高 萌

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

0 引 言

水資源承載力是指在合理開采利用的條件下水資源能夠支撐當地經濟發(fā)展與人口規(guī)模的最大開發(fā)容量，對其綜合評價覆蓋生態(tài)環(huán)境、經濟、社會、水資源等各個方面。隨城鎮(zhèn)化和經濟一體化的不斷推進，水資源利用和社會經濟發(fā)展之間的矛盾日趨突出。為保護水體生態(tài)環(huán)境以及促進水系統的良性循環(huán)，評價和分析遼寧省水資源承載能力對于促進人水和諧發(fā)展發(fā)揮著重要作用。關于水資源承載力諸多學者取得了一定的成果，如孟麗、戴明紅等對江西省水資源承載力利用可變模糊評價模型進行了評價分析；朱照宇等運用自然趨勢法和年遞增率指標，初步評價了珠三角地區(qū)的水資源狀況；劉樹峰等采用相對承載力評價法，系統分析了惠州市的水資源開發(fā)潛力；張星標等對區(qū)域水系統利用AHP與模糊數學相結合的方法進行科學評價；蘇永軍等將物元可拓理論和投影尋蹤法相結合，避免了評價結果受主觀判斷的影響；朱玲燕等對衢州地區(qū)的水資源系統運用熵權-灰關聯耦合法進行系統評價。在綜合評價和權重計算過程中，部分方法未考慮指標本身的重要性，將參數實際值參與計算使得評價結果存在偏差，有些方法過度依賴主觀判斷和專家經驗，沒有結合實際情況就給出主觀評判。鑒于此，文章依據遼寧省水資源現狀和社會經濟相關資料，綜合考慮水資源系統的隨機性、不確定性和區(qū)域性特征構建多因素、多層次評價體系，將AHP法初始權重利用熵權法加以修正，對遼寧省水資源承載力現狀運用基于理想點法的模型進行評價，以期為水資源管理相關政策的制定和當地可持續(xù)健康發(fā)展提供科學依據[1-8]。

1 區(qū)域概況

遼寧省地處中國東北地區(qū)南部，介于E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之間，東與韓國、日本隔海相望，南臨渤海、黃海，屬于東北地區(qū)既沿邊又沿海重要的開放門戶。全省由鞍山、撫順、鐵嶺、沈陽、葫蘆島、朝陽等14個地級市和2個省管縣組成，占地面積共14.8萬km2，境內各河流蜿蜒曲折、縱橫交錯，主要河流有饒陽河、大凌河、渾河、太子河、遼河等，島嶼有長興島、石城列島、大鹿島及里長山列島等266個，全省島岸線長627km。地形地貌有“六三一水三分田”之稱，地勢特征表現出中部低、東西兩側高的變化特征，東、西兩側為海拔約800-500m的低山丘陵。該區(qū)域大陸性季風氣候，年均氣溫為8-12.6℃，氣候特征為冬季少雨干暖，夏季氣候涼爽，日照充足。由于特殊的地理環(huán)境和復雜的水文氣象，降水呈明顯的區(qū)域性與季節(jié)性特征，不同時間尺度上的降水量存在較大的差異，每年的7-9月為降雨集中期且多以暴雨或強降雨。在空間分布上，平原地區(qū)相對于高山地較低，與渤海相鄰的東南部降水量充足，而西北地區(qū)風沙干旱嚴重且降水稀少。水資源存在可開發(fā)利用量少、邊界效益低、開發(fā)難度大和開采成本高等特點，加之局部地區(qū)地下水開發(fā)過度與水環(huán)境保護意識薄弱，使得境內水生態(tài)功能和承載力水平持續(xù)下降[9-11]。

2 研究方法

2.1 承載力評價體系與等級劃分

水資源決定著社會經濟的發(fā)展速度和人類的繁衍生存，其承載力水平為反映當地能否持續(xù)健康發(fā)展的重要參數。文章結合遼寧省水資源相關資料和現有研究成果，綜合考慮各方面影響因素，從遼寧省環(huán)境統計公報、水資源公報、統計年鑒等資料提取相關參數，遵循代表性、層次性、科學性、可獲取性、區(qū)域性、獨立性和整體性等原則構建多層次多因素承載力評價體系。

然后依據相關文獻、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃指標值、國際與國家認可的標準確定水資源承載力等級，將評價等級劃分為Ⅰ-Ⅴ級5個標準，所對應的評語依次為優(yōu)、良、中、差、很差，從而構建評估集V={v1，v2,v3,v4，v5}。各評價指標的等級區(qū)間和等級劃分參考文獻資料，劃分標準見表1。

表1 水資源承載力評價體系及等級劃分

2.2 修正的指標權重

1)初始權重的計算。評價指標權重利用AHP法確定的基本原理為：將各指標之間的相對重要性依據專家經驗和專業(yè)知識確定，為定量反映不同指標的貢獻率引入1-9數值標度法。在判斷矩陣構造過程中，由于不同專家經驗水平和知識結構的差異性，往往出現結果不一致和權重相差較大的現象，所以還需檢驗一致性狀況。

2)權重的修正。雖然層次分析法的可靠性相對較高且具有較強的問題識別能力，但在計算過程中具有較強的主觀性，易受專家經驗和知識水平的影響。熵權法是依據系統無序化程度確定指標權重的有效方法，結果較為嚴謹、客觀，能夠有效避免主觀因素對權重計算的影響。將評價指標權重利用熵權法計算的基本步驟為：

步驟一：設水資源承載力評價指標數為n，待評價樣本為m，由此構造判斷矩陣R=(xij)mn，其中i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

步驟二：采用歸一化處理公式消除不同指標的量綱差異性，從而建立標準矩陣Y。對于參數值越大則承載力水平越高的指標，歸一化計算式為：

(1)

對于參數值越小則承載力水平越高的指標，歸一化計算式為：

(2)

式中：xij、yij為指標j關于樣本i的參數值及其歸一化序列；maxxij、minxij為指標j的最小、最大值。

步驟三：根據熵的具體特征計算評價體系中各參數的熵值，其表達式為：

(3)

步驟四：信息熵越大則相對其他參數而言各評估對象間的差異性就越大，對評價結果的貢獻率就越大，所賦予的權重值就越高；若指標存在較大的信息熵，則對于該指標而言各評估對象之間存在較小的差異性，在評價過程中指標的影響程度就越小，所賦予的權重值就越小。根據此原則確定指標權重，計算式為：

(4)

為了能夠有效避免個人偏好和主觀判斷對承載力評價的影響，提高評價結果的可靠性與客觀性，要綜合考慮不同數據間的變異程度和專家知識經驗。因此，文章對層次分析AHP法初始權重利用熵權法進行修正，修正后的權重計算方法如下：

(5)

2.3 基于理想點法的評價模型

經熵權法修正后的指標權重wi能夠更加準確的體現實際工程中不同指標間的重要程度，從而提高評價結果的科學合理性。因此，文章對區(qū)域水資源承載力采用理想點法評價，其主要流程如下：

(1)正、負理想點。待評價樣本趨近于理想目標的程度為理想點法的基本原理，根據研究對象的內涵特征可將理想目標劃分為正、負理想點，其中正向、逆向指標分別代表評價樣本趨近正、負理想點的參數，其計算方法為：

(6)

(7)

2)測度距離的計算。根據正、負理想點與待評價樣本之間的距離，正向指標趨近于正理想點的程度越高，則承載力評價結果越優(yōu)；反之，則承載力越低。正、負理想點與評價指標之間的綜合測度距離考慮選用歐式距離來定義，其表達式為：

(8)

(9)

式中：D1、D2分別為趨近正、負理想點的測度距離；wi為修正的各指標權重。

(3)確定貼進度。區(qū)域水資源承載力狀態(tài)利用理想點貼進度T的大小來反映，主要體現在水資源系統受各指標的影響作用方面，利用下述相關公式確定理想點貼進度，即：

T=D2/(D1+D2)

(10)

式中：T為反映了貼近正理想點程度的參數，取值區(qū)間為0-1，期值越大則越接近于正理想點。

3 結果與分析

3.1 權重的計算分析

遼寧省各地市2013-2017年水資源承載力指標數據，來源于環(huán)境統計公報、水資源公報和統計年鑒。評價指標的相對重要性邀請相關專家依據AHP法作出評判，然后對初始權重采用熵權法計算公式加以修正，從而得到修正的權重wi見表2。從表2可以看出，各指標權重利用熵權法和層次分析法的計算結果基本一致，僅有個別參數存在差異，權重最大為年降水量C3，其次為工業(yè)重復用水率C13，修正的權重分別為0.135和0.107，人均水資源量C2和第三產業(yè)比重C11的修正權重為0.078、0.094，C12指標的權重最小，修正值為0.020?？傮w來看，各指標對總體目標的貢獻率與修正權重的大小基本相符。

表2 修正的權重系數計算結果

3.2 各等級綜合貼進度

(11)

根據計算公式(8)、(9)和修正的權重值wi，計算確定各指標在不同評價標準等級下的綜合測度D1、D2，然后對理想點貼進度利用式(10)、(11)計算。結果顯示，理想點貼進度在水資源承載力Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等級下分別為0.751-1、0.610-0.751、0.478-0.610、0.309-0.478、0-0.309。

3.3 水資源承載力評價

將評價體系中16個指標2013-2017年的數據值歸一化處理，并對各指標的理想點貼近度利用構建的承載力評價模型進行計算，按照評價等級劃分標準得到遼寧省各地市2013-2017年的承載力水平，見表3。

表3 2013-2017年遼寧省各地市水資源承載力水平

3.4 分析與建議

2013-2017年遼寧省水資源承載力狀態(tài)利用理想點法進行綜合評價，由此揭示其變化特征，見圖1。

圖1 遼寧省各地市水資源承載力變化趨勢

從圖1可以看出，研究期間遼寧省水資源承載力呈現出波動變化特征，整體處于0.5-0.7之間，由于2014年降水量和人均水資源量顯著增大，從而使得2013-2014年承載力水平快速上升，隨后有所下降但整體仍表現出上升趨勢。除個別地區(qū)外，大部分區(qū)域的水資源承載力由2013年的Ⅲ級改變至2017年的Ⅱ級，除2016年外沈陽地區(qū)的承載力均為全省最低值，相對于其它地市其水資源狀況較差。2013-2017年錦州市水資源承載力均為最大，其原因為GDP增長率較大且社會經濟發(fā)展迅速的大連、鐵嶺、沈陽等地區(qū)，人口規(guī)模和各行業(yè)用水量急劇增大，人均水資源量下降并低于全省平均值，從而導致各行業(yè)用水矛盾十分突出；人均水資源量和年降水量較為豐富的營口、葫蘆島、丹東等地區(qū)，城鎮(zhèn)居民生活用水極少，且用水效率和污水處理率均大于全省均值。

區(qū)域水資源承載力狀況涉及到的范圍較廣、因素較多，主要受水資源量、污水處理率、降雨量和第三產業(yè)比重等因素，另外還與人口自然增長率、總耗水、GDP增長率等因素相關。根據以上評價結果和遼寧省水資源現狀，為進一步提高該區(qū)域承載力水平應采取的措施有：優(yōu)化產業(yè)用水結構，提高用水效率；加快節(jié)水器具、設備的普及和供水管網的改造，減少水資源的浪費切實提升節(jié)水意識；堅持可持續(xù)發(fā)展，促進人水和諧相處；注重澆灌節(jié)水技術和抗旱作物的研究，加強骨干灌水線節(jié)水改造工程建設，提升灌區(qū)渠系的防滲率和配套率等。

4 結 論

1)從生態(tài)環(huán)境、經濟、社會與水資源子系統選擇承載力評價指標，并構建評價體系和等級標準，將初始權重利用熵權法加以改進，從而提出基于理想點法的承載力評價方法。結果表明：改進的指標權重能夠顯著降低人為因素干擾，提高承載力評價結果的客觀性與科學合理性。

2)2013-2017年期間遼寧省各地區(qū)承載力總體表現出波動上升趨勢，承載力評價等級位于Ⅱ-Ⅲ級，不同區(qū)域存在明顯的差異，其中經濟發(fā)展迅速確人口較為密集的鐵嶺、沈陽、大連等地區(qū)的水資源承載力較差，結合遼寧省水資源評價結合和實際情況提出合理化建議，可為遼寧省水資源可持續(xù)利用、水資源規(guī)劃保護以及河長制的推行與管理提供一定參考。

3)由于數據的可獲性差和水系統的不確定性、區(qū)域性、隨機性，導致水平年的選取和評價指標體系不夠系統、全面，為保證評價結果的可靠性與合理性，未來仍需要進一步完善評價體系和分級標準。