聶 凱

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口 115003)

0 引 言

借鑒相關(guān)研究成果，現(xiàn)階段對(duì)水資源承載力尚未形成統(tǒng)一的理論體系和認(rèn)知，如王建華、侯麗敏、惠泱河、段青春等對(duì)承載力的定義均有過(guò)不同的解釋。但無(wú)論研究人員如何的定義，都是以水資源最大支撐的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模為基礎(chǔ)。所以，可通過(guò)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資源等要素確定水資源承載力。目前，綜合評(píng)價(jià)水資源承載力的方法較多，如逼近理想解排序法(TOPSIS)、態(tài)勢(shì)分析法(SWOT)、模糊綜合法(FCE)、主成分法(PCA)、層次分析法(AHP)等。其中，TOPSIS法因存在信息失真小、樣本數(shù)量要求低、使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在綜合評(píng)價(jià)水資源承載力方面得到廣泛應(yīng)用，如夏歡等、何剛等、屈小娥等研究。然而，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中TOPSIS法也存在一些不足，該方法無(wú)法體現(xiàn)正負(fù)理想解與各方案的貼近程度，使得最接近理想點(diǎn)的解并不一定是TOPSIS法求出的最優(yōu)解，如郭強(qiáng)華等、Opricovicetal。為解決TOPSIS法存在的以上問(wèn)題，有學(xué)者提出一種多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(VIKOR)，該方法能夠兼顧個(gè)體遺憾值與群體效用值，從而獲取一個(gè)折衷解。目前，在水系統(tǒng)領(lǐng)域VIKOR法已得到一定應(yīng)用，但利用VIKOR法綜合評(píng)價(jià)水資源承載力的研究還鮮有報(bào)道[1-5]。

1 研究區(qū)概況

營(yíng)口市地處大遼河入海口之左岸，遼東半島西北部，地理坐標(biāo)為E121°56′-123°02′、N39°55′-40°56′，全市總面積5415.68km2，現(xiàn)轄鲅魚(yú)圈區(qū)、西市區(qū)、老邊區(qū)、站前區(qū)4個(gè)區(qū)，蓋州市、大石橋市2個(gè)縣級(jí)市，被稱為環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈最具競(jìng)爭(zhēng)力的城市。2014年末，營(yíng)口市總?cè)丝谶_(dá)到233.3萬(wàn)人，生產(chǎn)總值1591.1億元。境內(nèi)河網(wǎng)密布，各支流蜿蜒曲折，分布有大清河、熊岳河、碧流河、浮渡河、遼河等130余條河流，建有33座小型水庫(kù)和4座大中型水庫(kù)。雖然營(yíng)口市水資源總儲(chǔ)蓄量豐富，但其人均占有量(342m3)較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全省及全國(guó)平均水平，按照國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)屬于水資源匱乏區(qū)。此外，營(yíng)口市具有較高的水資源開(kāi)發(fā)利用率，現(xiàn)狀開(kāi)采率達(dá)到61%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出40%的界限值，長(zhǎng)期以來(lái)該區(qū)域都處于缺水狀態(tài)。受地形條件和季風(fēng)性氣候影響，在時(shí)間與空間上降水分布不均，汛期6-9月降水比較集中，并且多為強(qiáng)降雨。總體上，水資源系統(tǒng)存在可利用總量少、開(kāi)采成本高、邊際效益低、開(kāi)發(fā)難度大等特點(diǎn)，加之降水分布不均、水環(huán)境污染等，明顯增加了水資源的利用難度。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)體系

水資源承載力評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是如何構(gòu)建系統(tǒng)、全面的綜合評(píng)價(jià)體系，如左其亭等提出應(yīng)在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、水資源復(fù)合系統(tǒng)中研究水資源承載力。一般地，綜合評(píng)價(jià)體系可劃分為3個(gè)層次，即指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層。目標(biāo)層體現(xiàn)了復(fù)合系統(tǒng)中水資源的配置情況與整體變化；準(zhǔn)則層由水環(huán)境、水資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等子系統(tǒng)構(gòu)成，它是進(jìn)一步細(xì)化的目標(biāo)，可用于描述水資源承載力受污染物排放、水資源開(kāi)發(fā)利用、水資源總量、各行業(yè)用水效率、生活品質(zhì)提高、人口增長(zhǎng)等因素的影響；指標(biāo)層包含各項(xiàng)參評(píng)因子，它是承載力評(píng)價(jià)的具體體現(xiàn)，選取的參評(píng)指標(biāo)應(yīng)符合數(shù)據(jù)準(zhǔn)確易獲取、含義清晰易懂、代表性強(qiáng)等要求。因此，文章結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，充分考慮營(yíng)口市水資源現(xiàn)狀，遵循科學(xué)性、獨(dú)立性、準(zhǔn)確性、可行性等原則選擇17項(xiàng)典型指標(biāo)，構(gòu)建多因素多層次承載力評(píng)價(jià)體系如表1。根據(jù)水資源承載力與參評(píng)指標(biāo)之間的相關(guān)性，將評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為數(shù)值越小承載力越高(成本型)、數(shù)值越大承載力越優(yōu)(效益型)兩類。

表1 營(yíng)口市水資源承載力評(píng)價(jià)體系

2.2 VIKOR評(píng)價(jià)法

1998年，Opricovic教授基于LP-metric聚合函數(shù)提出了一種多屬性決策的VIKOR法，通過(guò)計(jì)算正、負(fù)理想解確定各決策方案的折衷解，在決策過(guò)程穩(wěn)定且處于可接受優(yōu)勢(shì)范圍內(nèi)，按照理想方案與各決策方案之間的接近程度實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣排序。考慮個(gè)人主觀偏好的VIKOR法的最大特色，就是妥協(xié)了最小化的“個(gè)體遺憾”和最大化的“群體效益”，為更加合理的解決多屬性決策問(wèn)題提供了條件。一般地，可將VIKOR法分為利益比率計(jì)算、個(gè)體遺憾值與群體效益值計(jì)算，理想解計(jì)算、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、權(quán)重計(jì)算5個(gè)步驟，具體如下：

步驟1：權(quán)重的計(jì)算。目前，比較常用的權(quán)重計(jì)算方法包括組合賦權(quán)法、CRITIC法、熵權(quán)法、德?tīng)柗品ǖ?。其中，以沖突性和對(duì)比強(qiáng)度為基礎(chǔ)的CRITIC法，在構(gòu)造權(quán)重時(shí)考慮了參評(píng)指標(biāo)受關(guān)聯(lián)性、變異性的影響，所以該方法能夠最大程度的挖掘原始數(shù)據(jù)信息，可以準(zhǔn)確的計(jì)算指標(biāo)客觀權(quán)重。然而，有學(xué)者認(rèn)為利用標(biāo)準(zhǔn)差判別數(shù)據(jù)變異程度的CRITIC法，通常存在誤差大、準(zhǔn)確度等問(wèn)題；李寧馨等研究認(rèn)為平均差能夠客觀、全面地描述數(shù)據(jù)變異程度。鑒于此，對(duì)各參評(píng)指標(biāo)權(quán)重(如表1)利用平均差改進(jìn)的CIRTIC法計(jì)算，即：

(1)

(2)

式中：Ej、ADj為參評(píng)指標(biāo)j的信息量及其平均差；ρij為參評(píng)指標(biāo)i與j之間的相關(guān)系數(shù)；ωj為參評(píng)指標(biāo)j的權(quán)重。

步驟2：數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。為了便于計(jì)算分析需要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，經(jīng)處理所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱的數(shù)值，即效益型和成本型指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

(3)

(4)

式中：aij、rij為決策方案i中參評(píng)指標(biāo)j的原始數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

步驟3：理想解的計(jì)算。正理想解是指最小化成本型指標(biāo)且最大化效益型指標(biāo)的決策方案，負(fù)理想解是指最大化成本型指標(biāo)且最小化效益型指標(biāo)的決策方案，固定值法、絕對(duì)值法、最大最小值法是常用的理想解計(jì)算方法。對(duì)于理想解的計(jì)算，文章擬選用絕對(duì)值法以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠穩(wěn)定性，其表達(dá)式為：

(5)

(6)

步驟4：個(gè)體遺憾值與群體效用值。個(gè)體遺憾值是指最高值與其他值在某決策方案中的差額，主要用于描述因決策者判斷失誤所帶來(lái)的價(jià)值損失。群體效用值是一種反映對(duì)于得失效果決策者們的態(tài)度與看法的數(shù)值，即衡量對(duì)于某些事物決策者的個(gè)人偏好與主觀傾向。在個(gè)體遺憾值與群體效用值計(jì)算過(guò)程中，VIKOR法忽視了負(fù)理想解信息而僅考慮正理想解的數(shù)據(jù)。雖然，正、負(fù)理想解存在一定的關(guān)聯(lián)，但負(fù)理想解還是存在其特有的信息。所以，對(duì)個(gè)體遺憾值和群體效用值的計(jì)算，文章擬設(shè)定的參照值有正、負(fù)理想解兩種情況，參照值選正理想解時(shí)的計(jì)算式為：

(7)

參照值選負(fù)理想解時(shí)的計(jì)算式為：

(8)

綜合考慮以上兩種情況，最終可以利用下式計(jì)算決策方案的個(gè)體遺憾值和群體效用值，其表達(dá)式為：

(9)

(10)

步驟5：利益比率與排序。將個(gè)體遺憾值與群體效用值相結(jié)合計(jì)算確定利益比率Qi，為了促使VIKOR法能夠達(dá)到個(gè)體遺憾的最小化和群體效用的最大化需要引入決策機(jī)制系數(shù)u，該值越大則反對(duì)者的個(gè)體遺憾越不被注重，決策過(guò)程中最大化群體效用越被注重。為了同時(shí)達(dá)到個(gè)體遺憾最小化和群體效用最大化決策機(jī)制系數(shù)u取0.5，并按降序排列利益比率，其計(jì)算式為：

(11)

Si,max=maxSi，Si,min=minSi，
Ri,max=maxRi，Ri,min=minRi

(12)

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以2010-2019年《營(yíng)口市統(tǒng)計(jì)年鑒》作為各參評(píng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)于其中缺失的數(shù)據(jù)參照相關(guān)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、《營(yíng)口市水資源公報(bào)》、《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料補(bǔ)充。然后按照前文所述步驟，收集整理各項(xiàng)參評(píng)指標(biāo)初始數(shù)據(jù)，利用公式(3)-(12)完成利益比率Qi、個(gè)體遺憾值、群體效用值、正負(fù)理想值和初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等計(jì)算處理。水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值為利益比率Qi，其值越小則承載力越高。

3.2 水資源承載力縱向分析

綜合評(píng)價(jià)2010-2019年?duì)I口市水資源承載力，如表2和圖1。由圖1(a)可知，2010-2019年研究區(qū)綜合評(píng)價(jià)值呈逐年減小的趨勢(shì)，則營(yíng)口市水資源承載力不斷增強(qiáng)。根據(jù)其變化特點(diǎn)，總體上劃分成3個(gè)階段：2010-2015年的第一階段，該階段綜合評(píng)價(jià)值不斷減小，從0.7365穩(wěn)步減小至0.4150，這是由于營(yíng)口市采取了環(huán)境保護(hù)政策和節(jié)水措施，同時(shí)水資源總量整體穩(wěn)定，所以此期間承載力穩(wěn)步增強(qiáng)；2015-2016年的第二階段，該階段綜合評(píng)價(jià)值明顯增加，從0.4150快速增大至0.8641，變化幅度達(dá)到50%以上，并達(dá)到研究期的最高值。這是由于2016年?duì)I口市水資源總量較2015年減少了近20%，此年遭受了嚴(yán)重的旱災(zāi)且水資源利用率達(dá)到80%，局部地下水被過(guò)度開(kāi)采；2016-2019年的第三階段，該階段的綜合評(píng)價(jià)值逐年減少至2016年之前的水平，并進(jìn)一步下降至最低水平，年均下降幅度0.2160。產(chǎn)生這種變化的原因有很多，例如解決干旱問(wèn)題后水資源總量逐步得以恢復(fù)，農(nóng)田灌溉節(jié)水技術(shù)在大規(guī)模干旱后得到廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)用水效率明顯提升，實(shí)行階梯式水價(jià)營(yíng)口市生活節(jié)水取得了明顯成效。此外，近年來(lái)營(yíng)口市建設(shè)實(shí)施了一批跨流域調(diào)水工程、節(jié)水增糧項(xiàng)目和灌區(qū)節(jié)水改造工程等，有效解決了干旱缺水問(wèn)題。以上措施和政策的有效實(shí)施，為快速恢復(fù)營(yíng)口市水資源承載力創(chuàng)造了有利條件，評(píng)價(jià)結(jié)果能夠客觀真實(shí)的反映城市水資源狀況。

表2 營(yíng)口市各區(qū)、縣2019年水資源承載力

表2 營(yíng)口市2010-2019年水資源承載力

由圖1(b)可知，2010-2019年?duì)I口市水資源子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)變化特征，其原因?yàn)榈乇硭Y源占比、供水模數(shù)、產(chǎn)水模數(shù)等均可對(duì)評(píng)價(jià)值造成影響。在時(shí)間分布上，水資源總量不均使得人均水資源量下降、水資源波動(dòng)變化，這在一定程度上增加了該子系統(tǒng)壓力。為滿足水資源供給需求，營(yíng)口市保持較高的水資源利用率(60.72%)，明顯高于40%的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)營(yíng)口市水資源短缺問(wèn)題較為突出。營(yíng)口市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值表現(xiàn)出波動(dòng)下降的變化特征，這主要與不斷推廣應(yīng)用的節(jié)水技術(shù)有關(guān)，從而使得農(nóng)業(yè)灌溉、生產(chǎn)生活用水量有所下降。2019年較2010年的萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、萬(wàn)元第一產(chǎn)業(yè)增加值用水量、萬(wàn)元生產(chǎn)總值用水量減少了48.1%、65.0%、71.6%。在2013年生活用水量達(dá)到2.91×108m3后不斷減少至2019年的1.94×108m3。然而，營(yíng)口市節(jié)水灌溉系數(shù)(0.62)較發(fā)達(dá)國(guó)家的0.7-0.8還存在一定差距，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量(10.61m3)較世界先進(jìn)水平的3.75m3、國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的5.0m3還存在較大提升空間，生活節(jié)水器具普及率也有待進(jìn)一步提升。營(yíng)口市水環(huán)境子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值表現(xiàn)出先增加后減少的變化特征，這主要與污染物排放量、生態(tài)環(huán)境用水率等因素有關(guān)。污染物排放量隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不斷增加，并且在2013-2015年排放量達(dá)到最高，此后隨著污水處理率的提高和污水治理投資的加大，污染物開(kāi)始逐漸減小，在2016年后該子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值逐步較少。由此表明，水資源承載力雖然會(huì)受到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響，但隨著污水處理率的提高和治理力度的加大，能夠緩和并化解經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源承載力之間的矛盾。綜上分析，營(yíng)口市仍具有較大的水資源承載力提升空間，其有效途徑是加大治理力度和投資規(guī)模等。

(a)綜合評(píng)價(jià)值

(b)各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值

3.3 水資源承載力橫向評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)2019年?duì)I口市各市、區(qū)的水資源承載力，如表3和圖2。由圖2可知，綜合評(píng)價(jià)值較小的有大石橋市、蓋州市、鲅魚(yú)圈區(qū)，該地區(qū)水資源承載力較高，而綜合評(píng)價(jià)值較大的有西市區(qū)、老邊區(qū)、站前區(qū)，這些地區(qū)水資源承載力較低。由表3可知，蓋州市、大石橋市的水資源子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值較小，該子系統(tǒng)承載力較高，這些地區(qū)具有較豐富的水資源，并且水庫(kù)、河流較多；老邊區(qū)、西市區(qū)和站前區(qū)的水環(huán)境較差，評(píng)價(jià)值較高，承載力較低；西市區(qū)、站前區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值較高，該區(qū)域?qū)儆谏钣盟袇^(qū)，所以評(píng)價(jià)值偏高。

圖2 2019年?duì)I口市各市、區(qū)水資源承載力

由此表明，水資源條件與部分地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、結(jié)構(gòu)不匹配，水資源承載力不足以維持現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)利用程度。以老邊區(qū)為例，該區(qū)域水資源總量較少但產(chǎn)業(yè)密集、人口稠密，水資源承載力偏低且開(kāi)發(fā)率利用率較高；此外，老邊區(qū)污染物排放量高水環(huán)境壓力大，在水環(huán)境保護(hù)、非常規(guī)水資源利用和水利設(shè)施建設(shè)方面仍需對(duì)老邊區(qū)加大投入。

4 結(jié) 論

1)VIKOR法能夠有效協(xié)調(diào)環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)之間的關(guān)系，綜合考慮個(gè)體遺憾值和群體效用值確定折衷解，確保評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確的反映實(shí)際情況，該方法逐漸成為綜合評(píng)價(jià)水資源承載力的有效手段。

2)2010-2019年，營(yíng)口市綜合評(píng)價(jià)值呈逐年減小的趨勢(shì)，則水資源承載力不斷增強(qiáng)。這主要與水價(jià)政策的完善、節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用、跨流域調(diào)水工程建設(shè)等措施和政策的實(shí)施有關(guān)，營(yíng)口市仍具有較大的水資源承載力提升空間，其有效途徑是加大治理力度和投資規(guī)模等。

3)營(yíng)口市綜合評(píng)價(jià)值較小的有大石橋市、蓋州市、鲅魚(yú)圈區(qū)，這些地區(qū)水資源承載力較高，而綜合評(píng)價(jià)值較大的有西市區(qū)、老邊區(qū)、站前區(qū)，這些地區(qū)水資源承載力較低。此外，水資源條件與部分地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、結(jié)構(gòu)不匹配，水資源承載力不足以維持現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)利用程度。

4)為增強(qiáng)營(yíng)口市水資源承載力，建議合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，完善污水收集系統(tǒng)、減少污染物排放量，加強(qiáng)非常規(guī)水利用、提高污水處理能力，完善相關(guān)制度政策、減少用水量等措施，最大程度的維持水系統(tǒng)良性循環(huán)。