郎景波，付 強(qiáng)

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱150030;2.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

齊齊哈爾市位于黑龍江省西南部的松嫩平原，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季特點(diǎn)十分明顯，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季暫短霜早，冬季干冷漫長(zhǎng)，全市多年平均降水量454.2 mm，年內(nèi)、年際變化較大，素有“十年九春旱”。全市轄內(nèi)7區(qū)8縣1市，轄內(nèi)大部分市縣屬工程性缺水地區(qū)，克東、克山、拜泉等縣屬資源性缺水地區(qū)。由于近年來(lái)該市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)、生活、生態(tài)用水大量擠占農(nóng)業(yè)用水，水資源供需矛盾不斷加劇，已經(jīng)成為該地區(qū)城市建設(shè)和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素[1]。即使在節(jié)水水平較高的條件下，水資源供需仍然存在很大缺口。因此，本文采用水資源匱乏指數(shù)，分析該市水資源現(xiàn)狀，為水管理決策者提供優(yōu)先次序的信息，為下一步合理開(kāi)發(fā)利用水資源，穩(wěn)定水資源供應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提供一定的理論依據(jù)。

1 水資源匱乏指數(shù)

水匱乏指數(shù)是綜合考慮一個(gè)區(qū)域的水資源自然狀況、水資源獲取、水環(huán)境狀況及水資源利用能力和潛力的一個(gè)綜合數(shù)值，由英國(guó)自然環(huán)境研究委員會(huì)生態(tài)水文中心的Caroline教授等提出，并已在不同空間尺度進(jìn)行了應(yīng)用[2]。

1.1 水資源匱乏指數(shù)的構(gòu)成

水資源匱乏指數(shù)是由5個(gè)與水密切相關(guān)的關(guān)鍵部分集合而成的一個(gè)整體框架，這5個(gè)組成部分為[2]:

1)資源(R)，主要指在考慮水資源總量、水質(zhì)和水資源變化的情況下，地表水和地下水在自然條件下的可用性。

2)途徑(A)，主要是指水資源可以為人們所利用的范圍，包括距安全取水點(diǎn)的距離、每個(gè)家庭取水所需時(shí)間和其它重要因素。途徑不僅涉及生活用水，還涉及農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水。

3)能力(C)，主要是指人們有效管理水資源的能力和效率，包含購(gòu)買(mǎi)清潔水資源的能力、與收入相關(guān)的教育、健康狀況等，這些因素均能影響政府管理水供給的能力。

4)利用(U)，主要是指不同部門(mén)為實(shí)現(xiàn)不同目的而利用水資源的方式和效率，包括生活、農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水。

5)環(huán)境(E)，主要是評(píng)價(jià)與水資源和當(dāng)?shù)厮h(huán)境中生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的環(huán)境的完整性。

1.2 水資源匱乏指數(shù)的計(jì)算

水資源匱乏指數(shù)的計(jì)算方法主要有加權(quán)平均法、差異分析法及矩陣分析法等，最為常用的是加權(quán)平均法[3－4]:

式中:WPI為某一特定區(qū)域水資源匱乏指數(shù)的值;Xi為水資源匱乏指數(shù)的第i個(gè)組成部分;wi為各組成部分的權(quán)重。

每一個(gè)由Xi許多次級(jí)組成，因此采用同樣的方法合成單個(gè)Xi的數(shù)值。水資源匱乏指數(shù)可改寫(xiě)為:

上式為資源(R)、途徑(A)、能力(C)、利用(U)和環(huán)境(E)5個(gè)組成部分的加權(quán)平均。每個(gè)組成部分首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使其值在0～100范圍內(nèi)，因此WPI的取值范圍也是0～100。最高值是最好的情況(或者水資源匱乏可能性最小)，最低值是最不利的情況。當(dāng)各組成部分的權(quán)重很難確定時(shí)，為了保證評(píng)價(jià)的透明性，可以采用等權(quán)，即各組成部分的權(quán)重設(shè)為1，上式亦可改寫(xiě)為:

2 齊齊哈爾市水資源匱乏程度研究

2.1 樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)集的歸一化處理

設(shè)各指標(biāo)值的樣本集為{x(i，j)│i=1，2，…，n;j=1，2，…，m}，其中x(i，j)為第i個(gè)樣本第 j個(gè)指標(biāo)值，n和m 分別為樣本的個(gè)數(shù)和指標(biāo)的數(shù)目。為消除各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的量綱和統(tǒng)一各指標(biāo)值的變化范圍，采用下式對(duì)樣本集進(jìn)行歸一化處理[5]:

對(duì)于越大越優(yōu)的指標(biāo):

對(duì)于越小越優(yōu)的指標(biāo):

式中:xmax(j)、xmin(j)分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值，r(i，j)為指標(biāo)特征值歸一化序列。為了保證WPI的計(jì)算結(jié)果在0～100，具體歸一化處理后得到的數(shù)值乘以100。

2.2 齊齊哈爾市水資源匱乏程度計(jì)算與分析

齊齊哈爾市是全國(guó)重要的重工業(yè)基地之一，黑龍江省第二大城市，為我省工業(yè)化進(jìn)程和農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。但是作為水資源貧乏區(qū)，水資源系統(tǒng)能否支撐社會(huì)發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大一直是研究的熱點(diǎn)，基于上述方法，本文研究齊齊哈爾市水資源匱乏程度，在認(rèn)清現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，理解水資源如何有效利用才能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

確定2007年為現(xiàn)狀年，證WPI值分級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 WPI值分級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 齊齊哈爾市現(xiàn)狀年WPI值及各組成要素值

由表2可以看出，市區(qū)的WPI值為107.13，處于安全級(jí)別，水資源匱乏的可能性較小;其余縣(市)的數(shù)值均處于中等安全級(jí)別范圍內(nèi)，WPI值從大到小的順序依次為龍江縣、甘南縣、泰來(lái)縣、訥河市、依安縣、富?？h、拜泉縣、克山縣和克東縣，表明以上縣(市)的水資源匱乏可能性逐漸增大，其中龍江縣WPI值最大為52.34，克山縣最小為17.43。

雷達(dá)圖具有直觀、便于觀察等優(yōu)點(diǎn)，雷達(dá)圖中直線所圍起的面積可以很直觀的表達(dá)出各種要素值的大小、優(yōu)劣等情況，因此本文采用雷達(dá)圖描述齊齊哈爾市WPI各要素值。

從圖1和圖2可以看出，雷達(dá)圖中市區(qū)的包圍面積最大，WPI值較高，說(shuō)明現(xiàn)狀年市區(qū)的各要素指標(biāo)值均較大，水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高。主要是由于2010年市區(qū)的過(guò)境水量多于其他各縣(市)，直接決定了R值大于其他各縣(市);市區(qū)的城市輸配水管網(wǎng)較其他縣(市)完善，渠道配套工程相對(duì)較好，工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水，取水便利，因此A值較高;C值與收入、支出水平、教育水平、健康狀況等密切相關(guān)，作為中心城市，教育的普及率及其他方面均較高，因此C值也較高。綜合來(lái)說(shuō)，市區(qū)的WPI值最大是與實(shí)際情況相符的。

圖1 市區(qū)、訥河、龍江、依安、泰來(lái)5縣(市)WPI值各要素圖

圖2 甘南、富裕、克山、克東、拜泉5縣WPI I值各要素圖

龍江縣E值較高，這是因?yàn)樵?010年的森林面積統(tǒng)計(jì)中，該縣森林覆蓋面積達(dá)90 500 hm2，高于其他縣(市)，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境環(huán)境相對(duì)完善。依安、克山、克東、拜泉縣在圖中所包含的區(qū)域較小，說(shuō)明其在水資源開(kāi)發(fā)利用方面與其他縣(市)相比有較大的差距，應(yīng)加強(qiáng)水資源優(yōu)化配置，搞好開(kāi)發(fā)利用，以水資源的可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展。

3 結(jié)論

1)水資源的短缺和污染等問(wèn)題目前已經(jīng)成為齊齊哈爾市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，更是實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。因此，認(rèn)清該區(qū)域的水資源狀況，評(píng)價(jià)該區(qū)域的水資源匱乏程度，可以為管理決策者對(duì)水資源的有效管理和合理利用提供一條有效的途徑。本文采用水資源匱乏指數(shù)評(píng)價(jià)齊齊哈爾市的水資源狀況，結(jié)果符合實(shí)際情況，表明該指數(shù)用于齊齊哈爾市水資源匱乏程度評(píng)價(jià)是可行的。

2)由齊齊哈爾市水資源匱乏程度計(jì)算結(jié)果可知，2010年市區(qū)的WPI值最大，處于安全級(jí)別范圍，水資源匱乏的可能性較小，這與城市輸配水管網(wǎng)、渠道配套工程程度較高，收入、教育普及率高等實(shí)際情況相符。克山、克東、拜泉縣等WPI值較小，說(shuō)明這些縣應(yīng)加強(qiáng)水資源合理開(kāi)發(fā)和優(yōu)化配置，以保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展。

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[3]劉東，趙清，白雪峰.水匱乏指數(shù)在區(qū)域水安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2009，28(04):55 －58.

[4]張翔，夏軍，賈紹鳳.水安全定義及其評(píng)價(jià)指數(shù)的應(yīng)用[J].資源科學(xué)，2005，27(03):145 －149.

[5]付強(qiáng).數(shù)據(jù)處理方法及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社，2006.