呂 明

(清原滿族自治縣水利事業(yè)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113300)

0 引 言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的激增，進(jìn)一步加劇了水污染問題和水資源供需矛盾，持續(xù)緊張的水資源矛盾對(duì)區(qū)域健康發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，科學(xué)評(píng)估區(qū)域水資源承載力可為水生態(tài)保護(hù)和水資源發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、供水系統(tǒng)建設(shè)和水資源合理規(guī)劃配置等提供科學(xué)指導(dǎo)[1]。

長(zhǎng)期以來，如何實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的良性循環(huán)和水資源可持續(xù)利用為國內(nèi)外研究的重要課題，對(duì)此許多學(xué)者開展了一系列的研究并取得了豐碩的成果。20世紀(jì)80年代水資源承載力的概念被提出，對(duì)其評(píng)價(jià)研究現(xiàn)已發(fā)展形成SD法、多目標(biāo)法、指標(biāo)體系法和多要素綜合評(píng)價(jià)法等，相對(duì)于其它研究方法考慮了多要素的綜合評(píng)價(jià)模型已廣泛應(yīng)用于水資源領(lǐng)域。例如，趙建世等以海河流域?yàn)槔?，?duì)水系統(tǒng)承載力利用模糊綜合法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)海河流域水系統(tǒng)承載力呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，水資源為超載狀態(tài)；袁偉等對(duì)阜陽市水系統(tǒng)承載力運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)法開展了評(píng)價(jià)，研究表明其水系統(tǒng)承載力逐漸下降趨勢(shì)[2-3]。可見，對(duì)于水系統(tǒng)承載力的分析多要素綜合評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用較為廣泛，而將其應(yīng)用于遼寧地區(qū)的研究還鮮有報(bào)道。由于特殊的地理位置和氣候環(huán)境遼寧地區(qū)的水資源較為匱乏，水資源系統(tǒng)滿足城鎮(zhèn)化建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的供水壓力持續(xù)增大，所以定量評(píng)估該區(qū)域水資源承載力具有重要意義。鑒于此，文章以遼寧省為例運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)模型，較為客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)分析其水資源系統(tǒng)狀況，以期為區(qū)域水資源優(yōu)化配置和水生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 構(gòu)建多要素綜合評(píng)判模型

單獨(dú)考慮每一個(gè)要素的實(shí)際狀態(tài)為多要素綜合評(píng)價(jià)模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然后按照評(píng)價(jià)等級(jí)和隸屬度大小確定每一要素所處的標(biāo)準(zhǔn)，且構(gòu)建的模糊映射要素集應(yīng)覆蓋水資源系統(tǒng)的各個(gè)方面，采用下述公式獲取單一要素的隸屬度，即：

f:U→F(V)，?ui∈U，ui|→f(ui)=

(1)

式中：rij為針對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象vj單一要素ui的隸屬度；vj為水系統(tǒng)承載力第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。

單要素模糊映射評(píng)估集與每一單獨(dú)要素間的關(guān)系利用公式(1)描述，則其表達(dá)式為：

Ri=(ri1，ri2，…，rim)

(2)

經(jīng)模糊映射轉(zhuǎn)換處理可以構(gòu)造覆蓋每個(gè)單獨(dú)要素的評(píng)價(jià)矩陣，運(yùn)用以下表達(dá)式作為水資源承載力評(píng)價(jià)矩陣：

(3)

根據(jù)已構(gòu)造的水資源承載力單要素評(píng)價(jià)矩陣，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)法建立多要素綜合評(píng)價(jià)矩陣，其表達(dá)式為：

B=A·R=(a1，a2，…，an)

(4)

水資源承載力多要素模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)即為公式(4)中bj的物理內(nèi)涵，關(guān)于評(píng)價(jià)對(duì)象多個(gè)要素的隸屬度表示為rij。單一要素對(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)率大小利用指標(biāo)權(quán)重ai描述，由此構(gòu)造的權(quán)重集為A=(a1，a2，…，am)，水資源承載力受不同評(píng)價(jià)因子的影響度利用專家打分法確定，結(jié)合區(qū)域水資源情況和相關(guān)資料賦予相應(yīng)的權(quán)重。水資源承載力多要素綜合評(píng)價(jià)值為評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重矩陣加權(quán)求和運(yùn)算結(jié)果，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(5)

2 實(shí)例分析

2.1 區(qū)域概況

遼寧省地處我國東北地區(qū)南部，東與韓國、日本隔海相望，隔鴨綠江與朝鮮相接，南臨渤海、黃海，地理位置為E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′，屬于東北地區(qū)既沿邊又沿海重要的多外開放門戶。研究區(qū)下轄沈陽、大連、撫順、鐵嶺、朝陽、葫蘆島等14個(gè)地級(jí)市和2個(gè)省管縣組成，總面積14.8萬km2，地貌形態(tài)大致分為“六三一水三分田”。該區(qū)域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫7.0℃-11.5℃，年降水量600-1100mm，復(fù)雜的氣象條件和特殊的地理環(huán)境使得區(qū)域降水存在明顯的季節(jié)性、區(qū)域性，每年的6-9月降雨較為集中且多暴雨或強(qiáng)降雨；空間尺度上，中部平原地區(qū)較高山低降水較少，與渤海相鄰的東南部降水量充足，而西北部降水稀少且風(fēng)沙干旱嚴(yán)重[4-7]。

遼寧地區(qū)分布饒陽河、大凌河、太子河、渾河、遼河等河流，島嶼有大鹿島、長(zhǎng)興島、石城列島及里長(zhǎng)山列島等266個(gè)，全省島岸線長(zhǎng)627km，狹長(zhǎng)的海濱平原素有“遼西走廊”之稱。水資源利用以地下水為主，局部地區(qū)的地下水過度開采且水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，水資源存在邊際效益低、可開發(fā)總量少、開采成本高等特點(diǎn)，城市化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展使得水資源問題更加突出，其水系統(tǒng)水生態(tài)功能和承載力呈下降趨勢(shì)。因此，根據(jù)水資源可持續(xù)發(fā)展和水生態(tài)文明建設(shè)要求，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域人水和諧相處必須把水環(huán)境承載力作為主要對(duì)象，將生態(tài)環(huán)境作為首要考慮的問題。通過對(duì)水資源承載力的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，為充分利用當(dāng)?shù)厮Y源，減少水環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源空間分布等提供理論依據(jù)，為發(fā)揮水資源價(jià)值及加快推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)[8-10]。

2.2 評(píng)價(jià)矩陣R

根據(jù)遼寧地區(qū)水資源二次評(píng)價(jià)成果和該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，參考專家意見和區(qū)域水資源實(shí)際情況確定研究區(qū)供水量、需水量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模等數(shù)據(jù)，從而獲取50%、75%、90%三種不同保證率下各參評(píng)指標(biāo)初始數(shù)見表1。

表1 不同保證率下情景年水資源承載力參評(píng)指標(biāo)值

根據(jù)文獻(xiàn)資料有關(guān)隸屬度計(jì)算方法，求解表1中50%、75%、90%三種不同保證率下遼寧省2020年和2030年水資源承載力各項(xiàng)參評(píng)因子隸屬度[11]，如表2和表3。綜合考慮國內(nèi)外相關(guān)研究成果，結(jié)合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)要求將承載力劃分為V1、V2、V3級(jí)，其中V1級(jí)代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力較小、承載力水平較低；V3代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力巨大、承載力水平較高；V2級(jí)處于以上兩級(jí)之間，即區(qū)域水資源存在一定的利用潛力，承載力處于中等水平。

2.3 權(quán)重矩陣A

通過計(jì)算水資源承載力評(píng)價(jià)矩陣R，采用專家賦分法按照重要程度對(duì)各參評(píng)因子賦予相應(yīng)的權(quán)重，由此構(gòu)造各指標(biāo)權(quán)重矩陣A，設(shè)x1、x2、…、x8為承載力各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子，則構(gòu)造的重要度矩陣見表4。經(jīng)規(guī)范化處理可以得到各參評(píng)因子的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算結(jié)果為：A=(0.16，0.20，0.16，0.17，0.12，0.10，0.11，0.13)。

表2 2020年各參評(píng)指標(biāo)不同保證率下的隸屬度

表3 2030年各參評(píng)指標(biāo)不同保證率下的隸屬度

表4 各參評(píng)因子重要度矩陣

2.4 綜合評(píng)分值

根據(jù)2.2中所述，綜合考慮國內(nèi)外相關(guān)研究成果，結(jié)合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)要求將承載力劃分為V1、V2、V3級(jí)，其中V1級(jí)代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力較小、承載力水平較低；V3代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力巨大、承載力水平較高；V2級(jí)處于以上兩級(jí)之間，即區(qū)域水資源存在一定的利用潛力，承載力處于中等水平。依據(jù)已獲取的權(quán)重矩陣A和各參評(píng)因子的等級(jí)隸屬度矩陣R，對(duì)遼寧地區(qū)情景年2020年、2030年的水資源承載力運(yùn)用文中所述公式(4)求解，從而構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣B見表5。

綜合考慮國內(nèi)外相關(guān)研究成果，結(jié)合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)要求劃分的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)分值與水資源開發(fā)潛力呈正相關(guān)，即評(píng)分值越高則系統(tǒng)承載力越高。

表5 不同保證率下遼寧地區(qū)水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值

根據(jù)表5可知，隨著農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)發(fā)展用水的增加遼寧地區(qū)的水資源承載力呈上升趨勢(shì)，2020年和2030年的綜合評(píng)價(jià)值不斷增大，可見該地區(qū)的水資源開發(fā)潛力不斷下降，水資源滿足各行業(yè)用水壓力將不斷加大。評(píng)價(jià)結(jié)果能夠基本體現(xiàn)遼寧地區(qū)的未來用水量變化特征，可為研究區(qū)水資源發(fā)展戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)布局及總體規(guī)劃等提供科學(xué)的指導(dǎo)，為區(qū)域水資源持續(xù)利用和水源管理規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。因此，通過提倡中水、微咸水資源化及高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用，采取保護(hù)水生態(tài)環(huán)境、發(fā)展節(jié)水型工業(yè)和減少農(nóng)業(yè)用水總量等措施，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與區(qū)域水資源的協(xié)調(diào)持續(xù)利用。

3 結(jié) 論

1)綜合考慮各方面要素的綜合評(píng)價(jià)模型，能夠有效解決傳統(tǒng)的單要素評(píng)價(jià)存在的不足，對(duì)于區(qū)域水系統(tǒng)評(píng)價(jià)具有良好的適用性和可行性。

2)遼寧地區(qū)2020年、2030年水資源系統(tǒng)壓力呈上升趨勢(shì)，水資源承載力受水系統(tǒng)開發(fā)率過高、植被覆蓋度低及資源性缺水等因素的影響顯著。為促進(jìn)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與區(qū)域水資源的協(xié)調(diào)持續(xù)利用，應(yīng)采取保護(hù)水生態(tài)環(huán)境、發(fā)展節(jié)水型工業(yè)和減少農(nóng)業(yè)用水總量等措施，提倡提倡中水、微咸水資源化及高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用等。