徐翔宇,酈建強(qiáng),金菊良,陳 磊,董 濤,陳夢(mèng)璐,張浩宇

(1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京 100120; 2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;3.合肥工業(yè)大學(xué)水資源與環(huán)境系統(tǒng)工程研究所,安徽 合肥 230009;4. 安徽省(水利部淮河水利委員會(huì))水利科學(xué)研究院水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230088)

水資源是維持區(qū)域社會(huì)穩(wěn)定、保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)和維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要自然資源,承載力是一個(gè)物理概念，指物體在不產(chǎn)生任何破壞時(shí)所能承受的最大負(fù)荷[1]。水資源承載力是承載力概念在水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)所組成的復(fù)合系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)。水資源承載力的研究最早可追溯到20世紀(jì) 70 年代,國(guó)際相關(guān)組織針對(duì)資源匱乏國(guó)家的土地、水等資源的承載力進(jìn)行相關(guān)研究,并提出了水資源承載力的相關(guān)概念[2]。國(guó)內(nèi),施雅風(fēng)等[3]最早明確提出水資源承載力概念,隨后有關(guān)水資源承載力的研究取得了許多成果[4-11]。

水資源承載力評(píng)價(jià)是結(jié)合相關(guān)定性概念和評(píng)價(jià)模型定量化地判斷區(qū)域水資源的承載狀態(tài),它是水資源承載力預(yù)警的重要組成部分,其評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)優(yōu)化區(qū)域水資源配置和促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等方面具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。當(dāng)前,水資源承載力的評(píng)價(jià)方法主要有綜合評(píng)價(jià)方法[12-16]、系統(tǒng)分析方法[17-21]和經(jīng)驗(yàn)公式方法[22]等。王建華等[1]在研究水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境3大系統(tǒng)相互關(guān)系的基礎(chǔ)上,從量-質(zhì)-域-流4個(gè)維度出發(fā)賦予水資源承載力新的內(nèi)涵,是研究水資源承載力的一次有益探索。目前,從量-質(zhì)-域-流4個(gè)維度評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力尚存在一些難點(diǎn),其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何同時(shí)考慮四要素的評(píng)價(jià)結(jié)果以得到水資源承載狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)前,解決上述問(wèn)題一般采用短板法[22]或加權(quán)和綜合法[23]。短板法取各要素中最差的評(píng)價(jià)結(jié)果作為最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,這種極端的取值往往造成水資源承載力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與區(qū)域水資源實(shí)際承載狀況有較大的偏差。加權(quán)和綜合法則是將四要素的評(píng)價(jià)結(jié)果通過(guò)加權(quán)綜合得到最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。這種加權(quán)的方法屬于黑箱方法,一方面忽略了水資源承載過(guò)程的物理含義,使得綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程缺乏物理解釋性,另一方面在計(jì)算四要素權(quán)重時(shí)存在一定的模糊性和隨機(jī)性,導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)結(jié)果具有較大的不確定性。風(fēng)險(xiǎn)矩陣是一種定性與定量相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法,用于多要素的合成時(shí)可充分考慮各合成要素提供的信息,根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合過(guò)程通過(guò)修正風(fēng)險(xiǎn)矩陣的合成規(guī)則達(dá)到綜合評(píng)價(jià)的目的,具有適用性廣、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。風(fēng)險(xiǎn)矩陣已在區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)中得到初步應(yīng)用[24-25],初步驗(yàn)證了其綜合評(píng)價(jià)過(guò)程具有物理解釋性這一特點(diǎn)。鑒于此,本文將風(fēng)險(xiǎn)矩陣應(yīng)用于水資源承載力的量-質(zhì)-域-流四要素評(píng)價(jià)結(jié)果的綜合評(píng)判,得到區(qū)域水資源承載力綜合評(píng)價(jià)的最終結(jié)果,構(gòu)建基于量-質(zhì)-域-流四要素和風(fēng)險(xiǎn)矩陣的水資源承載力綜合評(píng)價(jià)模型(evaluation model of water resources carrying capacity based on water quantity-water quality-water space-stream flow four elements and risk matrix, QQSS-RM),并在西遼河流域進(jìn)行實(shí)證分析研究。

1 基于四要素和風(fēng)險(xiǎn)矩陣的水資源承載力評(píng)價(jià)模型

構(gòu)建區(qū)域水資源承載力QQSS-RM評(píng)價(jià)模型的思路是采用綜合評(píng)價(jià)的方法得到量-質(zhì)-域-流四要素的水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí),通過(guò)分析四要素的內(nèi)在含義,先用風(fēng)險(xiǎn)矩陣分別將水域、水流要素作為水量、水質(zhì)要素的修正要素考慮水量-水域(水質(zhì)-水流)二要素綜合后的承載力評(píng)價(jià)等級(jí),再用風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合水量-水域雙要素和水質(zhì)-水流雙要素的評(píng)價(jià)等級(jí),最終得到區(qū)域水資源承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.1 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

受區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)對(duì)象時(shí)空差異等客觀因素的影響,建立合適的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系一直以來(lái)都是水資源承載力評(píng)價(jià)研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn),本文參考相關(guān)文獻(xiàn)分別選取量-質(zhì)-域-流四要素以及各要素子系統(tǒng)中包含的評(píng)價(jià)指標(biāo),建立區(qū)域水資源承載力初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[26-28]。評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)集記為{xhgk|h=1,2,…,H;g=1,2,…,G;k=1,2,…,ng},其中H、G(G=4)和ng分別為評(píng)價(jià)樣本的總數(shù)、要素子系統(tǒng)的總數(shù)和第g要素中評(píng)價(jià)指標(biāo)總數(shù)。

1.2 四要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

合理確定四要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力的重要組成部分,本文采用專(zhuān)家咨詢(xún)信息和遺傳層次分析法計(jì)算四要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重wgk(wgk表示第g個(gè)要素中第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重)。設(shè)專(zhuān)家r對(duì)第g個(gè)要素中第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性排序值為{x(g,k,r)|g=1, 2, 3, 4;k=1, 2, …,ng;r=1, 2, …,R},其中R為咨詢(xún)的專(zhuān)家總?cè)藬?shù),則第g個(gè)要素中第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性排序值對(duì)應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算式為[29]

(1)

(2)

顯然,重要性排序值越小則該指標(biāo)的重要性越高[26-29],根據(jù)文獻(xiàn)[29]建立第g個(gè)要素的互反判斷矩陣為

Pg=(pg,k,l)

(3)

式中:pg, k, l為第g個(gè)要素中第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)于評(píng)價(jià)指標(biāo)l的程度(l=1, 2, …,ng)。當(dāng)pg, k, l=1時(shí)表示評(píng)價(jià)指標(biāo)k和l同等重要;當(dāng)pg, k, l>1時(shí)表示評(píng)價(jià)指標(biāo)k比l重要,且pg, k, l越大表示評(píng)價(jià)指標(biāo)k比l越重要,反之亦然[29-30]。

通常情況判斷矩陣Pg可能不具有滿(mǎn)意的一致性。設(shè)Pg的修正判斷矩陣為Qg=(qg, k, l),Qg中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重仍記為wgk,則使式(4)達(dá)到最小值的Qg為Pg的最優(yōu)一致性判斷矩陣[30]。

(4)

(k=1,2,…,ng-1;l=k+1,…,ng)

式中:C(ng)為一致性指標(biāo)系數(shù);d為非負(fù)參數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可從區(qū)間[0, 0.5]內(nèi)取值。利用加速遺傳算法[31]求解式(4)較為簡(jiǎn)便而有效[30]。當(dāng)C(m)≤0.2時(shí)一般認(rèn)為判斷矩陣Pg具有滿(mǎn)意的一致性,此時(shí)得到第g個(gè)要素中的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重wgk具有較高的可信度,否則可以改變非負(fù)參數(shù)d或修改原判斷矩陣Pg使之滿(mǎn)足一致性要求。

1.3 評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

參考相關(guān)文獻(xiàn)[25]將區(qū)域水資源承載力劃分為4個(gè)等級(jí):不超載、臨界超載、超載和嚴(yán)重超載。不超載,代表區(qū)域水資源承載力可以支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保持社會(huì)穩(wěn)定和維持生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展;臨界超載,代表區(qū)域水資源承載力可以維持區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境3個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行,但同時(shí)存在水資源承載力超載的風(fēng)險(xiǎn);超載,代表水資源不足以支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境3個(gè)系統(tǒng),區(qū)域存在水資源短缺,水環(huán)境破壞和飲用水供應(yīng)不足等水問(wèn)題;嚴(yán)重超載,代表區(qū)域存在水資源匱乏,水質(zhì)污染嚴(yán)重,水域空間遭受?chē)?yán)重侵占或河流斷流等嚴(yán)重水問(wèn)題。

1.4 區(qū)域水資源承載力等級(jí)

水量要素所考慮的是當(dāng)維持人類(lèi)生活生產(chǎn)、支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維系生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展所用的水量超出區(qū)域水循環(huán)可更新的水資源量時(shí),由此帶來(lái)地下水過(guò)度開(kāi)發(fā)等問(wèn)題,而這類(lèi)問(wèn)題是阻礙人類(lèi)生活、制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和破壞生態(tài)環(huán)境的重要因素。水域要素所考慮的是區(qū)域?yàn)榱私?jīng)濟(jì)發(fā)展、防洪排澇、農(nóng)業(yè)灌溉等需求修建水庫(kù)、河道等水利工程，對(duì)原有的水域空間的侵占或改變。區(qū)域水域空間的侵占和改變將直接影響區(qū)域的水量,進(jìn)一步影響區(qū)域水量要素的承載狀況。因此,綜合相關(guān)研究結(jié)果和專(zhuān)家的意見(jiàn),將水域要素作為水量要素的修正要素,運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣判斷水量-水域2個(gè)要素綜合后的承載力等級(jí)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法的水量-水域二要素綜合評(píng)價(jià)等級(jí)

水質(zhì)要素所考慮的是人類(lèi)生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的污染物,造成區(qū)域水資源的質(zhì)量下降。當(dāng)污染物入河量一旦超過(guò)水體的納污能力,就會(huì)造成水體的相關(guān)功能喪失,此時(shí)劣質(zhì)的水資源則較難滿(mǎn)足人類(lèi)生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、灌溉排水和維持生態(tài)環(huán)境等對(duì)水質(zhì)的基本要求。水流要素所考慮的是河流水資源的過(guò)度使用或者是在河流上建設(shè)攔阻工程,造成河流水流流速減緩,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致斷流等現(xiàn)象。較快的水流速度可以加快河流內(nèi)的水循環(huán),對(duì)修復(fù)水質(zhì)有一定的積極作用,進(jìn)一步影響水質(zhì)要素的承載狀況。因此,將水流要素作為水質(zhì)要素的修正要素,運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣判斷水質(zhì)-水流2個(gè)要素綜合后的承載力等級(jí),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法的水質(zhì)-水流二要素綜合評(píng)價(jià)等級(jí)

參考文獻(xiàn)[25], 運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合考慮區(qū)域水量-水域二要素綜合后的評(píng)價(jià)等級(jí)和水質(zhì)-水流二要素綜合后的評(píng)價(jià)等級(jí),判斷量-質(zhì)-域-流四要素綜合后的區(qū)域水資源承載力等級(jí),結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法的量-質(zhì)-域-流

2 西遼河流域水資源承載力評(píng)價(jià)

2.1 研究區(qū)概況

西遼河流域位于我國(guó)東北地區(qū)西南部,流經(jīng)河北、遼寧、內(nèi)蒙古和吉林四省,河流全長(zhǎng)829 km。西遼河流域地理坐標(biāo)為:東經(jīng)119°04′～125°01′,北緯42°00′～45°00′,北以松遼流域分水嶺為界和松花江流域接壤,東接?xùn)|遼河流域,南臨遼河干流和大、小凌河,西與七老圖山、努魯兒虎山、醫(yī)巫閭山和灤河流域毗鄰。西遼河流域面積13.52萬(wàn)km2,行政區(qū)劃包括吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和河北省,分別占流域面積的2.62%,2.58%,91.89%和2.91%。西遼河流域上游為老哈河,下游為西遼河干流,主要支流有西拉木倫河、教來(lái)河、新開(kāi)河和烏力吉木倫河等。西遼河流域地處中溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū),大陸性氣候顯著,表現(xiàn)為春季干燥多風(fēng),夏季濕熱多雨,秋季涼爽,冬季嚴(yán)寒少雪的氣候特點(diǎn)。西遼河流域降水量從東南向西北逐漸減少,從650 mm減少到325 mm,實(shí)測(cè)年最大降水量1 007.1 mm、年最小降水量158.9 mm。降水量在時(shí)間上分布不均勻,6—9月降水量占全年總降水量的80%以上。

表4 區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)的初步指標(biāo)體系[26]

2.2 四要素水資源承載力評(píng)價(jià)

參考相關(guān)文獻(xiàn)并征詢(xún)相關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)和建議,依據(jù)構(gòu)建水資源承載力指標(biāo)體系的系統(tǒng)性原則、綜合性原則、動(dòng)態(tài)性原則和實(shí)踐性原則[26]。在構(gòu)建量-質(zhì)-域-流四要素的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),將考慮各要素所囊括的評(píng)價(jià)指標(biāo)分成支撐力指標(biāo)和壓力指標(biāo)。水量要素的支撐力指標(biāo)主要包括區(qū)域水資源總量和可利用水總量等,水量要素的壓力指標(biāo)主要包括維持人類(lèi)生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境所需要的水資源量等。水質(zhì)要素的支撐力指標(biāo)主要包括水資源系統(tǒng)的納污能力等,水質(zhì)要素的壓力指標(biāo)主要包括人類(lèi)生活和企業(yè)發(fā)展等相關(guān)人類(lèi)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的入河污染物等。水域要素的支撐力指標(biāo)主要包括天然水域面積和河網(wǎng)密度等,水域要素的壓力指標(biāo)主要包括人類(lèi)活動(dòng)開(kāi)發(fā)利用水域岸線和取用生態(tài)水等。水流要素的支撐力指標(biāo)主要包括天然水流狀態(tài)和區(qū)域的生態(tài)流量等,水流要素的壓力指標(biāo)主要包括人類(lèi)活動(dòng)造成水流阻隔等情況。綜上分析,建立西遼河水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表4所示。這里采用在各種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)中計(jì)算權(quán)重都是適用的一種改進(jìn)層次分析法,即AGA-AHP法計(jì)算四要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重wgk,如表4所示。

表4所提供區(qū)域水資源承載力的初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可較為完善、系統(tǒng)反映了一般區(qū)域水資源的承載狀況,但綜合全部的48個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力在資料獲取等方面存在較大的難度,實(shí)際上也無(wú)必要。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)用AGA-AHP計(jì)算的四要素評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重大小和評(píng)價(jià)指標(biāo)是否能代表區(qū)域水資源的承載狀況,制定兩個(gè)篩選原則,篩選出相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo),分析得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[26]:①水量要素中區(qū)域用水總量、區(qū)域可利用水量、區(qū)域水資源總量、平原區(qū)及超采區(qū)地下水開(kāi)采量和區(qū)域地下水可開(kāi)采量指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重較大。區(qū)域用水總量反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境對(duì)水資源系統(tǒng)的實(shí)際耗水量,將區(qū)域用水總量和區(qū)域可利用水量比較得到區(qū)域用水程度,是反映區(qū)域水資源量是否能夠保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和維持生態(tài)環(huán)境的直接體現(xiàn)。將地下水開(kāi)采量和地下水可開(kāi)采量比較得到區(qū)域地下水開(kāi)采程度,是反映區(qū)域地下水是否被過(guò)度開(kāi)發(fā)的直接度量標(biāo)準(zhǔn)。因此,將區(qū)域用水程度和地下水開(kāi)采程度作為水量要素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。②水質(zhì)要素中水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、區(qū)域氨氮入河量和允許入河量、區(qū)域COD入河量和允許入河量所對(duì)應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重較大。水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的含義是滿(mǎn)足水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)個(gè)數(shù)和水功能區(qū)總個(gè)數(shù)的比值,可以反映出區(qū)域水資源被污染的情況。綜合考慮區(qū)域污染物入河量和區(qū)域污染物允許入河量2個(gè)方面得到區(qū)域污染物限制排放量,考慮將污染物入河量和污染物限制排污量的比值作為水質(zhì)污染程度度量標(biāo)準(zhǔn)。因此,將水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率和水質(zhì)污染程度作為水質(zhì)要素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。③水域要素中區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用程度和水域岸線開(kāi)發(fā)利用程度2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重較大,作為水域要素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。④水流要素中河流庫(kù)徑比和生態(tài)流量保障率2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重較大,作為水流要素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。綜上,構(gòu)建得到西遼河量-質(zhì)-域-流四要素水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如圖1所示。

表6 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

注:生態(tài)流量是指維系河流、湖泊和沼澤等水生態(tài)系統(tǒng)的完整性、系統(tǒng)性和穩(wěn)定性,保障人類(lèi)生存與發(fā)展的合理需求,需要保留在河流、湖泊、沼澤內(nèi)的流量及其過(guò)程。生態(tài)流量過(guò)程中枯水期最小值通常稱(chēng)為生態(tài)基流。

圖1 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

參考文獻(xiàn)[26]得到量-質(zhì)-域-流四要素的權(quán)重,計(jì)算各要素選取的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重如表5所示。

表5 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

單個(gè)要素所包含評(píng)價(jià)指標(biāo)的不超載、臨界超載、超載和嚴(yán)重超載4個(gè)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)需要結(jié)合評(píng)價(jià)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和社會(huì)人口等因素來(lái)合理確定。綜合相關(guān)專(zhuān)家意見(jiàn)和相關(guān)參考文獻(xiàn)[22],得到西遼河水資源承載力8個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),如表6所示。

選擇西遼河流域的水資源三級(jí)區(qū)作為評(píng)價(jià)單元,包括西拉木倫河及老哈河、烏力吉木倫河和西遼河下游區(qū)間。收集相關(guān)資料計(jì)算得到4個(gè)要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)值,將這些評(píng)價(jià)指標(biāo)值與評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比較,得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)。根據(jù)四要素中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,最后得到西遼河流域三級(jí)區(qū)的量-質(zhì)-域-流各要素的評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

為進(jìn)一步直觀化地反映西遼河流域水資源承載力量-質(zhì)-域-流各要素水資源承載狀態(tài)的空間差異,作圖如圖2所示。

圖2(a)所示西遼河流域水量要素的承載狀況總體較好。由表7可知:西拉木倫河及老哈河區(qū)域的用水總量低于區(qū)域用水總量的控制指標(biāo),且地下水開(kāi)采量較少,水量要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)處于不超載;烏力吉木倫河的用水程度較低,但地下水開(kāi)采程度相對(duì)較高,考慮到地下水開(kāi)采程度的權(quán)重高于區(qū)域用水程度,水量要素綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為臨界超載;西遼河下游區(qū)間用水程度和地下水開(kāi)采程度相對(duì)較高,水量要素綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為臨界超載。

圖2 西遼河流域量-質(zhì)-域-流各要素水資源承載狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果

表7 西遼河流域單要素水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)

注:20世紀(jì)80年代以來(lái),特別是2000年以后,受自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響,西遼河斷流時(shí)間增加、斷流情況加重,將生態(tài)流量過(guò)程中枯水期最小值通常稱(chēng)為生態(tài)基流,致使生態(tài)基流為0。

圖2(b)所示西遼河流域水質(zhì)要素的承載狀況一般。由表7可知:西拉木倫河及老哈河區(qū)域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況一般,水質(zhì)污染程度嚴(yán)重,水質(zhì)要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為超載;烏力吉木倫河的水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況較好,水質(zhì)污染程度較低,水質(zhì)要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為不超載;西遼河下游區(qū)間水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況較好,水質(zhì)污染程度一般,考慮到水質(zhì)污染程度的指標(biāo)權(quán)重高于水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率,水質(zhì)要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為臨界超載。

圖2(c)所示西遼河流域水域要素的承載狀況較差。由表7可知:盡管西拉木倫河及老哈河、烏力吉木倫河和西遼河下游區(qū)間的水域岸線開(kāi)發(fā)利用程度很低,但該3個(gè)區(qū)域的水資源開(kāi)發(fā)利用程度普遍很高,綜合考慮得出3個(gè)區(qū)域水域要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)分別為臨界超載、臨界超載和超載。

圖2(d)所示西遼河流域水流要素的承載狀況很差。由表7可知:西拉木倫河及老哈河、烏力吉木倫河和西遼河下游區(qū)間的河流庫(kù)徑比較大,表明河流被阻隔較為嚴(yán)重,而常年的河流斷流導(dǎo)致生態(tài)流量無(wú)法得到保障,綜合考慮得出3個(gè)區(qū)域水流要素的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)分別為嚴(yán)重超載、超載和嚴(yán)重超載。

將上述四要素的評(píng)價(jià)結(jié)果用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法和短板法進(jìn)行合成得到西遼河流域水資源承載力的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。

圖3 西遼河流域量-質(zhì)-域-流四要素水資源承載狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法,得到西拉木倫河及老哈河、烏力吉木倫河和西遼河下游區(qū)間的水資源承載力綜合評(píng)價(jià)等級(jí)分別為超載、臨界超載和超載,表明西遼河流域的水資源承載狀況較差;采用短板法,上述3個(gè)水資源三級(jí)區(qū)的水資源承載力綜合評(píng)價(jià)等級(jí)分別為嚴(yán)重超載、超載和嚴(yán)重超載,表明西遼河流域的水資源承載狀況非常差。風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、短板法兩種方法所得結(jié)果總體上保持一致,同時(shí)也存在一定的差異。短板法直接采用量-質(zhì)-域-流四要素中最差的評(píng)價(jià)等級(jí)作為區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí),這種方法得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果較為保守,不能客觀反映出區(qū)域水資源的實(shí)際承載狀況。例如,烏力吉木倫河的水量要素、水質(zhì)要素和水域要素評(píng)價(jià)結(jié)果較好,水流要素的評(píng)價(jià)結(jié)果差,綜合考慮得到區(qū)域的水資源承載狀況應(yīng)該是一般,而用短板法得到的結(jié)果是超載等級(jí),與區(qū)域水資源的實(shí)際承載狀況存在較大的差異。將風(fēng)險(xiǎn)矩陣應(yīng)用到量-質(zhì)-域-流四要素的等級(jí)合成,可進(jìn)一步考慮四要素之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),將水量與水域、水質(zhì)與水流分別進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)合成,評(píng)價(jià)過(guò)程具有物理解析意義。用短板法進(jìn)行等級(jí)合成時(shí),若某單一要素的評(píng)價(jià)結(jié)果很差,最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果必然也很差,不合理地忽略了其他評(píng)價(jià)要素的重要性,而采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果就要科學(xué)合理得多。

3 結(jié) 論

a. 將量-質(zhì)-域-流四要素應(yīng)用于區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí),難點(diǎn)是如何綜合考慮四要素得到最終的區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果。目前常用方法是運(yùn)用短板法進(jìn)行四要素的合成,將四要素中最差的評(píng)價(jià)等級(jí)作為區(qū)域水資源承載力的最終評(píng)價(jià)結(jié)果。風(fēng)險(xiǎn)矩陣法是一種定量和定性相結(jié)合的綜合評(píng)估方法,風(fēng)險(xiǎn)矩陣在進(jìn)行雙要素的合成時(shí),可充分考慮合成要素的內(nèi)在含義和相互關(guān)系。本文用風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合量-質(zhì)-域-流四要素得到區(qū)域水資源承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果,提出了基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的量-質(zhì)-域-流四要素水資源承載力評(píng)價(jià)模型(QQSS-RM)。

b. QQSS-RM在西遼河流域水資源承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果表明,基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行量-質(zhì)-域-流四要素的合成所得到的區(qū)域水資源承載力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合區(qū)域水資源的實(shí)際承載狀況,在將量-質(zhì)-域-流四要素進(jìn)行兩兩合成時(shí),充分考慮合成要素的相互關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系,增強(qiáng)評(píng)價(jià)過(guò)程的物理解釋性。風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法不僅避免了短板法進(jìn)行多要素合成時(shí)忽略其他要素的重要性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果較差的不足，同時(shí)也克服了短板法評(píng)價(jià)結(jié)果的跳躍性和不穩(wěn)定性,以及由此產(chǎn)生的與區(qū)域水資源的實(shí)際承載狀況的差異。

c. 本文提出的水資源承載力評(píng)價(jià)模型進(jìn)一步完善了風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法在水資源承載力評(píng)價(jià)上的應(yīng)用,為水資源承載力評(píng)價(jià)提供了新方法,使評(píng)價(jià)結(jié)果更具解釋性、更趨科學(xué)合理。