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生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)為前提,以可預(yù)見的社會發(fā)展和經(jīng)濟技術(shù)水平為基礎(chǔ),通過優(yōu)化配置某一特定時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-社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的能力[1]。其中,生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟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)建評價指標體系

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、社會經(jīng)濟、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)建水資源承載力評價體系,如表1所示。

表1 本溪市水資源承載力評價體系與權(quán)重

1.3 主要評價流程

鑒于生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟和水資源子系統(tǒng)之間的不確定性和復(fù)雜性,以及復(fù)合系統(tǒng)評價的模糊性,故選擇模糊數(shù)學(xué)法評價城市水資源承載力,其評價流程主要有建立評語集與參評因素集、隸屬度計算、合成算子加權(quán)運算三大步驟。為了較為客觀地反映研究對象或事物的不確定性,盡量降低主觀隨意性對計算結(jié)果的影響,選用熵值法計算各參評指標權(quán)重,詳細流程見文獻[2-5]。通過聯(lián)合求解熵值法和模糊數(shù)學(xué)評判法,確保研究區(qū)水資源承載力評價的準確性及客觀性。

根據(jù)各參評指標對水資源承載力的影響程度,從強到弱將評價標準劃分成Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ五個等級,如表2所示。

表2 評價指標等級劃分標準

然后針對5個等級合理設(shè)置相應(yīng)的評分值,綜合評分值為0、0～0.2、0.2～0.5、0.5～0.8、0.8～1.0時,依次代表城市水資源承載力接近飽和無法滿足生產(chǎn)生活供水需求(即不可承載),水資源進一步開發(fā)利用空間較小可基本滿足生產(chǎn)生活用水(準不可承載),水資源還有進一步開發(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經(jīng)濟發(fā)展供水保證(良好承載水平),水資源開發(fā)利用空間較大可與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展(理想承載水平)。

2 水資源承載力評價

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、愛河水系,按流域分區(qū)劃分葠窩水庫以上、葠窩水庫以下、渾江桓仁水庫以下、愛河4個水資源四級區(qū)。然而隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,本溪市可調(diào)配水量少、水資源開發(fā)利用程度偏低、水質(zhì)逐漸惡化、經(jīng)濟發(fā)展與水資源水量時空分配不協(xié)調(diào)等問題日趨突出。因此,為實現(xiàn)本溪市水資源高效可持續(xù)開發(fā),有必要評價其水資源承載力動態(tài)變化及其主要驅(qū)動因素。

2.2 評價結(jié)果分析

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

表3 本溪市水資源承載力綜合評分值

綜合評分值代表復(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,說明生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會和水資源之間的協(xié)調(diào)程度越好,水資源開發(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上升的變化趨勢,水資源達到可承載及良好承載水平。其中,2016年、2018年的綜合評分值和水資源承載力相對較低,2015年和2020年相對較高達到良好承載水平。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%等社會經(jīng)濟因素,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),這說明以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價大力發(fā)展經(jīng)濟的問題比較突出,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圖,見圖2。

圖2 水資源承載力變化趨勢圖

復(fù)合系統(tǒng)與社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的演變趨勢基本相同,說明在城市水資源承載力中社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的貢獻較高,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。社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對本溪市水資源承載力影響較大,尤其是粗放型經(jīng)濟發(fā)展模式造成水資源供需矛盾加劇、各行業(yè)用水時空不均勻等問題,對生態(tài)環(huán)境進一步造成不利影響,加速水生態(tài)環(huán)境惡化和水資源可利用性的下降。所以,社會經(jīng)濟子系統(tǒng)是驅(qū)動本溪市水資源承載力動態(tài)變化的主要來源。

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不確定性因素變動影響的方法。為準確識別關(guān)鍵驅(qū)動因素,對社會經(jīng)濟子系統(tǒng)中的參評指標利用單因素敏感性分析法進行分析,即在保持其它參評指標數(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%,計算單指標增減10%和5%后的綜合評分變化率及水資源承載力,變化率越高則指標敏感性越大,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個指標。

2.4 驅(qū)動力情景分析

文章將熵值法與模糊綜合評判法相聯(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)化率情景分析指標計算2030年本溪市在不同情境下的水資源承載力。根據(jù)實際情況、相關(guān)規(guī)劃和對數(shù)擬合數(shù)據(jù),經(jīng)適當(dāng)修正確定各指標預(yù)測值,見表5,并以國家先進值和2020年指標值作為情景分析指標高、低預(yù)測值。

表5 指標預(yù)測值

情景分析與設(shè)置如圖3所示,其中第一個字母H或L代表高、低預(yù)測值,第二個字母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個指標均為低預(yù)測值的情景。

圖3 驅(qū)動力情景分析

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到良好承載等級,其中LU+LT+LI、LU+LT+HI和HU+LT+LI情景下的綜合評分<2020年。對比分析發(fā)現(xiàn),3個敏感性因素中對水資源承載力動態(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)演進可以促進用水量及用水結(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%,綜合評分增加0.0209,這說明升級調(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)模擴張,該過程伴也隨著經(jīng)濟發(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%,綜合評分減小0.0197,這說明水資源供需矛盾會隨著城鎮(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)濟狀況,本溪市工業(yè)發(fā)展仍以擴大再生產(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年明顯提升達到98%,綜合評分提高0.0038,這說明提升工業(yè)重復(fù)用水率仍然是未來一段時間內(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際情況,從生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會和水資源子系統(tǒng)中合理選擇19項典型指標構(gòu)建承載力評價體系,將熵值法與模糊綜合評判法相結(jié)合評價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到可承載及良好承載水平,整體表現(xiàn)出波動上升的變化趨勢,社會經(jīng)濟子系統(tǒng)是驅(qū)動本溪市水資源承載力動態(tài)變化的主要來源。

2)單因素敏感性分析表明,驅(qū)動本溪市水資源承載力動態(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個敏感性因素中對水資源承載力影響最為顯著的是第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重。充分考慮評價結(jié)果,從多個角度提出促進水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效措施。