賈正茂，趙新磊，崔長勇

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司)

1 概論

水資源是稀缺有限的，如何高效科學(xué)地利用水資源，將有限的水資源合理地配置給不同用戶，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。在水資源配置研究方面，國際上研發(fā)了一系列水資源配置模型，如MIKEBASIN、Waterware、IQQM 等。中國有關(guān)水資源配置的研究，經(jīng)歷了單一水源工程配置、基于宏觀經(jīng)濟的區(qū)域水資源配置、面向生態(tài)的水資源配置階段、面向全屬性功能的水資源配置4 個階段。水資源配置的核心是結(jié)合國家發(fā)展目標和社會需求，促進經(jīng)濟發(fā)展與資源、生態(tài)、環(huán)境相協(xié)調(diào)，以水資源的可持續(xù)利用促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

2 水資源配置決策方法

2.1 理論基礎(chǔ)

20 世紀末Grossman 等提出了環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC），成為研究經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)關(guān)系的經(jīng)典理論?；诃h(huán)境庫茲涅茨曲線，很多學(xué)者研究了經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)系，然而該曲線不能全面反映經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境的問題，還需要建立經(jīng)濟發(fā)展綜合評價指標系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境綜合評價指標系統(tǒng)。

耦合理論可以用來描述兩個或者兩個以上系統(tǒng)之間相互作用的影響程度，然而耦合度可以顯示各系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)作用的強弱，不能顯示系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)水平。通過耦合度可以進一步計算出系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度，清晰地反映出系統(tǒng)之間相互作用、相互影響的協(xié)調(diào)水平，能夠判斷出系統(tǒng)之間是否和諧發(fā)展，稱之為協(xié)調(diào)度。協(xié)調(diào)度是指在相同的時間段內(nèi)不同地區(qū)或同一地區(qū)不同的時間點內(nèi)，各要素相互影響、相互配合程度的定量描述。協(xié)調(diào)度是一個不斷變化的概念，表現(xiàn)為某一狀態(tài)的值，是對系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展狀況的最終判斷。一些學(xué)者引入?yún)f(xié)調(diào)均衡原理，對水資源與其它子系統(tǒng)間的內(nèi)部關(guān)系進行了研究，并提出了優(yōu)化方案。

2.2 面向水資源配置的三系統(tǒng)指標評價體系構(gòu)建

過去對水資源配置技術(shù)評價，多以追求缺水率最小，或用水效率最高為目標，對經(jīng)濟社會、資源社會經(jīng)濟、資源稟賦、生態(tài)環(huán)境各系統(tǒng)的特點考慮較少。本次研究遵循相關(guān)性、全面性、科學(xué)性、可比性、適用性、可操作性等原則，從水資源科學(xué)配置的目的出發(fā)，構(gòu)建基于社會-資源-生態(tài)三系統(tǒng)綜合考量的指標評價體系見表1。經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)從經(jīng)濟水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)兩個方面挑選，共提出人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)比重3個指標；資源稟賦系統(tǒng)從水資源、綠地資源方面挑選，共提出人均水資源量、人均供水量、人均綠化面積3個指標；生態(tài)環(huán)境主要從污染物排放出發(fā)，提出人均廢污水入河量、人均氨氮入河量、人均COD入河量3個指標。指標屬性為正，表示該指標越大對子系統(tǒng)越好，反之，指標屬性為負，表示該指標越小對子系統(tǒng)越好。

表1 社會-資源-生態(tài)指標評價體系表

2.3 社會-資源-生態(tài)協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建

通過分析評價體系中9項評價指標2005-2014年的變化趨勢，采用信息熵的方法計算得到社會-經(jīng)濟-生態(tài)各系統(tǒng)內(nèi)部指標的單項權(quán)重αsoc，i、αres，i、αeco，i。由于各評價指標單位不同，正負屬性不同，對各指標進行標準化處理。按照公式（1）計算社會經(jīng)濟系統(tǒng)綜合評價得分：

式（1）中：Xsoc表示社會經(jīng)濟系統(tǒng)綜合評價得分；αsoci表示社會經(jīng)濟系統(tǒng)中各指標的權(quán)重，αsoc1+αsoc2+αsoc3=1。資源稟賦系統(tǒng)綜合評價得分Xres、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合評價得分Xeco可以參考此公式得到。

文章借用物理學(xué)的容量耦合概念和模型，提出耦合度：

式（2）中：C3表示三系統(tǒng)耦合度；Xsoc、Xres、Xeco分別表示社會經(jīng)濟、資源稟賦、生態(tài)環(huán)境每個系統(tǒng)的綜合評價得分。耦合度Cn的取值范圍為［0，1］，耦合度值越大，表示三系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性越好，值越小，說明越不關(guān)聯(lián)。

計算出耦合度后，可以計算三系統(tǒng)綜合發(fā)展得分，能反映社會經(jīng)濟、資源稟賦、生態(tài)環(huán)境的整體效應(yīng)和貢獻：

式（3）中：T3表示三系統(tǒng)綜合發(fā)展得分；βi表示三系統(tǒng)之間的權(quán)重系數(shù)，計算方法有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。文章認為社會經(jīng)濟、資源稟賦、生態(tài)環(huán)境三系統(tǒng)之間的貢獻值是相同的，所以取等值權(quán)重即β1=β2=β3=1/3。

通過耦合，得到三系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度：

式（4）中：D3表示三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度；C3表示三系統(tǒng)耦合度；T3表示三系統(tǒng)綜合發(fā)展得分。

按照三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的大小，可將三系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀況分為五個等級階段，如表2。

表2 三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評價標準表

3 實例研究

3.1 研究區(qū)概況

駐馬店市下轄1區(qū)8縣，總面積13 633 km2，1956-2014年多年平均水資源總量451 323萬m3，其中地表水資源量341 571萬m3。

水資源供需矛盾日益突出，隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加快和國家糧食安全保障需要，水資源需求不斷上升，基準年（2014年）缺水量9 607萬m3，缺水率達9.80%。供水結(jié)構(gòu)不合理，近6 a平均地下水供水量占總供水量的比例高達78%左右。水質(zhì)狀況不容樂觀，據(jù)2014年監(jiān)測資料，除了汝河上游、臻頭河上游、泌陽河等河段水質(zhì)良好，水質(zhì)達到Ⅲ類或優(yōu)于Ⅲ類標準外，其他大部分河流河段水質(zhì)都低于Ⅲ類標準，其中Ⅴ類和劣Ⅴ類的河流河段占了約50%。

3.2 結(jié)果分析

駐馬店市國民經(jīng)濟發(fā)展總需水量2020年為125 891萬m3，2030 年為149 184 萬m3，16 a 凈增了50 737 萬m3，年增長率為2.60%。采用傳統(tǒng)水資源配置網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建駐馬店市水資源供需平衡計算節(jié)點圖。以各節(jié)點為單位，以1956-2014年59 a系列逐月為時限輸入水資源評價數(shù)據(jù)。供水優(yōu)先序設(shè)置方面，優(yōu)先考慮城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村人畜、河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水，工業(yè)用水次之，農(nóng)業(yè)灌溉及河道外生態(tài)最后滿足。

對比各水平年駐馬店各縣區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展情況，如圖1，可知，現(xiàn)狀2014年各縣區(qū)三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度在0.41～0.52之間，只能達到中級協(xié)調(diào)發(fā)展水平；現(xiàn)狀年各縣區(qū)中上蔡縣協(xié)調(diào)度最小為0.41，驛城區(qū)、泌陽縣最大，均為0.52；主要原因是上蔡縣人均GDP最小，只有1.57萬元/人，驛城區(qū)人均GDP最高，為2.82萬元/人，泌陽縣的人均GDP、人均水資源量、人均供水量各項指標均較高。

2020 年通過合理調(diào)配各行業(yè)配置水量，各縣區(qū)協(xié)調(diào)度明顯提高，協(xié)調(diào)度高達0.80～0.83 之間，相比現(xiàn)狀2014 年提高0.28～0.39，各縣區(qū)均達到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求；2020 年各縣區(qū)中協(xié)調(diào)度提高值最小的為驛城區(qū)，由現(xiàn)狀年0.52 提高至0.80，提高了0.28，協(xié)調(diào)度提高值最大的為上蔡縣，由現(xiàn)狀年0.41 提高至0.80，提高了0.39；主要原因是驛城區(qū)2020 年人口大幅度增加，增加了40.89萬人，各項人均指標提高幅度十分有限，上蔡縣由于現(xiàn)狀協(xié)調(diào)度最低，2020年通過提速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、增加供水量、減少排污量等措施，協(xié)調(diào)度大幅度增加。

表3 2020年水資源配置成果表

表4 2030年水資源配置成果表

圖1 不同水平年協(xié)調(diào)度情況圖

2030 年通過繼續(xù)的科學(xué)調(diào)配水量，各縣區(qū)協(xié)調(diào)度繼續(xù)提高至0.81～0.92 之間，相比2020 年提高程度達到0.01～0.12，各縣區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展水平進一步調(diào)高；2030 年各縣區(qū)中驛城區(qū)協(xié)調(diào)度最大為0.92，主要原因是驛城區(qū)作為駐馬店市的經(jīng)濟、政治、文化中心，各項指標增長幅度較大。

4 結(jié)語

①文章引入了社會-資源-生態(tài)協(xié)調(diào)均衡理論，從水資源科學(xué)配置的目的出發(fā)，提出了一套面向水資源配置的三系統(tǒng)指標評價體系，構(gòu)建了三系統(tǒng)均衡協(xié)調(diào)度模型。并以駐馬店市為研究實例，通過協(xié)調(diào)均衡水資源配置決策，得出2020年水平駐馬店市配置河道外供水量118 714萬m3，三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度可達到0.81，2030年水平配置河道外供水量139 654萬m3，三系統(tǒng)協(xié)調(diào)度可達到0.86。文章以實現(xiàn)水資源的協(xié)調(diào)均衡為配置目標，更新了傳統(tǒng)的水資源配置思路，可為今后開展水資源規(guī)劃配置工作提供參考和借鑒。②建議進一步尋找更廣泛、代表性好、敏感度高的指標，根據(jù)水資源協(xié)調(diào)均衡配置特點，進一步研究各指標賦權(quán)方法技術(shù)。