張銀鳳

(遼寧西北供水有限責任公司，沈陽 110000)

0 引 言

水資源作為重要的自然資源，對維持人類生存發(fā)展和特定區(qū)域經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用。我國水資源人均占有量相對較少，且隨著城鎮(zhèn)化的推進和經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)生活及各行業(yè)用水量急劇增加，加上水環(huán)境污染加劇和水資源空間分布不均衡，可利用水資源量呈不斷降低的變化特征。遼東半島為組成區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的重要部分，2012年上升為國家海洋戰(zhàn)略。然而，資源環(huán)境勢狀況必會對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生約束，特別是水資源短缺問題對經(jīng)濟發(fā)展的制約極為顯著，因此科學(xué)評價遼東半島水系統(tǒng)開發(fā)潛力，可為社會經(jīng)濟的空間布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供指導(dǎo)作用[1]。

借鑒相關(guān)資料和已有研究成果將水資源可持續(xù)利用潛力定義為：在滿足可持續(xù)發(fā)展要求的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的科技水平和經(jīng)濟發(fā)展能力能夠被使用的潛在水資源量。根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會、區(qū)域水資源特點建立水資源可持續(xù)利用潛力評價體系，然后運用特定的數(shù)學(xué)模型準確評價水資源變化特征，該過程即為水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力分析。文章以遼東半島7個評價單元為例，運用AHP法準確評價各區(qū)域水資源開發(fā)潛力，以期為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和水資源空間布局提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

遼東半島位于遼寧東南部，地處鴨綠江口與遼河口連線以南，伸入渤海與黃海之間，走勢整體呈東北-西南向，總面積2.94萬km2。該地區(qū)分布有大連、丹東、鞍山、營口、本溪、遼陽和盤錦7個地級市及其所轄區(qū)縣，地貌形態(tài)上以低山丘陵為主，半島三面環(huán)黃海北部、渤海海峽和渤海，因伸入海洋氣候溫暖濕潤。遼東半島為暖溫帶季風氣候，夏季多雨溫熱，冬春季多風，受海洋調(diào)節(jié)很少出現(xiàn)酷熱天氣，年降水量550-900mm，其中60%降水發(fā)生于夏季，年均氣溫9℃-10℃，濱海為避暑勝地。研究區(qū)有大清河、英那河、碧流河、大洋河和復(fù)州河等，流域面積為1482km2、914km2、2814km2、6174km2、1628km2，多年平均徑流量為3.36億m3、4.61億m3、9.39億m3、29.18億m3、3億m3.53億m3，這些河流大多存在調(diào)蓄能力差、水流急、坡度大、流程短等特征，均屬于獨流入海河流。半島水資源平均量88.05億m3，其中地下和地表水15.36億m3、86.13億m3，重復(fù)水量13.44億m3，地下水開采率66%且沿海地區(qū)水質(zhì)污染、地下水超采等現(xiàn)象嚴重。遼東半島人均水資源量略高于遼寧省平均水平為1134m3，地下水持續(xù)開發(fā)使得海水入侵和地下水下降問題突出。調(diào)查資料顯示，河流上游水質(zhì)較好達到Ⅰ、Ⅱ類標準，受城鎮(zhèn)污水排放影響中下游水質(zhì)較差，其中登沙河、復(fù)州河下游局部水環(huán)境污染嚴重，水質(zhì)為Ⅳ類標準。

1.2 評價方法

根據(jù)國家福利貢獻率大小分配各個工業(yè)部門電力的研究課題，美國運籌學(xué)家T.L.Saaty基于多目標綜合評價法與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論提出了多準則決策的AHP層次分析法，可實用、靈活、簡便的定量分析定性問題。其基本原理是將待評價對象的影響元素按照實現(xiàn)目標的程度和問題性質(zhì)分解為多個層次，通過對比分析某一層次兩兩元素間的相對重要性構(gòu)造梯階層次結(jié)構(gòu)，然后對各層級要素之間的相對重要次序利用數(shù)學(xué)方法進行計算，從而給出評價體系中所有元素的總排序及其權(quán)重。詳細的分析流程為：①依據(jù)梯階框架建立層次結(jié)構(gòu)體系；②考慮專家意見和待評價對象實際情況構(gòu)造判斷矩陣；③通過特征向量與特征根的計算確定單排序，為保證評價結(jié)果的可靠性需檢驗矩陣的一致性；④根據(jù)單排序結(jié)果對本層級各元素相對于上層級的重要度求解，從而獲得滿足一致性檢驗的指標權(quán)重值。

2 水資源可持續(xù)利用潛力評價

遵循可操作性、協(xié)調(diào)性、層次性和科學(xué)性等原則選擇評價指標，考慮區(qū)域水資源可持續(xù)利用目標及內(nèi)涵特征，構(gòu)建包含指標層、準則層和目標層的水資源可持續(xù)利用潛力評價體系。

2.1 影響因子分析

生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會與水資源系統(tǒng)之間存在相互影響、互相制約的復(fù)雜關(guān)系，理清三者之間的作用關(guān)系為評價分析水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力的重要前提。因此，文章選取水資源、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟和政策作為評價準則層構(gòu)成。

1)政策指標。綜合考慮生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟、社會整個系統(tǒng)的動態(tài)性和復(fù)雜性特征，尤其是現(xiàn)有國情下遼東半島水資源可持續(xù)利用潛力受各種水資源政策的直接影響程度。因此，文章在評價體系中納入政策因素滿足科學(xué)合理性要求。根據(jù)遼東半島水資源管理措施與政策，參考相關(guān)研究資料選擇較好體現(xiàn)政策因素的6個參數(shù)，即第三產(chǎn)業(yè)比重、水價調(diào)整幅度、海水淡化量、再生水回用率、應(yīng)急供水調(diào)水量、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉率。

2)經(jīng)濟社會指標。水資源可持續(xù)利用潛力受經(jīng)濟社會發(fā)展的影響顯著，而保障經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)為水系統(tǒng)狀況，二者存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性。文章選擇能夠反映區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的10個指標，即工業(yè)用水比重、城市人口比例、第一產(chǎn)業(yè)比重、人口自然增長率、人口密度、人均耕地面積、人均GDP、萬元GDP耗水量、單位面積灌溉用水量和GDP增長率。

3)生態(tài)環(huán)境指標。合理有效的利用水資源可降低生活污水和工業(yè)廢水的排放，改善水源涵養(yǎng)條件和生態(tài)環(huán)境，同時具有巨大的經(jīng)濟效益。對此，選擇6個生態(tài)環(huán)境要素用于評價水系統(tǒng)利用潛力，具體為地下水開采率、森林覆蓋率、工業(yè)廢污水占水資源比率、生態(tài)用水量、單位GDP工業(yè)廢水排放量和工業(yè)COD排放量。

4)水資源指標。水資源可持續(xù)利用潛力在很大程度上受水資源空間分布特征及其數(shù)量影響，根據(jù)區(qū)域水資源利用狀況提取4個典型參數(shù)，即地下水供水比率、客水供水比例、單位面積水資源量和人均水資源量。

2.2 數(shù)據(jù)標準化處理

各參評指標的無量鋼化為初始數(shù)據(jù)標準化處理的目的，由此消除不同指標單位和數(shù)量級不同而帶來的不可通透性，以便于指標的比較和加權(quán)運算等，確保評價結(jié)果的合理性和科學(xué)性。當前，按小數(shù)定標標準化、Z-score標準化和最小-最大標準化為評價指標標準化處理的常用方法，文章對水資源可持續(xù)利用潛力初始數(shù)據(jù)考慮最大-最小標準化法處理，表達式為：

(1)

式中：Ximin、Ximax為第i項指標在不同地區(qū)的最小、最大值；Xi、Zi為參評指標i在不同地區(qū)的取值及其標準化值。根據(jù)水資源可持續(xù)利用潛力的具體內(nèi)涵將評價指標分為正相關(guān)、負相關(guān)兩大類，正向和負向指標的表達符號為“+”、“-”，利用以上公式所有參數(shù)值標準化處理至0-1區(qū)間，評價體系見表1。

3 實例分析

選用2016年遼東半島7地市水資源公報、遼寧省節(jié)水型社會建設(shè)“十三五”規(guī)劃及各地區(qū)統(tǒng)計年鑒獲取評價體系中各參數(shù)的初始數(shù)值，見表2。

3.1 研究區(qū)指標數(shù)據(jù)標準化

根據(jù)標準化計算公式和整理好的各參數(shù)初始值，按照文中所述步驟完成26個參評指標在各研究單元的標準處理，處理后的參數(shù)值處于0-1范圍，在Excel軟件中完成數(shù)據(jù)的運算，見表3。

表1 遼東半島水資源可持續(xù)利用潛力評價體系

表2 遼東半島各參評指標初始數(shù)據(jù)

續(xù)表2 遼東半島各參評指標初始數(shù)據(jù)

表3 遼東半島各參評指標標準值

續(xù)表3 遼東半島各參評指標標準值

3.2 指標權(quán)重的計算

評價體系中各層次權(quán)重的計算為水資源可持續(xù)利用潛力分析的重要條件，各因素權(quán)重利用Excel軟件和文中相關(guān)公式計算確定。采用專家調(diào)查法獲取各個層次的判斷矩陣，邀請資源環(huán)境方面的講師、副教授和教授等10位專家組成小組給予評分，在滿足隨機一致性比例CR值<0.1的條件下求解各指標組合權(quán)重，見表1。

3.3 評價指標綜合得分及排序

根據(jù)標準化處理后的指標數(shù)值和層次分析法求解的組合權(quán)重，對遼東半島各研究單元的綜合得分進行計算，即標準化數(shù)值和組合權(quán)重乘積運算結(jié)果獲取7個評價單元的綜合得分，見表4。其中，將初始評分擴大10倍為表4中的綜合評分。

表4 評價體系中準則層各因素綜合得分及排序

從表4可知，可持續(xù)利用潛力較大的為盤錦、大連和營口市，其次為本溪、丹東和遼陽，鞍山地區(qū)的可持續(xù)利用潛力較小。

3.4 水資源可持續(xù)利用潛力評價結(jié)果

從政策因素的層面，評分較高的盤錦、本溪和遼陽市處于第一層次；其次為丹東、大連和營口市的第二層次；評分較低的為鞍山市。根據(jù)實際情況，本溪、盤錦和遼陽市為遼東半島政策優(yōu)勢，因經(jīng)濟發(fā)展和區(qū)位要素鞍山市的政策優(yōu)勢較少。

從社會經(jīng)濟的層面，盤錦、營口、本溪和大連地區(qū)得分較高屬于一個層次，而遼陽、丹東和鞍山地區(qū)的評分較少為另一層次，其原因為萬元GDP耗水量和GDP增長率在社會經(jīng)濟子系統(tǒng)中的權(quán)重占最高，而丹東。遼陽和鞍山地區(qū)正處于經(jīng)濟快速發(fā)展時期，這兩項負向指標的數(shù)值較高，因此使得該子系統(tǒng)總體得分較低；而大連、本溪、營口和盤錦地區(qū)的經(jīng)濟增速較為平穩(wěn)，萬元GDP耗水量在節(jié)能降耗影響下較少，因此評分也較高。

從生態(tài)環(huán)境的角度，盤錦、營口和大連地區(qū)為得分較高的第一層次，其它均處于第二層級。工業(yè)廢水占比和單位GDP工業(yè)廢水排放量在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的比率較大，而這兩項負向指標在遼陽和丹東地區(qū)的指標值較大，從而使得綜合得分相對較低。

從水資源的角度分析，營口和大連地區(qū)的水資源得分最高為第一層次，得分最低的為遼陽地區(qū)，其它地區(qū)為第二層次?？退偷叵滤┧壤谒Y源子系統(tǒng)中的比率最大，同時相對于整個評價體系而言，這兩個負向因子的權(quán)重值最大，而在本溪和遼陽地區(qū)這兩項因子值最小，相應(yīng)的得分最高。

綜上分析，綜合評價體系中權(quán)重最大的為水資源因素(表1)，因此水資源利用潛力總評分中水資源因素的得分占比最大，其排序狀況在很大程度上決定了最終排序，所以大連地區(qū)的最終排序為第二，這在很大程度上取決于水資源因素為第二的排序。

4 結(jié) 論

水資源利用潛力各評價指標權(quán)重利用層次分析法和專家調(diào)查法進行求解，結(jié)果表明指標權(quán)重較大的指標有客水和地下水供水比例、水價調(diào)整幅度、GDP增長率、人均水資源量、單位面積水資源、工業(yè)COD排放量等。綜合評分中，可持續(xù)利用潛力較大的為盤錦、大連和營口市，其次為本溪、丹東和遼陽，鞍山地區(qū)的可持續(xù)利用潛力較小，該評價結(jié)果和遼東半島水資源管理和政策措施實際情況基本相符。根據(jù)研究成果和區(qū)域水資源利用現(xiàn)狀，可為半島水生態(tài)保護和提升水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力提供科學(xué)指導(dǎo)。