趙海安

(遼寧省本溪水文局,遼寧 本溪 117000)

1 研究方法

1.1 復(fù)合系統(tǒng)概念模型

城市水資源承載力是以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)為前提,以可預(yù)見(jiàn)的社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平為基礎(chǔ),通過(guò)優(yōu)化配置某一特定時(shí)間尺度下某一城市水資源,其最大支撐該城市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的能力[1]。其中,生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源是組成城市水資源承載力復(fù)合系統(tǒng)的三大子系統(tǒng),各子系統(tǒng)之間存在相互影響、互相制約的內(nèi)在復(fù)雜聯(lián)系,如圖1所示。

圖1 復(fù)合系統(tǒng)概念模型

1.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)城市水資源承載力復(fù)合系統(tǒng)以及生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源子系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系,遵循系統(tǒng)層、層次性、科學(xué)性和可操作性等原則構(gòu)建水資源承載力評(píng)價(jià)體系,如表1所示。

表1 本溪市水資源承載力評(píng)價(jià)體系與權(quán)重

1.3 主要評(píng)價(jià)流程

鑒于生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源子系統(tǒng)之間的不確定性和復(fù)雜性,以及復(fù)合系統(tǒng)評(píng)價(jià)的模糊性,故選擇模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)城市水資源承載力,其評(píng)價(jià)流程主要有建立評(píng)語(yǔ)集與參評(píng)因素集、隸屬度計(jì)算、合成算子加權(quán)運(yùn)算三大步驟。為了較為客觀地反映研究對(duì)象或事物的不確定性,盡量降低主觀隨意性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,選用熵值法計(jì)算各參評(píng)指標(biāo)權(quán)重,詳細(xì)流程見(jiàn)文獻(xiàn)[2-5]。通過(guò)聯(lián)合求解熵值法和模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法,確保研究區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性及客觀性。

根據(jù)各參評(píng)指標(biāo)對(duì)水資源承載力的影響程度,從強(qiáng)到弱將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分成Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ五個(gè)等級(jí),如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

然后針對(duì)5個(gè)等級(jí)合理設(shè)置相應(yīng)的評(píng)分值,綜合評(píng)分值為0、0～0.2、0.2～0.5、0.5～0.8、0.8～1.0時(shí),依次代表城市水資源承載力接近飽和無(wú)法滿足生產(chǎn)生活供水需求(即不可承載),水資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用空間較小可基本滿足生產(chǎn)生活用水(準(zhǔn)不可承載),水資源還有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用潛力但已具相當(dāng)規(guī)模(可承載水平),水資源具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展供水保證(良好承載水平),水資源開(kāi)發(fā)利用空間較大可與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展(理想承載水平)。

2 水資源承載力評(píng)價(jià)

2.1 研究區(qū)概況

本溪市境內(nèi)有中小河流200余條,分屬于遼河流域的太子河水系、渾江水系、愛(ài)河水系,按流域分區(qū)劃分葠窩水庫(kù)以上、葠窩水庫(kù)以下、渾江桓仁水庫(kù)以下、愛(ài)河4個(gè)水資源四級(jí)區(qū)。然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,本溪市可調(diào)配水量少、水資源開(kāi)發(fā)利用程度偏低、水質(zhì)逐漸惡化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源水量時(shí)空分配不協(xié)調(diào)等問(wèn)題日趨突出。因此,為實(shí)現(xiàn)本溪市水資源高效可持續(xù)開(kāi)發(fā),有必要評(píng)價(jià)其水資源承載力動(dòng)態(tài)變化及其主要驅(qū)動(dòng)因素。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

研究所用數(shù)據(jù)來(lái)源于本溪市歷年《水資源公報(bào)》、《統(tǒng)計(jì)年鑒》等相關(guān)資料,各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表1,2015—2020年水資源承載力模糊綜合評(píng)判結(jié)果如表3所示。

表3 本溪市水資源承載力綜合評(píng)分值

綜合評(píng)分值代表復(fù)合系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的承載力水平,分值越大則承載力越高,說(shuō)明生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和水資源之間的協(xié)調(diào)程度越好,水資源開(kāi)發(fā)利用潛力也就越大。從表3和圖2可以看出,本溪市2015—2020年水資源承載力整體呈波動(dòng)上升的變化趨勢(shì),水資源達(dá)到可承載及良好承載水平。其中,2016年、2018年的綜合評(píng)分值和水資源承載力相對(duì)較低,2015年和2020年相對(duì)較高達(dá)到良好承載水平。2016年本溪市水資源承載力下降可能與畝均農(nóng)田灌溉用水量增加10.7%、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量增加5.1%和人均綜合用水量升高12.6%等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,以及人均水資源量減少12.2%、產(chǎn)水模數(shù)減小18.8%等水資源因素有關(guān),以上因素變化加劇了水資源供需矛盾。2018年本溪市水資源承載力下降可能與綠化覆蓋率減小12.6%、排水管道密度下降15.2%以及生態(tài)環(huán)境用水率降低26.4%等生態(tài)環(huán)境因素有關(guān),這說(shuō)明以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題比較突出,生態(tài)環(huán)境響應(yīng)也體現(xiàn)出一定滯后效應(yīng)。水資源承載力變化趨勢(shì)圖,見(jiàn)圖2。

圖2 水資源承載力變化趨勢(shì)圖

復(fù)合系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的演變趨勢(shì)基本相同,說(shuō)明在城市水資源承載力中社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的貢獻(xiàn)較高,其次為生態(tài)環(huán)境和水資源子系統(tǒng),表明地處遼東地區(qū)的本溪市,由于其水資源總量相對(duì)豐沛、地表水資源豐富以及年降水量較大,復(fù)合系統(tǒng)承載力受水資源子系統(tǒng)的約束較小。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)本溪市水資源承載力影響較大,尤其是粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式造成水資源供需矛盾加劇、各行業(yè)用水時(shí)空不均勻等問(wèn)題,對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步造成不利影響,加速水生態(tài)環(huán)境惡化和水資源可利用性的下降。所以,社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)本溪市水資源承載力動(dòng)態(tài)變化的主要來(lái)源。

2.3 單因素敏感性分析

單因素敏感性分析是在保持其它參評(píng)因素不變的情況下,分析水資源承載力在不同情景方案下受單個(gè)不確定性因素變動(dòng)影響的方法。為準(zhǔn)確識(shí)別關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的參評(píng)指標(biāo)利用單因素敏感性分析法進(jìn)行分析,即在保持其它參評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)不變的條件下以平均年際變化率為基礎(chǔ)減少或增加10%和5%,計(jì)算單指標(biāo)增減10%和5%后的綜合評(píng)分變化率及水資源承載力,變化率越高則指標(biāo)敏感性越大,如表4所示。

表4 單因素敏感性分析

從表4可以看出,本溪市水資源承載力動(dòng)態(tài)變化的主要敏感性因素包括工業(yè)重復(fù)用水率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和城鎮(zhèn)化率3個(gè)指標(biāo)。

2.4 驅(qū)動(dòng)力情景分析

文章將熵值法與模糊綜合評(píng)判法相聯(lián)合,結(jié)合單因素敏感性分析結(jié)果選擇工業(yè)重復(fù)用水率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和城鎮(zhèn)化率情景分析指標(biāo)計(jì)算2030年本溪市在不同情境下的水資源承載力。根據(jù)實(shí)際情況、相關(guān)規(guī)劃和對(duì)數(shù)擬合數(shù)據(jù),經(jīng)適當(dāng)修正確定各指標(biāo)預(yù)測(cè)值,見(jiàn)表5,并以國(guó)家先進(jìn)值和2020年指標(biāo)值作為情景分析指標(biāo)高、低預(yù)測(cè)值。

表5 指標(biāo)預(yù)測(cè)值

情景分析與設(shè)置如圖3所示,其中第一個(gè)字母H或L代表高、低預(yù)測(cè)值,第二個(gè)字母U、T、I代表城鎮(zhèn)化率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和工業(yè)重復(fù)用水率,如LU+LT+LI表示以上3個(gè)指標(biāo)均為低預(yù)測(cè)值的情景。

圖3 驅(qū)動(dòng)力情景分析

從圖3可以看出,本溪市2030年水資源承載力在不同情景下均可達(dá)到良好承載等級(jí),其中LU+LT+LI、LU+LT+HI和HU+LT+LI情景下的綜合評(píng)分<2020年。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),3個(gè)敏感性因素中對(duì)水資源承載力動(dòng)態(tài)變化影響最為顯著的是第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重,具體分析如下:

1)第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重體現(xiàn)了區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)用水結(jié)構(gòu),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)可以促進(jìn)用水量及用水結(jié)構(gòu)變化,在一定程度上遏制水資源消耗。HU+HT+LI情景方案下,2030年本溪市第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重相較于2020年提高20.6%,綜合評(píng)分增加0.0209,這說(shuō)明升級(jí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能夠加快水資源利用方式的轉(zhuǎn)變,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)關(guān)系與水資源的均衡發(fā)展對(duì)水資源承載力提升具有積極作用。

2)城鎮(zhèn)化率體現(xiàn)了城市結(jié)構(gòu)變化與規(guī)模擴(kuò)張,該過(guò)程伴也隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率與質(zhì)量的改變。LU+LT+LI情景方案下,2030年本溪市城鎮(zhèn)化率相較于2020年提高15.9%,綜合評(píng)分減小0.0197,這說(shuō)明水資源供需矛盾會(huì)隨著城鎮(zhèn)化的深入發(fā)展而更加突出,水資源系統(tǒng)面臨著較大壓力。

3)工業(yè)重復(fù)用水率體現(xiàn)了在一定循環(huán)用水和技術(shù)條件下的工業(yè)用水效率,結(jié)合當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)狀況,本溪市工業(yè)發(fā)展仍以擴(kuò)大再生產(chǎn)為主要手段,工業(yè)用水量高且技術(shù)水平發(fā)展比較緩慢,加強(qiáng)工業(yè)節(jié)水是緩解水資源壓力和減少工業(yè)用水量的有效途徑。HU+LT+HI情景方案下,2030年本溪市工業(yè)重復(fù)用水率相較于2020年明顯提升達(dá)到98%,綜合評(píng)分提高0.0038,這說(shuō)明提升工業(yè)重復(fù)用水率仍然是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)工業(yè)節(jié)水的重要途徑。

3 結(jié) 論

文章結(jié)合本溪市水資源利用實(shí)際情況,從生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和水資源子系統(tǒng)中合理選擇19項(xiàng)典型指標(biāo)構(gòu)建承載力評(píng)價(jià)體系,將熵值法與模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合評(píng)價(jià)2015—2020年城市水資源承載力,主要結(jié)論如下:

1)本溪市2015—2020年水資源承載力整體達(dá)到可承載及良好承載水平,整體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的變化趨勢(shì),社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)本溪市水資源承載力動(dòng)態(tài)變化的主要來(lái)源。

2)單因素敏感性分析表明,驅(qū)動(dòng)本溪市水資源承載力動(dòng)態(tài)變化的主要因素包括工業(yè)重復(fù)用水率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和城鎮(zhèn)化率,3個(gè)敏感性因素中對(duì)水資源承載力影響最為顯著的是第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重。充分考慮評(píng)價(jià)結(jié)果,從多個(gè)角度提出促進(jìn)水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效措施。