鄭德鳳,張　雨,魏秋蕊,孫才志

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連　116029)

基于可持續(xù)能力和協(xié)調(diào)狀態(tài)的水資源系統(tǒng)評價方法探討

鄭德鳳,張雨,魏秋蕊,孫才志

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連116029)

摘要：基于可持續(xù)理論、系統(tǒng)協(xié)調(diào)理論內(nèi)涵,從區(qū)域資源條件、生態(tài)環(huán)境、水資源開發(fā)利用水平及經(jīng)濟社會現(xiàn)狀要素相互耦合、共同支撐水資源系統(tǒng)的角度,應(yīng)用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR模型)構(gòu)建了區(qū)域水資源系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系,借鑒前人研究成果提出了水資源系統(tǒng)可持續(xù)度、協(xié)調(diào)度概念及其定量表征方法,在此基礎(chǔ)上提出水資源系統(tǒng)綜合評價方法,并結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)對2003—2013年遼寧省水資源安全形勢演進態(tài)勢進行實證分析。結(jié)果表明:①研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度呈整體上升趨勢,自然因素導(dǎo)致資源子系統(tǒng)可持續(xù)度變化不穩(wěn)定,其余3個子系統(tǒng)可持續(xù)度基本呈現(xiàn)逐年提升態(tài)勢;②研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度波動變化,是資源條件、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用水平和經(jīng)濟社會發(fā)展因素的耦合導(dǎo)致子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系不穩(wěn)定;③在研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)安全等級逐漸提高,安全態(tài)勢趨于好轉(zhuǎn)。未來,有關(guān)部門應(yīng)在加大自然資源和生態(tài)環(huán)境保護力度、提高水資源開發(fā)利用水平和促進區(qū)域經(jīng)濟與社會發(fā)展的基礎(chǔ)上,努力探索區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展和統(tǒng)一管理的新思路和新方法,將水資源納入?yún)^(qū)域可持續(xù)發(fā)展進行綜合管理和優(yōu)化配置,以期實現(xiàn)區(qū)域水資源系統(tǒng)和諧、可持續(xù)的發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：水資源系統(tǒng);可持續(xù)能力;協(xié)調(diào)狀態(tài);綜合評價;系統(tǒng)安全;遼寧省

可持續(xù)發(fā)展的核心問題是滿足人的需求,實現(xiàn)自然資源的可持續(xù)利用[1]。作為自然資源的重要組成部分,水資源的可持續(xù)利用問題一直是相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域聚焦的熱點[2]。受水資源稟賦和經(jīng)濟社會發(fā)展的階段性特征影響,中國局部地區(qū)面臨的水資源問題日益突出,水資源問題與能源問題、環(huán)境問題并列成為制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[3]。為此,國內(nèi)眾多學(xué)者圍繞水資源的可持續(xù)開發(fā)和利用開展了大量研究。在理論研究層面,關(guān)偉等[4-5]借鑒系統(tǒng)科學(xué)中的耦合概念,將水資源與經(jīng)濟社會的耦合理論應(yīng)用到區(qū)域發(fā)展評價體系之中;李翠梅等[6]提出水資源可持續(xù)發(fā)展公眾化概念,用評價公眾化水平來反映水資源可持續(xù)發(fā)展程度;陳寧等[7]把水資源開發(fā)利用、社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展能力結(jié)合起來,界定了水資源可持續(xù)發(fā)展概念,并建立評價指標(biāo)體系。在宏觀決策層面,姚榮等[8]基于區(qū)域水資源總量、可供水量、需水量和可利用量的數(shù)量關(guān)系,應(yīng)用水資源承載力、供水能力等評價了區(qū)域水資源可持續(xù)利用水平;劉恒等[9-13]從區(qū)域水資源稟賦、經(jīng)濟社會發(fā)展階段、水資源開發(fā)利用水平、科技文化發(fā)展水平的非均衡視角,基于水資源可持續(xù)管理理念分析了水資源可持續(xù)利用概念的內(nèi)涵及影響因素,提出針對水資源的攻擊性、社會需求和環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一性,建立因地制宜的水資源可持續(xù)評價指標(biāo)體系。在研究方法層面,國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用層次分析、集對分析、FAHP-PP、水足跡、模糊物元模型、可變模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、差值模型和主成分分析[14-22]等方法開展了廣泛研究,豐富了水資源可持續(xù)利用的評價方法。

以往研究多側(cè)重于水資源可持續(xù)概念內(nèi)涵與外延的闡述、可持續(xù)利用評價方法及評價指標(biāo)體系的構(gòu)建等,而從系統(tǒng)論的角度對水資源可持續(xù)發(fā)展階段的劃分及其演變規(guī)律、相關(guān)方法論的研究稍顯滯后。鑒于此,筆者擬從水資源受區(qū)域資源條件、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用水平及經(jīng)濟社會發(fā)展要素構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)支撐的視角,借鑒壓力(pressure)-狀態(tài)(state)-響應(yīng)(response)模型(PSR模型),構(gòu)建區(qū)域水資源系統(tǒng)評價指標(biāo)體系,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用主成分分析法、加權(quán)函數(shù)法及離差系數(shù)法,將可持續(xù)與協(xié)調(diào)發(fā)展內(nèi)涵納入系統(tǒng)安全概念,提出水資源系統(tǒng)的綜合評價方法,并結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù),以遼寧省水資源系統(tǒng)綜合評價為例進行實證分析,以期為豐富水資源的可持續(xù)評價工作提供參考和借鑒。

1研究方法

1.1基于可持續(xù)能力和協(xié)調(diào)狀態(tài)的水資源系統(tǒng)內(nèi)涵界定

作為一種寶貴資源,水所具有的自然屬性、經(jīng)濟屬性和社會屬性,使其功能更加多元化。水資源作為一種與人類發(fā)展聯(lián)系緊密的自然資源,其循環(huán)、利用與發(fā)展,除了受到資源本身和所處生態(tài)環(huán)境狀況的影響外,必然還受到人類活動的影響,人類經(jīng)濟、社會和科技的發(fā)展在一定程度上改變了水資源的發(fā)展?fàn)顩r。杜朝陽等[23]提出可持續(xù)水資源系統(tǒng)概念,將可持續(xù)水資源系統(tǒng)定義為以水資源系統(tǒng)為核心和紐帶,把社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)聯(lián)成一體,彼此相互依賴、相互作用,并在時間和空間上能夠持續(xù)演變的復(fù)雜系統(tǒng)。借鑒上述定義,筆者從一個地區(qū)資源條件、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用水平及經(jīng)濟社會發(fā)展要素相互耦合、共同支撐水資源發(fā)展的視角,將水資源系統(tǒng)定義為由若干子系統(tǒng)構(gòu)成的區(qū)域水資源系統(tǒng)。據(jù)此定義，水資源系統(tǒng)具有如下特點:系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的動力是水資源,核心是人類利用,生態(tài)環(huán)境和開發(fā)利用水平、經(jīng)濟社會要素分別為水資源系統(tǒng)的自然基礎(chǔ)和社會基礎(chǔ)。水資源系統(tǒng)是一個多目標(biāo)、多層次的非線性開放系統(tǒng),內(nèi)部機制越復(fù)雜的系統(tǒng)可持續(xù)性(穩(wěn)定性)和協(xié)調(diào)性越好,系統(tǒng)的主體是系統(tǒng)自身的可持續(xù)能力及子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)能力。

1.2水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的評價與表征方法

1.2.1水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的評價指標(biāo)體系

自然資源的可持續(xù)利用實質(zhì)是謀求資源永續(xù)利用、環(huán)境保護與經(jīng)濟增長、社會發(fā)展的協(xié)調(diào)一致[7]。根據(jù)對水資源系統(tǒng)內(nèi)涵的界定,將區(qū)域水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力評價分為自然資源條件(資源子系統(tǒng))、生態(tài)環(huán)境狀況(生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng))、水資源開發(fā)利用水平(開發(fā)利用子系統(tǒng))和經(jīng)濟社會發(fā)展(經(jīng)濟社會子系統(tǒng))4個方面。參考和借鑒有關(guān)領(lǐng)域的研究成果[9,23-28],基于PSR模型,考慮數(shù)據(jù)可得性,篩選出25項評價指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的評價指標(biāo)體系(表1)。表1中,正向、負(fù)向指標(biāo)分別指對于水資源可持續(xù)利用來說越大越優(yōu)和越小越優(yōu)的指標(biāo),適中型指標(biāo)則是數(shù)值需控制在一定范圍內(nèi)的指標(biāo)。

表1　水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力評價指標(biāo)體系

注:人口受教育程度=受小學(xué)教育人數(shù)×3+受中等教育人數(shù)×6+受普通高等教育人數(shù)×10。

1.2.2水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的表征方法

如表1所示,區(qū)域水資源系統(tǒng)的可持續(xù)能力受到自然資源條件、生態(tài)環(huán)境狀況、開發(fā)利用水平和經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐與制約。為此,借鑒度量可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)指標(biāo),引入可持續(xù)度作為表征區(qū)域水資源系統(tǒng)及其子系統(tǒng)可持續(xù)能力的指標(biāo),模型如下:

(1)

式中:Ri為支撐區(qū)域水資源系統(tǒng)的第i個子系統(tǒng)的可持續(xù)度(i=1, 2,3,4),分別對應(yīng)資源、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用、經(jīng)濟社會4個子系統(tǒng),即第i個子系統(tǒng)下各項指標(biāo)支撐該子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能力;Wi為第i個子系統(tǒng)的權(quán)重;D為區(qū)域水資源系統(tǒng)可持續(xù)度,表征由各個子系統(tǒng)支撐的水資源系統(tǒng)整體可持續(xù)能力,其值越大,表示水資源可持續(xù)能力越強,反之越小。

鑒于有關(guān)水資源和經(jīng)濟狀況各項數(shù)據(jù)之間不可避免地存在一定相關(guān)性,為減少指標(biāo)相關(guān)性的影響,引入主成分分析法,通過降維技術(shù)把多個變量化成少數(shù)幾個不相關(guān)的主成分,同時保留原始變量的絕大部分信息,因此子系統(tǒng)的可持續(xù)度數(shù)值用主成分分析分別在4個子系統(tǒng)的評價指標(biāo)中(表1)提取主成分,計算主成分得分獲取子系統(tǒng)的可持續(xù)度,其值越大,表明該子系統(tǒng)可持續(xù)能力越強,該子系統(tǒng)支撐系統(tǒng)整體可持續(xù)的貢獻越大,反之,則貢獻越小。

為使評價結(jié)果更直觀且便于比較,參考相關(guān)研究成果[29-30],基于水資源可持續(xù)度概念,提出水資源系統(tǒng)或子系統(tǒng)的可持續(xù)能力等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。表2中,從上向下依次表示水資源系統(tǒng)(子系統(tǒng))的可持續(xù)能力越來越高,對應(yīng)水資源系統(tǒng)的可持續(xù)狀態(tài)越來越好(從Ⅰ～Ⅴ級依次記得分Zd=1, 2, …,5,用于進行水資源系統(tǒng)綜合評價)。

表2　區(qū)域水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力評價與表征方法

水資源系統(tǒng)由自然資源條件、生態(tài)環(huán)境狀況、開發(fā)利用水平和經(jīng)濟社會要素等4方面構(gòu)成,只有4個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展、齊頭并進,才能使得水資源系統(tǒng)穩(wěn)健、可持續(xù)地發(fā)展,從而實現(xiàn)區(qū)域水資源的永續(xù)利用。參考文獻[31],筆者用水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度來評價各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,評價模型如下:

(2)

式中:S為4個子系統(tǒng)可持續(xù)度的標(biāo)準(zhǔn)差;M為4個子系統(tǒng)可持續(xù)度的平均值;C為水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。

C值越大,表明各子系統(tǒng)之間越均衡、系統(tǒng)整體發(fā)展越協(xié)調(diào)；反之,表明各子系統(tǒng)間發(fā)展越不均衡,水資源系統(tǒng)整體發(fā)展趨于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。同樣,基于評價結(jié)果的可視性和便于比較,將水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進行等級劃分,分為5個等級(表3),分別記得分Zc=1, 2, …, 5。

表3　區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4區(qū)域水資源系統(tǒng)的綜合評價方法

當(dāng)前人類發(fā)展面臨的重大需求之一,是實現(xiàn)區(qū)域水資源的安全、高效和持續(xù)利用,而進行水資源綜合管理的基礎(chǔ),是通過水資源系統(tǒng)綜合評價了解區(qū)域水資源的現(xiàn)狀。為此,從區(qū)域水資源系統(tǒng)安全的高度,將水資源系統(tǒng)的可持續(xù)度及協(xié)調(diào)度整合為水資源系統(tǒng)安全指標(biāo),據(jù)此進行綜合評價:水資源系統(tǒng)的可持續(xù)能力是實現(xiàn)區(qū)域水資源永續(xù)利用的前提和基礎(chǔ),足夠的資源量、良好的生態(tài)環(huán)境狀況、較高的科技與經(jīng)濟社會發(fā)展水平才能支撐起整個水資源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,缺少任何因素或因素條件不夠,水資源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展都無從談起;而系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力是區(qū)域水資源永續(xù)利用的根本保障,水資源供需平衡、經(jīng)濟社會發(fā)展與自然條件相匹配才能保證水資源系統(tǒng)發(fā)展是長遠的、可持續(xù)的。只有同時具有良好的可持續(xù)能力和協(xié)調(diào)狀況,區(qū)域水資源系統(tǒng)才可能處于安全狀態(tài)。水資源系統(tǒng)的綜合評價流程見圖1。

圖1　水資源系統(tǒng)綜合評價流程圖

若水資源系統(tǒng)的可持續(xù)度低于臨界可持續(xù)度,即可持續(xù)等級處于Ⅰ級和Ⅱ級(得分Zd<3),則表明水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力不足,區(qū)域的資源條件、生態(tài)環(huán)境狀況、水資源開發(fā)利用水平和經(jīng)濟社會發(fā)展水平不足以支撐水資源系統(tǒng)發(fā)展需要,將之界定為系統(tǒng)不安全狀態(tài)。只有水資源系統(tǒng)的可持續(xù)能力達到中等及以上水平才具備安全基礎(chǔ),進而需要對系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀況進行判斷:若系統(tǒng)協(xié)調(diào)度在臨界狀態(tài)之下(即協(xié)調(diào)度與可持續(xù)度的累積得分低于6),同樣將系統(tǒng)界定為不安全狀態(tài);只有綜合得分及格(累積得分≥6)才能將系統(tǒng)評價為安全狀態(tài)。為增強綜合評價結(jié)果的可操作性,將評價結(jié)果進一步細化:將水資源系統(tǒng)安全等級劃分為5級,設(shè)定綜合得分Z的范圍在1～10之間(Z=Zd+Zc)。劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4　水資源系統(tǒng)綜合評價等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

2實證分析

2.1研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

遼寧省土地面積14.8萬km2,遼西、遼東兩側(cè)為山地丘陵,中部為遼河平原。遼寧地處歐亞大陸東岸中緯度地區(qū),屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降水量為600～1 000 mm,雨量時空分布不均,年均水資源總量約為286.7億m3。遼寧水系(主要由遼河、渾河、太子河、大小凌河、繞陽河及鴨綠江組成)流量年際年內(nèi)分配不均,水資源安全形勢不容樂觀。遼寧省是我國發(fā)展?jié)摿^大的商品糧基地,是農(nóng)業(yè)大省,對水資源需求較大。同時作為中國重要的老工業(yè)基地,遼寧省工業(yè)門類較為齊全,但水資源供需矛盾十分突出。遼寧也是我國較早實行對外開放的沿海省份之一,第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達,對水資源需求較高。有鑒于此,筆者基于前述水資源系統(tǒng)綜合評價方法對2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)的演進態(tài)勢進行綜合評價。

有關(guān)數(shù)據(jù)來源說明如下:原始數(shù)據(jù)主要取自相關(guān)年份中國統(tǒng)計出版社的遼寧省統(tǒng)計年鑒、遼寧省

環(huán)境狀況公報[32]、遼寧省水資源公報[33]和遼寧省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報[34]等,缺失數(shù)據(jù)應(yīng)用線性插值法計算得出。

2.2遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力評價與分析

2.2.1子系統(tǒng)可持續(xù)能力計算結(jié)果分析

依據(jù)主成分分析法及有關(guān)數(shù)據(jù),計算2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)4個子系統(tǒng)的可持續(xù)度(圖2),結(jié)果表明在整個研究時段內(nèi),資源子系統(tǒng)的可持續(xù)度波動變化較大,生態(tài)環(huán)境、開發(fā)利用和經(jīng)濟社會3個子系統(tǒng)的可持續(xù)度變化波動不大。

圖2　2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)各子系統(tǒng)可持續(xù)度對比

資源子系統(tǒng)可持續(xù)度主要受區(qū)域氣候條件的隨機變化影響,在2005、2009、2010、2012和2013年都呈現(xiàn)明顯波動;2009年自然資源條件可持續(xù)度明顯低于其他時段,主要受該年降水量較少的影響,2009年遼寧省經(jīng)歷了干旱少雨的天氣,降水量也比其他年份少,因而對地表水和地下水水量等造成嚴(yán)重影響,導(dǎo)致2009年自然資源條件可持續(xù)度偏低;而2005、2010、2012和2013年自然資源條件可持續(xù)度偏高,是因為該時段內(nèi)降水量明顯多于其他年份,尤其是在2010年和2012年降水量分別達到966 mm和866 mm,水資源總量較大;2003—2004年、2006—2008年和2011年屬于遼寧省年均降水量正常年份,資源子系統(tǒng)可持續(xù)度較為一致。為體現(xiàn)年均降水量對資源子系統(tǒng)可持續(xù)性的影響,制作遼寧省年均降水量與資源子系統(tǒng)可持續(xù)度的關(guān)系圖,見圖3。圖3顯示遼寧省2003—2013年資源子系統(tǒng)可持續(xù)度與年均降水量有較大關(guān)系,呈現(xiàn)相似波動趨勢,說明年均降水量對區(qū)域資源條件有較大影響。兼顧其他指標(biāo)的影響,資源子系統(tǒng)可持續(xù)度的波動較年均降水量的波動有所加重。由此可見,資源子系統(tǒng)可持續(xù)度受區(qū)域自然條件影響較大,遼寧省水資源條件先天并無優(yōu)勢,因此,相關(guān)部門在水資源規(guī)劃管理上的努力尤其重要。

圖3　2003—2013年遼寧省資源子系統(tǒng)可持續(xù)度與年均降水量對比

生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、開發(fā)利用子系統(tǒng)和經(jīng)濟社會子系統(tǒng)的可持續(xù)度總體上呈現(xiàn)隨時間而增加的趨勢,體現(xiàn)了隨著科技水平和經(jīng)濟社會的進步,人們對生態(tài)環(huán)境保護的意識越來越好,生態(tài)環(huán)境保護能力和力度都有所提高,對水資源的開發(fā)利用水平也起到促進作用,如污水處理率逐年提高,居民生活用水綜合定額和生產(chǎn)用水綜合定額隨人們節(jié)水意識的增強和節(jié)水設(shè)施的完善而逐漸減少,水資源利用效率提高,相應(yīng)的子系統(tǒng)可持續(xù)度基本呈現(xiàn)隨時間而增加的態(tài)勢。

2.2.2水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力結(jié)果分析

依據(jù)式(1)及有關(guān)數(shù)據(jù)計算4個子系統(tǒng)的權(quán)重,分別計算其主觀權(quán)重和客觀權(quán)重,然后再加權(quán)平均。主觀權(quán)重由層次分析法得出,向量為w1=[0.195, 0.138, 0.391,0.276]T,客觀權(quán)重由主成分分析方法提取的成分得分系數(shù)得出,向量為w2=[0.206, 0.215, 0.292,0.287]T,據(jù)此得出綜合權(quán)重向量為W=[0.201, 0.177, 0.341,0.282]T。利用表2的標(biāo)準(zhǔn)進行等級劃分和階段評價,得出2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的評價結(jié)果,見圖4。

圖4　2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度變化趨勢

圖4顯示，2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力整體呈增強趨勢,除2010年為突出點外,2003—2010年和2011—2013年可持續(xù)度都持續(xù)上升。對比各子系統(tǒng)可持續(xù)度的變化趨勢(圖2)，可知研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力整體增強，短期波動的主要貢獻因素來自生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、開發(fā)利用子系統(tǒng)、經(jīng)濟社會子系統(tǒng),負(fù)面因素主要來自資源子系統(tǒng)可持續(xù)度的波動變化:2010年研究區(qū)降水量陡增至966 mm,達到11年來的最大值,使資源子系統(tǒng)的貢獻超過研究時段內(nèi)其他子系統(tǒng)的正面貢獻。結(jié)合數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn),2012年遼寧省降水量也處于較高水平,因此資源子系統(tǒng)的可持續(xù)度也比較高,但同時也受到開發(fā)利用子系統(tǒng)中水利科研經(jīng)費減少的影響。

2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力的級別及其狀態(tài)表現(xiàn)為:2003—2004處于Ⅰ級、強不可持續(xù)狀態(tài);2005—2007年處于Ⅱ級、弱不可持續(xù)狀態(tài);2008—2009年處于Ⅲ級、臨界可持續(xù)狀態(tài);2010—2011年處于Ⅳ級、弱可持續(xù)狀態(tài);2012—2013年處于Ⅴ級、強可持續(xù)狀態(tài)。

表5　2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)綜合評價結(jié)果

注:表中“—”表示水資源系統(tǒng)可持續(xù)度過低,無需計算其協(xié)調(diào)能力。

2.3遼寧省水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)分析

2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)各個子系統(tǒng)可持續(xù)度見圖5。從圖5可以看出:同一年內(nèi)各個子系統(tǒng)狀態(tài)參差不齊、差別較大,并未呈現(xiàn)共同發(fā)展、齊頭并進的態(tài)勢,因此有必要對各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀況進行評價。利用式(2)及有關(guān)數(shù)據(jù)計算2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度,結(jié)合表3對2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進行對比,結(jié)果見圖6。

圖5　2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)各子系統(tǒng)可持續(xù)度對比

圖6　2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度對比

與水資源可持續(xù)能力級別及可持續(xù)狀態(tài)的“短期波動、長期增強”態(tài)勢不同,遼寧省水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)與級別整體呈無序狀態(tài),具體可劃分為4種情況:2003—2004年各子系統(tǒng)可持續(xù)度較低,并且差別較大,整體處于Ⅰ級、不協(xié)調(diào)狀態(tài);2009年各子系統(tǒng)可持續(xù)度有所提高,但資源子系統(tǒng)與其他3個子系統(tǒng)相比,差距較大,處于Ⅱ級、較不協(xié)調(diào)狀態(tài);而2005—2008年各子系統(tǒng)的可持續(xù)度均在0.2之上,并且4個子系統(tǒng)之間的差距較小,系統(tǒng)處于Ⅲ級、臨界協(xié)調(diào)狀態(tài),2011年資源子系統(tǒng)可持續(xù)度落后于其他3個子系統(tǒng)可持續(xù)度較多,因此系統(tǒng)也處于Ⅲ級、臨界協(xié)調(diào)狀態(tài);2010年各子系統(tǒng)差距較小,系統(tǒng)處于Ⅳ級、比較協(xié)調(diào)狀態(tài);2012—2013年各子系統(tǒng)可持續(xù)度高,子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)度的差距也小,相互契合、協(xié)調(diào)有度,系統(tǒng)處于Ⅴ級、協(xié)調(diào)狀態(tài)。

2.4遼寧省水資源系統(tǒng)綜合評價結(jié)果分析

按照遼寧省各年份水資源系統(tǒng)可持續(xù)能力得分Zd與協(xié)調(diào)能力得分Zc,計算水資源系統(tǒng)綜合得分Z,應(yīng)用圖1所示流程計算遼寧省水資源系統(tǒng)的綜合評分,再依據(jù)表4所示的綜合評價等級和狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn),得到2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)的綜合評價結(jié)果(表5)。

表5顯示:由于2003—2007年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度均低于中等水平,在一定程度上約束了經(jīng)濟社會發(fā)展,因此處于Ⅰ級,不安全狀態(tài);2009年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度達到臨界狀態(tài),但是協(xié)調(diào)狀態(tài)處于比較不協(xié)調(diào),綜合評價得分低于6分,同樣處于Ⅰ級,不安全狀態(tài)。2008—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度處于或高于中等水平,系統(tǒng)可持續(xù)能力提高,結(jié)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的評價得分,綜合評價結(jié)果為:2008年遼寧省水資源系統(tǒng)綜合評價等級為Ⅱ級,處于臨界安全狀態(tài);2011年為Ⅲ級、比較安全狀態(tài);2010年為Ⅳ級、安全狀態(tài);2012—2013年為Ⅴ級,極安全狀態(tài)。整體來看,遼寧省水資源系統(tǒng)安全級別逐漸提高,2009年出現(xiàn)波動,主要是協(xié)調(diào)度低于相鄰年份。由此可見,子系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)對整個水資源系統(tǒng)狀態(tài)亦有重要影響。

3結(jié)論與討論

水資源系統(tǒng)由區(qū)域自然資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會發(fā)展等諸多要素相互耦合構(gòu)成,同時受到人類開發(fā)利用水平的綜合影響,其內(nèi)部機制越復(fù)雜、系統(tǒng)越穩(wěn)定。水資源系統(tǒng)綜合狀態(tài)受系統(tǒng)可持續(xù)能力和系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力的共同影響。本文從區(qū)域資源條件、生態(tài)環(huán)境狀況、水資源開發(fā)利用水平和經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源相輔相成的角度,界定了水資源系統(tǒng)概念,并基于可持續(xù)理論及系統(tǒng)協(xié)調(diào)理論,提出了區(qū)域水資源系統(tǒng)綜合評價方法,通過對2003—2013年遼寧省水資源系統(tǒng)綜合評價進行實證分析,得到以下幾點結(jié)論:

a. 研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)可持續(xù)度總體呈增強趨勢,2010年受年內(nèi)降水因素影響,系統(tǒng)可持續(xù)能力突出增高;其他時段水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度呈無序狀態(tài),2005—2008年及2010—2013年兩個時段的系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)較好,其余年份系統(tǒng)整體不協(xié)調(diào);研究時段內(nèi)遼寧省水資源系統(tǒng)安全態(tài)勢趨于好轉(zhuǎn),近年來綜合評價等級提高。

b. 近年來遼寧省水資源開發(fā)、利用與用水保障工作績效明顯,但有關(guān)部門應(yīng)更加注重水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài),以水資源的永續(xù)利用為目標(biāo),結(jié)合本地區(qū)的實際情況,因地制宜地確定水資源綜合管理方案,逐步增強水資源系統(tǒng)的可持續(xù)能力及協(xié)調(diào)能力,因為只有各子系統(tǒng)良性互動,才能促使水資源系統(tǒng)穩(wěn)定。

水資源系統(tǒng)是一個開放的復(fù)雜系統(tǒng),系統(tǒng)狀態(tài)受人類活動與自然狀況的雙重影響。加強流域生態(tài)環(huán)境的保護力度、提高水資源開發(fā)利用水平、促進經(jīng)濟社會健康穩(wěn)定發(fā)展,能夠在一定程度上彌補區(qū)域水資源稟賦的先天不足。通過人為手段改善區(qū)域水資源系統(tǒng)的可持續(xù)能力及系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力,可滿足人類生存和發(fā)展的需求。筆者借鑒前人研究成果,從系統(tǒng)協(xié)調(diào)理論與可持續(xù)理論相結(jié)合的視角確定水資源綜合評價方案,評價結(jié)果在某種程度上具有可視性、可操作性,便于在不同時空尺度推廣應(yīng)用。需要指出的是,限于原始數(shù)據(jù)的可得性,并基于評價結(jié)果的可靠性,筆者僅從4個方面、25個指標(biāo)探討11年內(nèi)的遼寧省水資源系統(tǒng)演進態(tài)勢。今后有必要延長時間序列,并從空間角度對綜合評價方案進行實證分析和改進,以期進一步提高評價過程的科學(xué)性，增強評價結(jié)果的可靠性。

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Study of method for evaluation of water resources system based on sustainability and coordinated condition

ZHENG Defeng, ZHANG Yu, WEI Qiurui, SUN Caizhi

(SchoolofUrbanandEnvironmentalSciences,LiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China)

Abstract：Based on the implications of sustainable development and the system coordination theories, and from the perspectives of regional resources, the ecological environment, the level of water resources development and utilization, and economic-social development coupling of joint support for the water resources system, we used the pressure-state-response (PSR) model to establish a comprehensive evaluation index system for regional water resources. With reference to previous studies, we put forward the concepts of the sustainable degree and coordinated degree of regional water resources systems and a method for quantitative characterization. On this basis, we propose a comprehensive evaluation method for water resources systems. We carried out an empirical analysis of the security of water resources in Liaoning Province during the period from 2003 to 2013 according to related data. The results are as follows: (1) During the study period, the sustainable degree of the water resources system in Liaoning Province exhibited a rising trend on the whole. The sustainable degree of the resources sub-system showed an unsteady change due to natural factors, and those of the other three sub-systems showed an increasing trend year by year. (2) The coordinated degree of the water resources system of Liaoning Province fluctuated during the study period. The regional resources, ecological environment, level of water resources development and utilization, and economic-social development coupling led to an unstable coordinated relation between the sub-systems. (3) The security level of the water resources system of Liaoning Province increased gradually during the study period, and the security state improved as well. In the future, relevant departments should strengthen the protection of natural resources and the eco-environment, improve the level of water resources exploitation and utilization, and promote regional economic and social development. Besides, exploring new thoughts and methods for coordinated development and unified management of water resources, and involving water resources in regional sustainable development for comprehensive management and optimizing allocation may help to achieve the goal of coordinated and sustainable development of the regional water resources system.

Key words：water resources system; sustainability; coordinated condition; comprehensive evaluation; system security; Liaoning Province

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.005

基金項目:遼寧省教育廳人文社會科學(xué)研究基地項目(ZJ2014034);遼寧省社科聯(lián)遼寧經(jīng)濟社會發(fā)展立項課題(2016lslktzixxjc-11);教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金(14YJAZH112)

作者簡介:鄭德鳳(1970—),女,副教授,博士,主要從事水資源評價與管理、資源與環(huán)境經(jīng)濟研究。E-mail: defengzheng@lnnu.edu.cn

中圖分類號：TV213.4

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)03-0024-09

(收稿日期：2015-05-27編輯：彭桃英)