP 法計算流程確定各個指標權(quán)重，如表3 所示。

表3 梯階層次結(jié)構(gòu)評價體系

1.4 綜合評價指數(shù)

水資源子系統(tǒng)反映了水資源對經(jīng)濟、耕地、人口規(guī)模的可承載能力，主要體現(xiàn)在各區(qū)域水資源分布以及總量上；開發(fā)利用子系統(tǒng)反映了人類對水資源的調(diào)控水平以及各區(qū)域水資源供應(yīng)能力；生態(tài)子系統(tǒng)是是有機與無機界之間的橋梁，也是自然環(huán)境中最為活躍的因子，在質(zhì)和量上水資源受人工側(cè)支水循環(huán)影響發(fā)生極大的改變；社會子系統(tǒng)反映了經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源之間的關(guān)系，體現(xiàn)了其社會屬性。采用下式計算各地區(qū)水資源開發(fā)利用綜合評價指數(shù)，其表達式如下[10]：

式中：S、O——代表準則層和目標層綜合評價指數(shù)；x、ω——代表對應(yīng)于表3 的指標歸一化值及其權(quán)重值。依據(jù)各指標權(quán)重計算結(jié)果和歸一化數(shù)據(jù)（表4），利用以上公式計算遼寧省各地市2020 年水資源開發(fā)利用綜合評價指數(shù)，如表5 所示。

表4 水資源評價指標歸一化數(shù)據(jù)

表5 綜合評價指數(shù)與開發(fā)利用程度

依據(jù)表4 計算結(jié)果，從低到高各地市水資源開發(fā)利用綜合評價指數(shù)排序為葫蘆島＜阜新＜錦州＜朝陽＜盤錦＜鐵嶺＜鞍山＜撫順＜營口＜遼陽＜本溪＜丹東＜大連＜沈陽?？紤]到現(xiàn)階段尚未形成統(tǒng)一的等級劃分標準，對水資源開發(fā)利用特性及變化規(guī)律的研究還不夠深入，故本研究所計算的綜合評價指數(shù)屬于一個相對值。

1.5 評價等級

根據(jù)水資源利用實際情況和計算結(jié)果，將遼寧省各地市水資源開發(fā)利用綜合評價指數(shù)用散點法劃分成高、中、低3 個等級。具體而言，水資源開發(fā)利用程度達到“高度”的有大連市、沈陽市，這兩個地區(qū)的開發(fā)利用潛力較小，這可能與當?shù)毓┧芰Σ蛔?、水利工程建設(shè)滯后、居民生活和工業(yè)生產(chǎn)污水排放量大等因素有關(guān)，應(yīng)加強廢水回用和節(jié)約用水，加大水利投資建設(shè)，嚴格控制排污量，從而緩解現(xiàn)階段所面臨著水資源短缺問題[11-12]。水資源開發(fā)利用程度達到“低度”的有朝陽市、阜新市、盤錦市、錦州市和葫蘆島市，這些地區(qū)具有較大的水資源開發(fā)利用潛力，可以為經(jīng)濟發(fā)展提供強有力的支撐。然而在經(jīng)濟發(fā)展過程中應(yīng)高度重視水環(huán)境保護，不得以犧牲水體環(huán)境為代價來發(fā)展經(jīng)濟建設(shè)。水資源開發(fā)利用程度達到“中度”的包括遼陽市、營口市、丹東市、本溪市、鞍山市、鐵嶺市和撫順市，這些地區(qū)已具有相當?shù)乃Y源開發(fā)規(guī)模，并且開發(fā)潛力較大，水資源可以職稱當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。在水資源開發(fā)利用時應(yīng)加強水利工程建設(shè)，嚴格控制污水排放[13-14]。

總體上，為緩解區(qū)域水資源供給壓力，遼寧省應(yīng)持續(xù)加大節(jié)水和生態(tài)環(huán)保理念的宣傳，加快推進生態(tài)型、資源型和效益型水利發(fā)展，構(gòu)筑科學(xué)的開發(fā)利用、優(yōu)化配置、節(jié)約保護綜合體系，為實現(xiàn)水資源良好發(fā)展態(tài)勢提供強有力的支撐。

3 結(jié) 論

水資源開發(fā)利用程度評價是一個多目標、多因素、多準則系統(tǒng)性決策問題，應(yīng)考慮社會經(jīng)濟、資源環(huán)境、人口規(guī)模等諸多因素。文章利用AHP-灰色關(guān)聯(lián)法確定14 項典型指標及其客觀權(quán)重，該方法能夠有效避免主觀因素干擾，保證權(quán)重計算和評價結(jié)果合理性，更加準確地反映區(qū)域水資源實際情況。評價結(jié)果與水資源公報中的數(shù)據(jù)基本一致，所構(gòu)建的評價體系和計算方法是切實可行的。