朝陽市水資源承載力評(píng)價(jià)

冀連華

(遼寧省朝陽水文局,遼寧 朝陽 122000)

科學(xué)評(píng)價(jià)水資源承載力是評(píng)判生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展的依據(jù),也是實(shí)現(xiàn)城市高質(zhì)量發(fā)展的必然要求[1]。近年來,工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快拓寬了水的資源屬性,因超采逐漸出現(xiàn)水生態(tài)功能退化、水環(huán)境污染及水資源短缺等問題[2-3]。如何協(xié)調(diào)水資源可承載能力與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的矛盾,逐漸成為缺水地區(qū)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。因此,要實(shí)現(xiàn)水資源空間均衡有必要研究評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力。

目前,相關(guān)研究主要集中于水資源承載力計(jì)算方法、指標(biāo)體系和空間尺度等方面,如趙偉靜等以我國13個(gè)糧食主產(chǎn)省份為例,運(yùn)用偏聯(lián)系數(shù)和集對(duì)分析法動(dòng)態(tài)分析了水資源承載力變化趨勢(shì);唐家凱等通過構(gòu)建生態(tài)環(huán)境-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-水資源綜合評(píng)價(jià)體系,從時(shí)空分布上研究揭示了黃河流域2004—2018年水資源承載力變化規(guī)律;李琦蕓等以南通市為例,應(yīng)用生態(tài)環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,考慮排污與供水約束預(yù)警分析了城市水資源承載狀態(tài);鄭德鳳等使用協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓等方法,計(jì)算分析了我國城鎮(zhèn)化質(zhì)量與水資源承載力間的協(xié)調(diào)關(guān)系;陽斌成等結(jié)合湖南省水資源特點(diǎn)構(gòu)建生態(tài)環(huán)境-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-水資源評(píng)價(jià)體系,從省域上測評(píng)了湖南省水系統(tǒng)承載力;DaiD等[4-14]以GDP、人口和SD學(xué)為基礎(chǔ),建立了能夠協(xié)調(diào)平衡水安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水資源承載力模型。因此,現(xiàn)有研究大多側(cè)重于市域、省域和流域?qū)用?復(fù)合生態(tài)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源系統(tǒng)構(gòu)建多要素評(píng)價(jià)體系的偏多,常用的方法包括主成分法、熵權(quán)法、生態(tài)足跡法、熵權(quán)TOPSIS法和VIKOR法等[10-15]。從水資源承載力評(píng)價(jià)內(nèi)容和區(qū)域上,對(duì)東北生態(tài)脆弱區(qū)域的評(píng)價(jià)分析較少,對(duì)于定量研究水系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)發(fā)展程度及其整體承載力的較少。

文章結(jié)合朝陽市外調(diào)水量占比較高以及農(nóng)業(yè)用水量大的特征構(gòu)建承載力評(píng)價(jià)體系,應(yīng)用組合賦權(quán)TOPSIS法和障礙度模型計(jì)算分析2008—2020年朝陽市水資源承載力變化趨勢(shì)及其主要障礙因子,以期為朝陽市中長期水資源開發(fā)利用規(guī)劃、節(jié)水政策制定以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

朝陽市地處遼寧省西部,下轄龍城區(qū)、雙塔區(qū)、朝陽縣、北票市和凌源市,總面積19736km2。該區(qū)域?yàn)楸睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,降雨偏少,日照充足,年降水量450～580mm,平均氣溫5.4～8.7℃,地形以河谷平原及山區(qū)為主。依據(jù)水資源公報(bào),2019年朝陽市降水量482.3mm,時(shí)空分布差異較大,主要分布在5～8月,2019年全市水資源總量119257.0萬m3,其中地下、地表水75839.7萬m3和89227.7萬m3。全市耕地476739.75hm2,占總土地24.2%,灌溉用水以渠首引水為主,現(xiàn)階段面臨著農(nóng)田灌溉用水效率低、水資源總量少、水用水失衡等問題,受大、小凌河分水和來水量持續(xù)偏枯影響依然存在較大水資源缺口[16-17]。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

文章充分考慮參評(píng)指標(biāo)有效性以及研究區(qū)實(shí)際情況,結(jié)合水資源承載力的內(nèi)涵和供需分析中的指標(biāo),合理設(shè)定層次結(jié)構(gòu),應(yīng)用相互影響、彼此獨(dú)立的子系統(tǒng)綜合反映城市水資源承載力。然后遵循科學(xué)性、全面性、合理性和數(shù)據(jù)可獲取性等原則選取20項(xiàng)典型指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系,如表1所示。

表1 朝陽市水資源承載力評(píng)價(jià)體系

1.3 計(jì)算方法

1)權(quán)重計(jì)算。一般地,客觀賦權(quán)法未考慮決策者的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)具有較強(qiáng)客觀性,而主觀賦權(quán)法存在較大的權(quán)重偏差與隨機(jī)性,為解決單一賦權(quán)法存在的不足及缺陷,考慮利用組合賦權(quán)法計(jì)算權(quán)重。文章先利用層次分析法和熵權(quán)法計(jì)算各參評(píng)指標(biāo)的主、客觀權(quán)重,再利用加權(quán)求和法計(jì)算組合權(quán)重,通過均值化處理獲取最終的組合權(quán)重,詳細(xì)流程見文獻(xiàn)[18]。

2)TOPSIS法。該方法主要是利用正、負(fù)理想解與待評(píng)方案間的歐式距離來評(píng)定兩者的接近程度,通過整體排序計(jì)算出所有方案的相對(duì)優(yōu)劣狀況。因此,文章利用各指標(biāo)的組合權(quán)重和TOPSIS法定量計(jì)算朝陽市2008—2020年水資源承載力,相關(guān)公式見文獻(xiàn)[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水資源承載力變化趨勢(shì)

2.1.1 權(quán)重及承載力評(píng)分值

根據(jù)水資源管理部門對(duì)不同指標(biāo)的重視程度以及前人主觀賦權(quán)的成果經(jīng)驗(yàn),先對(duì)各指標(biāo)利用層次分析法進(jìn)行賦權(quán),經(jīng)一致性檢驗(yàn)保證主觀賦權(quán)的合理性,如表2所示。然后利用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重,經(jīng)加權(quán)求和確定組合權(quán)重,如表3所示。

表2 主觀權(quán)重一致性檢驗(yàn)

表3 各層級(jí)參評(píng)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)值及其組合權(quán)重,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理構(gòu)造決策矩陣,并計(jì)算確定2008—2020年朝陽市水資源承載力評(píng)分值,如表4和圖1所示。

圖1 水資源承載力變化曲線

2.1.2 綜合評(píng)價(jià)值變化趨勢(shì)

1)朝陽市2008—2020年水資源承載力總體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的變化特征,從2008年的0.2293波動(dòng)增大到2020年的0.7103,只在2014年和2019年出現(xiàn)小幅的減小。這是因?yàn)?019年屬枯水年,其產(chǎn)水模數(shù)13.20×104m3/km2和人均水資源量281.36m3均達(dá)到研究時(shí)段內(nèi)的最低水平,第三產(chǎn)業(yè)占比也較小,并且農(nóng)田灌溉耗水率達(dá)到研究時(shí)段內(nèi)的最大值為94.71%,所以朝陽市2019年的水系統(tǒng)承載力有所下降。

2)2008—2012年朝陽市城鎮(zhèn)化與工業(yè)化發(fā)展速度較快,經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模明顯擴(kuò)大,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展受用水水平以及水資源短缺的制約不斷凸顯,使得這一時(shí)期的承載力相對(duì)較小。2013—2017年朝陽市城鎮(zhèn)化不斷扲,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快,生態(tài)環(huán)境狀況和水資源用水水平對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定制約,該階段的承載力上升幅度比較緩慢;2018—2020年朝陽市提出經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量和新常態(tài)發(fā)展的思路,不斷提升改善了水資源利用水平及水生態(tài)環(huán)境,這一時(shí)期的水資源承載力整體呈明顯上升趨勢(shì),但受限于以上原因2019年略有下降。

2.1.3 各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值變化

1)2008—2020年朝陽市水資源子系統(tǒng)承載力整體表現(xiàn)出“W”型變化特征,波動(dòng)變化較明顯。其中,2008—2009年、2013—2015年、2016—2017年和2018—2020年承載力下降,最低值出現(xiàn)在2009年的0.2305;2009—2013年、2015—2016年和2017—2018年承載力上升,到2018年上升到最大值0.6569。結(jié)合實(shí)際情況,2009年朝陽市供水模數(shù)下降到研究時(shí)段內(nèi)的最低水平為18.60×104m3/km2,這是導(dǎo)致水資源子系統(tǒng)評(píng)分值較小的重要原因;2015年產(chǎn)水模數(shù)和產(chǎn)水模數(shù)均較低是該時(shí)段水資源承載力下降的主要原因,而2019和2020年承載力下降主要與該時(shí)段產(chǎn)水模數(shù)、人均水資源量較低有關(guān),雖然供水模數(shù)有所上升,但2019年產(chǎn)水模數(shù)13.20×104m3/km2和人均水資源量281.36m3均達(dá)到研究時(shí)段內(nèi)的最低水平。

2)2008—2020年朝陽市社會(huì)子系統(tǒng)承載力總體處于0.4～0.6范圍,基本維持穩(wěn)定。這是由于雖然城鎮(zhèn)化促進(jìn)了生活水平的提升和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,但用水和人口壓力也明顯增大。從2008年到2020年,城鎮(zhèn)化率最初的38.1%逐漸提升到58.2%,人口密度最初的541人/km2快速增大到2020年的585人/km2,增幅達(dá)到8.13%,人均日生活用水量最初的112.1m3波動(dòng)提高到185.4m3。

3)2008—2020年朝陽市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)承載力總體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的變化趨勢(shì),從2008年的0.2415波動(dòng)增大到2020年的0.9406。這是因?yàn)檠芯科陂g朝陽市用水效率指標(biāo)不斷提升,通過優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)使農(nóng)業(yè)灌溉畝均用水從最初的281.66m3減少到2020年的241.08m3,降幅達(dá)到14.41%,第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比從最初的38%明顯上升至2020年的52%。

4)2008—2020年朝陽市生態(tài)子系統(tǒng)承載力表現(xiàn)出波動(dòng)增大的變化特征,從2006年的0.1129波動(dòng)到2020年的0.9066。這是因?yàn)殡S著生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),朝陽市生態(tài)環(huán)境用水率從最初的0.18明顯提高到2020年的6.88%,建成區(qū)綠化覆蓋面積從2008年的3525hm2快速增大到2020年的5012hm2,增幅達(dá)到42.18%,水源涵養(yǎng)能力也顯著增強(qiáng)。另外,2020年與2008年相比城市污水處理率提升31.15%,水生態(tài)治理投資和生態(tài)承載力均明顯增大。然而,朝陽市仍需注重生態(tài)保護(hù)進(jìn)一步增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能。

2.2 障礙度分析

采用障礙度診斷模型準(zhǔn)確識(shí)別朝陽市水資源承載力關(guān)鍵影響因子,障礙度值越大則其阻礙水資源承載力的作用越大。結(jié)果表明,在12個(gè)障礙因子中屬于水資源子系統(tǒng)的有引調(diào)水工程供水量占比、引白水量、供水模數(shù)、產(chǎn)水模數(shù)和人均水資源量,屬于生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的有污水排放量、建成區(qū)綠化覆蓋面積、城市污水處理率和生態(tài)環(huán)境用水率,屬于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的有城鎮(zhèn)化率、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比及萬元GDP用水量?？梢?生態(tài)環(huán)境和水資源子系統(tǒng)包含了大部分障礙因子,其中第一、二、三障礙因子分別為生態(tài)環(huán)境用水率、產(chǎn)水模數(shù)以及城市污水處理率、引白水量、供水模數(shù)。

從水資源視角上,朝陽市仍需進(jìn)一步提高引白水量利用率,通過續(xù)建配套引白入朝工程增大朝陽市可利用水量,降低地下水用量以及超采壓力,可通過加快節(jié)水型城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)水資源利用率的提升;從生態(tài)視角上,朝陽市應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境用水量控制和中水回用率、城市污水處理能力的提升;從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)視角上,要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整以提升用水效率。

3 結(jié) 論

1)朝陽市2008—2020年水資源承載力總體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的變化特征,從2008年的0.2293波動(dòng)增大到2020年的0.7103,只在2014年和2019年出現(xiàn)小幅的減小,這主要與當(dāng)年產(chǎn)水產(chǎn)水模數(shù)和人均水資源量下降有關(guān)。

2)朝陽市水資源承載力障礙因子大多分布于生態(tài)環(huán)境和水資源系統(tǒng)中,其中第一、二、三障礙因子分別為生態(tài)環(huán)境用水率、產(chǎn)水模數(shù)以及城市污水處理率、引白水量、供水模數(shù)。

3)朝陽市應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化,加強(qiáng)水資源管理和生態(tài)修復(fù)與保護(hù)工程建設(shè),持續(xù)推進(jìn)全社會(huì)節(jié)水以及引白入朝工程建設(shè),通過合理生態(tài)補(bǔ)水保證自然環(huán)境安全,強(qiáng)調(diào)用水精細(xì)化管理控制,切實(shí)提升引白入朝用水效率和全市水資源承載力。