王 倩， 豐 飛

(1.吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院, 吉林 長春 130021; 2.國家開發(fā)銀行吉林省分行, 吉林 長春 130000)

水資源是人類社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中賴以生存的基礎(chǔ)性資源之一，是維護(hù)人類生存、發(fā)展必不可少的支撐性因素[1]。隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的愈發(fā)重視，水資源需求相比以往也有了較大變化。因此，不同時期水資源面臨的問題與認(rèn)知定位直接影響著水資源的開發(fā)利用方式、功能發(fā)揮、用水結(jié)構(gòu)和用水效益等。洪水是一種常見且造成巨大損失的自然災(zāi)害，其威脅之大，嚴(yán)重影響著人類生命財產(chǎn)安全[2]。然而對于中、小洪水來說，我們可以采取及時有效的工程及非工程措施積蓄洪水，并在缺水時實現(xiàn)蓄存洪水分配、調(diào)度和高效利用，維持地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展。

洪水資源是干旱缺水地區(qū)十分富貴的水資源。在生態(tài)環(huán)境建設(shè)被納入我國“五位一體”總體布局，全國環(huán)境保護(hù)大會順利召開和習(xí)近平總書記就環(huán)境保護(hù)發(fā)表重要講話等諸多背景下，生態(tài)水利工程、地下超采等問題已倍受關(guān)注。洪水資源的合理利用不但會創(chuàng)造直接的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益，更在社會效益的創(chuàng)造中扮演者重要的角色[3]。然而，由于洪水的非常規(guī)性、復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，使得洪水資源利用的效益和風(fēng)險并存，洪水資源的利用并未大范圍展開。如何評價洪水資源、界定洪水資源以及在不同產(chǎn)業(yè)合理配置洪水資源的也都存在著爭議，故評價洪水資源利用效益需要建立一套完整的評價體系。

本文界定了洪水資源利用的直接經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境效益及間接經(jīng)濟(jì)社會效益，并將白城市近些年來主要產(chǎn)業(yè)模式、門類及領(lǐng)域的效益納入其中，基于灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，確定洪水資源在不同類效益及各產(chǎn)業(yè)中所占比重，實現(xiàn)合理配置當(dāng)?shù)睾樗Y源，使得白城地區(qū)在對生態(tài)和社會干擾最小的基礎(chǔ)上獲取洪水資源的最大效益。

1 區(qū)域概況

白城市是“全國節(jié)水型井灌區(qū)建設(shè)試點城市”[4]，位于吉林省西北部(121°38′—124°22′E，44°13′—46°18′N)，嫩江平原以西，科爾沁草原以東地區(qū)。全市東西寬211 km，南北長230 km，總面積25 685 km2。地形多為平原，只在西北地區(qū)有低山丘陵，海拔120～280 m，土質(zhì)多為黑土、草甸土和沙壤土。白城是以糧食生產(chǎn)為主的農(nóng)牧業(yè)地區(qū)，是國家級大型商品糧基地[5-7]。白城地處我國干旱的內(nèi)陸過渡帶和濕潤東部季風(fēng)區(qū)，氣候?qū)俦睖貛Т箨懠撅L(fēng)氣候，年均降水分布不均，夏季降水占全年降水總量的70%以上，然而大多農(nóng)作物在春、秋季需水量多，降水與農(nóng)作物需水時間不一致，加劇了農(nóng)業(yè)缺水及干旱情況，形成了以地下水利用為主的用水現(xiàn)狀。隨著對地下水資源的嚴(yán)重依賴，白城市地下水位相對于10余年前下降了2 m以上，局部地區(qū)地下水位甚至達(dá)到了7 m以上，并且地下水污染日益劇烈，水資源浪費極其嚴(yán)重[6]，故而白城市急需尋求其他有效的水利資源。白城境內(nèi)有一江七河，汛期洪峰高，流量大，非汛期河道清水流量小，行洪期一般在每年的8—10月份，行洪期正值農(nóng)作物生產(chǎn)發(fā)育的需水期，因此特殊的地理條件更有利于進(jìn)行洪水資源利用，對洪水資源的優(yōu)化配置也愈顯重要，并且白城市現(xiàn)有水庫亦可為白城提供了現(xiàn)成的蓄洪資源[7]。

2 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析法(GRA)是灰色系統(tǒng)理論的一個重要方法，它以評價中各個因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用關(guān)聯(lián)度來描述各因素之間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小和順序?；疑P(guān)聯(lián)分析法與傳統(tǒng)評價方法相比，對數(shù)據(jù)的要求較低，計算量少，可同時對多個對象進(jìn)行評價，并向被評價對象反饋有效的信息?；疑P(guān)聯(lián)分析法亦可直觀的建立分析模型，使關(guān)系量化、序化、顯化，實現(xiàn)有參考，有測度的整體化比較[8]。

2.2 建立指標(biāo)體系

洪水資源利用效益的衡量依賴于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和生態(tài)環(huán)境改善等變化，換言之合理利用洪水資源，不但可以增加第一、第二產(chǎn)業(yè)收入，更可以改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。本文基于灰色關(guān)聯(lián)分析法，結(jié)合白城市的實際情況，分別從洪水資源利用所帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境效益和間接社會效益確定洪水資源效益，從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活及生態(tài)用水等多角度出發(fā)選定效益來源，建立效益指標(biāo)體系，具體詳見表1。

表1 洪水資源效益分類

2.3 研究方法

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對白城市洪水資源區(qū)域綜合效益進(jìn)行分析，確定洪水資源在各因素經(jīng)濟(jì)增長效益的比重，進(jìn)而對當(dāng)?shù)睾樗Y源配置提出有效方案。

2.3.1 數(shù)據(jù)及整理 根據(jù)所確定指標(biāo)體系，從《白城市年鑒》《白城市水資源公報》及相關(guān)資料文獻(xiàn)中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。采用市場價值法[9-10]、生產(chǎn)函數(shù)法[11]、替代費用法[12]、旅行費用法[13]及固定參數(shù)法[14]等不同算法確定指標(biāo)體系中各項效益值。設(shè)x1，x2，…，xn分別為以上n個因素指標(biāo)，反映各指標(biāo)時間序列變化分別為{z(t)，x1(t)，x2(t)，…，xn(t)}，t=1,2，…，m。其中z(t)為參考序列，其他為比較序列。

本文選取指標(biāo)體系的時間序列為2008—2017年，因本文是對白城市洪水資源進(jìn)行綜合效益分析，故以該區(qū)洪水資源總用量為參考序列，其他指標(biāo)為比較序列建立指標(biāo)體系，詳見表2。

表2 白城市洪水資源利用效益指標(biāo)體系構(gòu)成

2.3.2 數(shù)據(jù)無量綱化處理 由于不同指標(biāo)數(shù)據(jù)存在著數(shù)量級及極性的差異，所以需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理后進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。本次無量綱化方法采用均值化法。即：

(1)

2.3.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)計算 灰色關(guān)聯(lián)分析法[15-22]中的關(guān)聯(lián)性實際是指曲線間的幾何形狀差別，因此將以曲線的差值大小(即關(guān)聯(lián)系數(shù)Li(t))作為關(guān)聯(lián)度的衡量尺度。即：

(2)

式中：Δα(t)——比較數(shù)列與參考數(shù)列的絕對差，k——變異系數(shù)，一般選k=0.5。即：

Δα(t)=|Z(t)-Xi(t)|

(3)

Δmin——所有Δα(t)在各時刻的最小值，即：

(4)

Δmax——所有Δα(t)在各時刻的最大值，即：

(5)

2.3.4 關(guān)聯(lián)度的計算及排序 因為關(guān)聯(lián)系數(shù)的數(shù)據(jù)較多，為了便于比較分析，需要把分散的信息規(guī)整，采用取平均值的方法對各指標(biāo)中各時刻關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行集中統(tǒng)一處理。這個平均值即為每個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度ξ。即：

(6)

將n個比較數(shù)列指標(biāo)對同一參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)度依次排序，關(guān)聯(lián)度大則表明其在白城地區(qū)洪水資源對該項指標(biāo)的效益影響力大，結(jié)果如圖1所示。

注：1為促進(jìn)就業(yè)； 2文化科研效益； 3提高人口承載力； 4休閑旅游效益； 5水文調(diào)節(jié)效益； 6生物棲息地效益； 7大氣調(diào)節(jié)效益； 8凈化水質(zhì)效益； 9漁業(yè)生產(chǎn)； 10糧食生產(chǎn)； 11優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)； 12蘆葦生產(chǎn)； 13牧草生產(chǎn)

圖1白城市洪水資源與效益指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

3 結(jié)果分析

3.1 洪水資源對效益指標(biāo)的影響

以白城市洪水資源總用量為參考序列，其他效益指標(biāo)作為比較序列，從數(shù)值上看當(dāng)?shù)睾樗Y源利用對各效益指標(biāo)均有一定程度的促進(jìn)作用，效益的影響關(guān)聯(lián)度均在0.55以上。從圖1中可以看出，當(dāng)?shù)睾樗Y源利用在大氣調(diào)節(jié)及凈化水質(zhì)上的效益較高，影響關(guān)聯(lián)度在0.85以上，說明白城市目前的洪水資源利用效益以濕地、地下水庫等自然蓄存形式產(chǎn)生的效益為主，洪水資源更多以自然形式為環(huán)境及生態(tài)所利用；而在促進(jìn)就業(yè)、文化科研和漁業(yè)生產(chǎn)方面產(chǎn)生的效益相對較弱，影響關(guān)聯(lián)度低于0.70，這說明白城市在現(xiàn)有人工利用洪水資源的工程措施少，對促進(jìn)就業(yè)、文化科研及漁業(yè)生產(chǎn)所帶來的效益不明顯。

3.2 洪水資源對效益的影響

對效益指標(biāo)進(jìn)行效益來源統(tǒng)計分析，確定白城市洪水資源分別對該地區(qū)直接經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境效益及間接經(jīng)濟(jì)社會效益的影響程度。評價系數(shù)取對應(yīng)效益指標(biāo)和的平均值，對效益的綜合影響如圖2所示。洪水資源的有效利用對直接經(jīng)濟(jì)效益是較為明顯的，占全部效益的32%，而且直接經(jīng)濟(jì)效益是可以以收益的形式進(jìn)行反饋的，有效的利用洪水資源可從根本上解決當(dāng)?shù)厮Y源利用不合理，地下水超載等問題，反過來在很大程度上增加直接經(jīng)濟(jì)效益。對于社會經(jīng)濟(jì)效益來說，洪水資源的影響是不即時的，可能需要持續(xù)地長時間的洪水資源利用才能顯現(xiàn)。目前來說對當(dāng)?shù)氐暮樗Y源利用效益只占總效益的25%。但通過多年數(shù)據(jù)結(jié)合采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，可以有效預(yù)測分析洪水資源對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)合圖2不難看出，洪水資源在當(dāng)?shù)匦蓍e旅游業(yè)及人口承載力的提高上有一定的作用，有效開發(fā)利用當(dāng)?shù)睾樗Y源不僅解決了當(dāng)?shù)厝彼畣栴}，提高了人口承載力，更有效發(fā)展了旅游休閑產(chǎn)業(yè)和其它第三產(chǎn)業(yè)，增加了當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟(jì)收益。

白城市的洪水資源目前對生態(tài)環(huán)境效益影響最為明顯，占全部效益的43%。這是因為洪水資源能夠針對當(dāng)?shù)馗珊蛋敫珊档臍夂蛱攸c，有效的緩解決當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)狀缺水問題，從而提高生態(tài)環(huán)境上的效益產(chǎn)出，也在很大程度上增加了動、植物的效益產(chǎn)出。然而，上述分析仍然反映出，白城市目前的洪水資源沒有得到更加有效的利用，加之當(dāng)?shù)厝狈Υ笮蛥^(qū)域外引水和調(diào)水工程，效益大多局限在自然生態(tài)環(huán)境方面。所以，必須重視當(dāng)?shù)貎?nèi)部用水的轉(zhuǎn)化，增加針對性的工程及非工程措施將會在很大程度上增加洪水資源利用所帶來的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益，影響當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

圖2 白城市洪水資源對效益的影響

3.3 洪水資源對產(chǎn)業(yè)及環(huán)境的影響

為進(jìn)一步確定洪水資源對當(dāng)?shù)厝萎a(chǎn)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的影響，把效益指標(biāo)細(xì)化對應(yīng)到相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，計算效益指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和所占百分比，進(jìn)而得到洪水對白城不同產(chǎn)業(yè)的影響程度。需要指出的是，一個效益指標(biāo)往往關(guān)聯(lián)不止一個產(chǎn)業(yè)，如促進(jìn)就業(yè)就可以關(guān)聯(lián)到農(nóng)業(yè)、工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)(如圖3所示)。目前來說，白城市的洪水資源利用所帶來的效益更多是集中于生態(tài)環(huán)境本身，洪水資源對生態(tài)環(huán)境的影響是最為直接簡單的。相對來說，洪水資源利用為工業(yè)所帶來的效益就并不那么顯著了。白城洪水資源利用為三次產(chǎn)業(yè)及生態(tài)環(huán)境所帶來的效益比重，側(cè)面反映出當(dāng)?shù)睾樗Y源仍然具有很大程度的開發(fā)潛力，通過行之有效的工程及非工程措施積蓄洪水，逐步提高洪水資源利用效率是很有必要的。

圖3 白城市洪水資源對各產(chǎn)業(yè)及環(huán)境的影響程度

4 討 論

白城市境內(nèi)的嫩江、洮兒河等江河近10 a來水量流失嚴(yán)重，這些流失的水量絕大部分來源于汛期暴雨洪水。通過本文分析可以看出，白城市對洪水資源的開發(fā)難度并不大，利用水保工程、水庫攔河閘壩、自然洼地、人工湖泊和地下水庫等蓄水工程蓄攔洪水，減少洪水資源的流失，不但有效緩解白城市水資源短缺，更可以恢復(fù)河流、湖泊、洼地的水面景觀，改善居住環(huán)境，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。在不成災(zāi)的前提下，合理利用洪水資源是白城市未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個新途徑。白城地區(qū)有大中型水庫8座、小型水庫19座，對現(xiàn)有水庫的工作調(diào)度運用方式進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步開發(fā)水庫潛力，對現(xiàn)有水庫進(jìn)行加固改造建設(shè)，提高工程標(biāo)準(zhǔn)，對有條件的水庫庫容進(jìn)行擴(kuò)大，減少溢洪，科學(xué)調(diào)度，使白城境內(nèi)水庫充分發(fā)揮多年調(diào)節(jié)作用。白城境內(nèi)有自然湖泡百余個，可以利用天然湖泡的蓄水能力，將江河洪水引入，既節(jié)省投入，又能增加水資源，同時改善了白城市的生態(tài)環(huán)境。增加白城市的水利工程，沿河建設(shè)攔河閘，層層攔截，形成多道人工湖面，既美化環(huán)境，又補(bǔ)充了地下水，增加白城市的水資源總量。

5 結(jié)論及建議

灰色關(guān)聯(lián)分析法為有效利用和管理洪水資源，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和生態(tài)環(huán)境合理利用洪水資源提供了新的思路與評價方法。采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，從經(jīng)濟(jì)條件、社會狀況、生態(tài)環(huán)境和水資源狀況等方面識別適用于區(qū)域的效益指標(biāo)并構(gòu)成影響評估指標(biāo)體系，使研究區(qū)域在更大范圍上可定量估算洪水資源利用情況，能夠為未來的洪水資源利用配置提出相應(yīng)的規(guī)劃及理論依據(jù)。

吉林省西部白城地區(qū)洪水資源利用實踐表明，洪水資源利用在干旱半干旱地區(qū)市可行的，由于當(dāng)?shù)厮Y源短缺的日益加重，合理利用洪水資源對于當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會進(jìn)步及生態(tài)環(huán)境改善很有必要，效益極為可觀。目前白城市洪水資源對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生的效益較為顯著，而在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上影響不夠，如能合理評估洪水資源現(xiàn)狀、規(guī)劃洪水資源利用和分配，合理安排洪水資源利用工程及非工程措施，可使洪水資源帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，在最大程度解決當(dāng)?shù)厮Y源短缺的問題。