孫海波

(營口市水利事務(wù)中心，遼寧 營口 11500)

1 遼陽市概況

遼陽市屬于遼寧中部城市，屬于渾太河流域，地形高程從東南向西南逐步遞減，東南、東北部屬于千山及龍崗山脈的山丘地帶，西部屬于遼河平原區(qū)域。全市山丘、平原的面積占總面積的比例分別為59.2%以及40.8%[1]。遼陽市境內(nèi)流域面積在10km2以上的中小河流數(shù)目為104條，流域面積在50km2以上的河流數(shù)目為32條，流域面積在100km2以上河流數(shù)目共為17條[2]。遼陽屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏季降水量約占全年降水總量的70%。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，遼陽市非農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)人口占全市人口的比例分別為43.76%以及56.24%[3]。太子河為遼陽市出境河流，出境水量全部流入鞍山境內(nèi)，遼陽市出、入境水量多年平均值分別為25.64億m3及21.3億m3[4]。近些年來，遼陽各河流水質(zhì)總體變化較為平穩(wěn)，汛期河流水質(zhì)超標(biāo)主要為氨氮和生化需氧量，高錳酸鹽指數(shù)為非汛期主要超標(biāo)水質(zhì)之一[5]，遼陽地區(qū)共有2座大型水庫，3座小型水庫，水庫蓄水的重庫容為150000萬m3，各水庫均位于太子河干支流上，區(qū)域內(nèi)有17座庫容<10萬m3的塘壩工程，蓄水庫容總量達(dá)到11.81萬m3[6]。全遼陽市水井取水總量為55187.8萬m3，其中遼陽縣、燈塔市水井工程分別為77923眼和83800眼[7]。通過對遼陽市水資源現(xiàn)狀進(jìn)行分析，區(qū)域水資源時空分布不均勻，水資源開發(fā)利用合理度較低，不同分區(qū)水資源使用水平存在明顯差異，部分河流水質(zhì)狀況未得到改善[8]。由于蓄水配套工程與社會經(jīng)濟未能同步進(jìn)行，使得部分地區(qū)供水能力較高，而一些區(qū)域的供水能力較小，此外由于部分區(qū)域超采地下水，使得首山地下水資源開發(fā)程度過高，區(qū)域水資源供需矛盾逐步加劇[9]。針對當(dāng)前遼陽地區(qū)水資源問題和矛盾，基于當(dāng)前引、調(diào)水工程措施，綜合考慮遼陽市生產(chǎn)力發(fā)展、水資源開發(fā)利用潛力，通過構(gòu)建評估模型對遼陽地區(qū)水資源承載能力進(jìn)行評估，并提出水資源合理配置的相關(guān)措施，為遼陽地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展布局提供重要的參考依據(jù)。

2 水資源承載能力評估方法

2.1 構(gòu)建評估指標(biāo)

結(jié)合水資源、需水、生態(tài)環(huán)境用水3個方面，基于區(qū)域水資源特點，建立水資源承載能力的評估指標(biāo)體系。評估指標(biāo)體系，見表1。

表1 評估指標(biāo)體系

2.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合遼陽市水資源評估指標(biāo)對各評價指標(biāo)進(jìn)行等級劃分，制定不同等級的評價標(biāo)準(zhǔn)，評估指標(biāo)劃分的等級標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 評估指標(biāo)劃分的等級標(biāo)準(zhǔn)

此外對于區(qū)域地表水合格率<50%作為一票否決的特殊指標(biāo)，當(dāng)?shù)乇硭|(zhì)合格率<50%，則可認(rèn)定區(qū)域水資源承載能力超過極限值，生態(tài)環(huán)境被破壞，需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行治理和保護。為了更好的表征區(qū)域的水資源承載能力的變化特點，對V1，V2，V3評估值設(shè)置在0-1，評分值分別為0.96、0.52以及0.06，這樣就可以對水資源承載能力的各個因素進(jìn)行不同等級的劃分，評分值越大，表明水資源開發(fā)的潛力越高，評分值越低表明水資源開發(fā)的潛力越小。

2.3 評估模型

文章采用模糊綜合評價模型對各構(gòu)建的評估指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合綜合分析結(jié)果定量評估區(qū)域水資源承載的能力，模糊綜合評估方程為：

(1)

式中：bj為評估指標(biāo)；ai為各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重；ri為第i行的評價指標(biāo)對各因子的影響程度；rj為第j列評價指標(biāo)對各因子的影響程度；在具體評價時，結(jié)合評價指標(biāo)的隸屬度，與指標(biāo)權(quán)能重進(jìn)行單個指標(biāo)進(jìn)行綜合，計算方程式為：

(2)

得到評估指標(biāo)后，按照最大隸屬原則對各指標(biāo)進(jìn)行評分，評分的原則為基于上一級模糊綜合評估結(jié)果，將評估指標(biāo)集合U按照不同類別進(jìn)行子集S的劃分，各子集分別為U1，U2，L，Us，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H的水資源特點，還需要對各子集進(jìn)行再次的劃分，對每個因子進(jìn)行綜合評價。在具體評估過程中，按照實際的數(shù)據(jù)對不同因素進(jìn)行分級評估，為了降低各等級評估指標(biāo)之間差異度，對不同指標(biāo)的隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊光滑處理，對中間區(qū)域的評估指標(biāo)隸屬度盡量調(diào)整趨近于1.0，兩側(cè)隸屬度按0.5進(jìn)行調(diào)整，兩側(cè)中間點按逐步遞減進(jìn)行處理。對于V1和V兩側(cè)的區(qū)間，設(shè)定其臨界值隸屬區(qū)間>0.5，按照上述方法對評估指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行計算，指標(biāo)隸屬度計算方程為：

K2=(K1+K3)

(3)

在方程中V1和V2及V2和V3的臨界值分別為K1和K3，K2為不同區(qū)間各等級的中間值。并對各評價因子U1，U2，U3進(jìn)行相對應(yīng)的隸屬度的計算：

(4)

(5)

(6)

對各評價因子U1，U2，U3進(jìn)行相對應(yīng)的隸屬度的計算：

(7)

(8)

(9)

通過以上方程對不同等級隸屬度rij進(jìn)行計算，并按照各評級指標(biāo)對區(qū)域水資源承載能力的影響程度進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定，形成評估指標(biāo)權(quán)重矩陣。

A=(a1,a2,···am)

(10)

結(jié)合權(quán)重和隸屬度函數(shù)的矩陣，對地區(qū)水資源承載能力進(jìn)行評估計算，不同等級對應(yīng)的評估值即為區(qū)域水資源承載能力的綜合值。

3 遼陽市水資源承載能力評估結(jié)果

3.1 遼陽市水資源平衡分析結(jié)果

結(jié)合三次水資源平衡分析的方法，結(jié)合內(nèi)部水資源潛力、水利用效率改善、減少用水指標(biāo)三個方面進(jìn)行遼陽市水資源的3次平衡分析。遼陽市水資源平衡分析結(jié)果，見表3。

表3 遼陽市水資源平衡分析結(jié)果 萬m3

遼陽市在現(xiàn)狀用水條件下通過水利調(diào)水工程實施后可使得缺水量明顯減少，在2020年能夠滿足保證率為60%和80%的用水總需求，但是不能滿足用水率為90%的用水需求。進(jìn)入2030年后，可以滿足保證率為50%的用水總量要求，但不能滿足用水保證率為80%和95%的用水總量的要求。由此可以分析，遼陽地區(qū)遠(yuǎn)景規(guī)劃年水資源供需矛盾也將存在。因此需要對遼陽市進(jìn)行節(jié)水、中水利用、對內(nèi)部水資源潛力進(jìn)行挖掘為主的水資源非常規(guī)利用等工作。

3.2 遼陽市評價矩陣的計算

結(jié)合遼陽社會經(jīng)濟統(tǒng)計、資源數(shù)據(jù)，對現(xiàn)狀年、規(guī)劃年份的評價矩陣系數(shù)分析結(jié)果，見表4。

表4 不同用水目標(biāo)下遼陽市評價矩陣分析結(jié)果

從不同目標(biāo)年份下的水資源承載能力預(yù)測分析結(jié)果可看出，農(nóng)業(yè)需水量依然是區(qū)域水資源最大的需水類別，其次為工業(yè)需水，相比于其他用水，生態(tài)環(huán)境需水比例較低，這主要是因為水資源供水目標(biāo)主要還是首先滿足生活和生產(chǎn)用水的需求。

3.3 遼陽市水資源承載能力指標(biāo)構(gòu)建

結(jié)合遼陽市節(jié)水規(guī)劃需求和前述的水資源綜合評估指標(biāo)體系，選取8個指標(biāo)作為水資源承載能力評估的主要指標(biāo)。遼陽市水資源承載能力評估指標(biāo)定量結(jié)果，見表5。

表5 遼陽市水資源承載能力評估指標(biāo)定量結(jié)果

綜合考慮遼陽市節(jié)水規(guī)劃需求和現(xiàn)狀水資源特點，選取8個典型指標(biāo)作為遼陽市水資源承載能力評估指標(biāo)，從分析結(jié)果可看出，工業(yè)用水重復(fù)率得到有效控制，并通過節(jié)水措施對農(nóng)田灌溉的有效利用系數(shù)進(jìn)行了提升，2011年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)值為0.59，到2030年遠(yuǎn)景規(guī)劃年，田灌溉的有效利用系數(shù)提升到0.73。生產(chǎn)和生活用水作為遼陽市供水要求最大的兩類水資源，其用水定額也相應(yīng)的增加。

3.4 遼陽市水資源承載能力指標(biāo)隸屬度分析結(jié)果

結(jié)合評價矩陣及各評價指標(biāo)，對不同供水保證率條件下的8個指標(biāo)不同等級的隸屬度進(jìn)行分析，遼陽市不同保證率下對應(yīng)的不同等級各指標(biāo)的隸屬度分析結(jié)果，見表6。

表6 遼陽市不同保證率下對應(yīng)的不同等級各指標(biāo)的隸屬度分析結(jié)果

3.5 遼陽市水資源承載能力綜合評估結(jié)果

結(jié)合不同等級指標(biāo)的隸屬度分析結(jié)果，采用不同指標(biāo)的權(quán)重即可對遼陽市不同水平年份各保證率下的水資源承載能力進(jìn)行評估。遼陽市各水平年下不同保證率的水資源承載能力評估結(jié)果，見表7。

表7 遼陽市各水平年下不同保證率的水資源承載能力評估結(jié)果

從分析結(jié)果可看表明在不考慮節(jié)水措施、外調(diào)水、以及新建蓄水工程的前提下，遼陽市現(xiàn)有水資源供給度已經(jīng)不能滿足社會經(jīng)濟、生產(chǎn)生活的需水要求，綜合評估結(jié)果表明遼陽市水資源處于超載的狀況，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)區(qū)域水質(zhì)達(dá)標(biāo)率也呈現(xiàn)下降趨勢，地下水質(zhì)影響程度更高。在綜合考慮跨區(qū)域調(diào)水、中水回用等措施后，在現(xiàn)狀用水效率不發(fā)生改變的前提下，未來遠(yuǎn)景年水資源承載能力逐步趨于飽和狀態(tài)，到2030年后水資源超載情況將逐步顯現(xiàn)。在提高用水效率的情況下，在采用跨區(qū)域調(diào)水和非常規(guī)用水措施力度加大后，水資源供需矛盾可以得到一定程度的解決，遼陽市水資源承載能力將得到提升。

4 結(jié) 論

1)按照當(dāng)前遼陽市用水效率，本地水資源可支撐規(guī)劃年2030年GDP的最大值分別為年1072億元?？紤]跨區(qū)域調(diào)水和現(xiàn)狀用水效率的前提下，規(guī)劃年可支撐的GDP的最大值為2109億元。考慮節(jié)水措施和用水效率提高的前提下，規(guī)劃年可支撐的GDP的最大值為4842億元。

2)通過遼陽市水資源超載能力綜合分析，在區(qū)域適宜發(fā)展速率的前提下，規(guī)劃年2030可承載的人口總數(shù)和GDP總量為193萬人和3090億元。

3)建議加大遼陽市節(jié)水措施的升級改造，到2030年農(nóng)業(yè)灌溉效率提升到0.71，工業(yè)用水重復(fù)率提高到90%以上。