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        引大入秦工程受水區(qū)水資源承載力評價(jià)

        2025-01-16 00:00:00王新苑張芮舒和平柴爾政李娜
        人民黃河 2025年1期
        關(guān)鍵詞:耦合協(xié)調(diào)度

        關(guān)鍵詞:熵權(quán)TOPSIS;耦合協(xié)調(diào)度;障礙度;水資源承載力;引大入秦工程

        半干旱區(qū)引大人秦工程的建成運(yùn)行,為受水區(qū)經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)水資源支撐。但隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,造成引大入秦工程實(shí)際引水量長期達(dá)不到許可水量,水資源得不到充分利用,供水效益得不到充分發(fā)揮,因而有必要對受水區(qū)水資源承載力進(jìn)行評價(jià),這對推動(dòng)受水區(qū)水資源、社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

        目前,國內(nèi)外學(xué)者對于水資源承載力的評價(jià)研究成果已有很多,評價(jià)水資源承載力常用的方法有常規(guī)趨勢法、模糊綜合評價(jià)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法和主成分分析法等。例如:賈建輝等通過模擬不同方案的中山市水資源承載力,運(yùn)用常規(guī)趨勢法進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明節(jié)水型城市綜合優(yōu)化方案可有效解決中山市水資源供需不平衡問題:任高珊等運(yùn)用模糊綜合評判模型分析了榆林市水資源承載力,結(jié)果表明該市水資源承載力較小,開發(fā)潛力不大;Yang等提出了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的改進(jìn)水資源承載力評價(jià)方法,對鐵嶺市不同情景下的水資源狀況進(jìn)行了評價(jià):Liu等建立了基于主成分分析的水資源承載力評價(jià)體系,并對其閾值進(jìn)行了研究,建立的水資源承載力評價(jià)體系較傳統(tǒng)體系更加科學(xué)。上述研究存在一些不足,如涉及的社會因子少、信息利用率低、模型參數(shù)不易調(diào)控和不能進(jìn)行縱向比較等。TOPSIS模型計(jì)算簡單、能夠充分利用原始數(shù)據(jù)信息,還可以進(jìn)行橫向和縱向比較,同時(shí)熵權(quán)能根據(jù)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)求得權(quán)重,客觀真實(shí)地反映情況,但TOPSIS模型僅通過歐氏距離來衡量評價(jià)對象與最優(yōu)方案的貼近程度會得到片面的評價(jià)結(jié)果。因此,本研究引入研究不同子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平的耦合協(xié)調(diào)度模型,同時(shí)為了確定水資源承載力提升的障礙因素,引入障礙度模型。

        為了判斷引大人秦工程受水區(qū)水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)之間能否可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展,構(gòu)建水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境多要素評價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS、耦合協(xié)調(diào)度和障礙度模型綜合評價(jià)引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力,以期為推動(dòng)受水區(qū)水資源、社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

        1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

        引大入秦工程地處甘肅西部的崇山峻嶺地帶,是一項(xiàng)大型自流引水灌溉工程。該工程將青海省境內(nèi)的大通河水引到蘭州市以北的秦王川地區(qū),以解決該地區(qū)的干旱缺水問題。引大工程受水范圍包括永登縣、蘭州新區(qū)、皋蘭縣、景泰縣和白銀區(qū)5個(gè)縣(區(qū))的大部分區(qū)域,受益人口200多萬?,F(xiàn)已建成運(yùn)行的總干渠及分干渠有5條,干支渠長達(dá)1265km;總干渠從天??h境內(nèi)的天堂寺渠首引水,全長87km,3座倒虹吸總長1.72km。1994年工程建成通水,至今已累計(jì)向灌區(qū)及周邊城鎮(zhèn)供水29億m3。

        本文所用數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅省水資源公報(bào)》《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》及5個(gè)縣(區(qū))《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》等。

        2研究方法

        2.1指標(biāo)體系構(gòu)建

        本文以2017-2021年為研究期,以引大人秦工程受水區(qū)為研究區(qū),參考唐家凱等、左其亭等的研究成果,構(gòu)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層共17個(gè)指標(biāo)的引大入秦工程受水區(qū)水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系,見表1。

        2.2熵權(quán)TOPSIS模型

        熵權(quán)TOPSIS模型可以避免傳統(tǒng)TOPSIS法中主觀因素對權(quán)重計(jì)算的影響,使水資源承載力動(dòng)態(tài)及變化趨勢被客觀地反映出來。計(jì)算步驟:1)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)矩陣;2)確定指標(biāo)權(quán)重;3)構(gòu)建基于熵權(quán)的評價(jià)矩陣;4)確定正、負(fù)理想解;5)計(jì)算各評價(jià)對象與正、負(fù)理想解的距離;6)計(jì)算評價(jià)對象與理想解的貼近度。具體步驟見文獻(xiàn)。

        本文按貼近度大小將水資源承載力分為5個(gè)等級:低級[0,0.3)、警戒[0.3,0.4)、中級[0.4,0.5)、良好[0.5,0.6)、優(yōu)秀[0.6,1.0]。

        2.3耦合協(xié)調(diào)度模型

        耦合協(xié)調(diào)度模型用于評價(jià)各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。耦合協(xié)調(diào)度越大,表示各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平越高,具體步驟見文獻(xiàn)。本文將耦合協(xié)調(diào)度劃分為失調(diào)[0,0.4)、瀕臨失調(diào)[0.4,0.5)、勉強(qiáng)協(xié)調(diào)[0.5,0.6)、初級協(xié)調(diào)[0.6,0.7)、中級協(xié)調(diào)[0.7,0.8)、良好協(xié)調(diào)[0.8,0.9)、優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)[0.9,1.0]5個(gè)等級。

        2.4障礙度模型

        障礙度模型是通過計(jì)算指標(biāo)與最優(yōu)值之間的偏離度來確定每個(gè)指標(biāo)阻礙程度的一種數(shù)學(xué)模型,該模型運(yùn)算量小且不易受主觀因素影響,但不能反映評價(jià)對象的動(dòng)態(tài)變化。具體步驟見文獻(xiàn)。

        3結(jié)果與分析

        3.1水資源承載力時(shí)間維度分析

        2017-2021年引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力貼近度總體呈小幅波動(dòng)上升趨勢(見圖1)。2017年白銀區(qū)、蘭州新區(qū)、景泰縣、永登縣和皋蘭縣水資源承載力貼近度分別為0.65、0.78、0.22、0.25和0.36,2021年該值分別為0.66、0.79、0.24、0.26和0.54,上升幅度分別為1.5%、1.3%、9%、4%和50%。水資源承載力等級只有皋蘭縣由警戒等級上升至良好等級,其他4個(gè)縣(區(qū))均保持不變,即永登縣和景泰縣處于低級.蘭州新區(qū)和白銀區(qū)處于優(yōu)秀等級。2017-2021年皋蘭縣水資源承載力貼近度先升后降,上升幅度最大,其原因是皋蘭縣近幾年人均水資源量、人均GDP、綠化覆蓋率和生態(tài)用水率等正向指標(biāo)均逐年上升,人均用水量、單位國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量和化學(xué)需氧量等逆向指標(biāo)有所下降;白銀區(qū)貼近度先升后降再升,整體增大,先上升的原因是2018年白銀市獲批建設(shè)蘭白國家自主創(chuàng)新示范區(qū),人均GDP大幅上升,但由于區(qū)域水資源短缺問題未得到根本解決,制約著農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展,因此水資源承載力出現(xiàn)下降現(xiàn)象。

        2017-2021年,引大人秦工程受水區(qū)水資源、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力水平低于社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的。根據(jù)《甘肅省實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度辦法》要求,2021年各縣(區(qū))全面貫徹落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度,水資源保護(hù)力度持續(xù)加大,因此未來引大入秦工程受水區(qū)生態(tài)環(huán)境將得到明顯改善,水資源承載力也將持續(xù)提升。

        3.2水資源承載力空間維度分析

        2017-2021年,引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力貼近度均值由0.45增長到0.50,提高了11.11%,受水區(qū)各縣(區(qū))貼近度均值由大到小排序?yàn)樘m州新區(qū)(0.78)gt;白銀區(qū)(0.70)gt;皋蘭縣(0.54)gt;永登縣(0.25)gt;景泰縣(0.22)。蘭州新區(qū)、白銀區(qū)和皋蘭縣水資源承載力等級分別為優(yōu)秀、優(yōu)秀和良好,原因是這3個(gè)縣(區(qū))地理位置較為優(yōu)越,對科教、環(huán)衛(wèi)和生態(tài)保護(hù)等方面投入較大,基礎(chǔ)設(shè)施較為完善,水資源利用效率較高,人均GDP、每公頃農(nóng)田灌溉用水量和生態(tài)用水率也較高,使得水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)間的發(fā)展更加協(xié)調(diào);永登縣和景泰縣的水資源承載力等級為低級,原因是這2個(gè)縣受地理位置和環(huán)境的限制,基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)條件尚不完善,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)利用方面的協(xié)調(diào)能力較低。

        3.3子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

        2017-2021年,引大人秦工程受水區(qū)的水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度先升后降。耦合協(xié)調(diào)度由2017年的0.797(中等協(xié)調(diào)等級)波動(dòng)上升至2018年的0.802(良好協(xié)調(diào)等級),2019-2021年耦合協(xié)調(diào)度分別為0.801、0.800和0.800,始終維持在良好協(xié)調(diào)等級。早期引大入秦工程受水區(qū)的環(huán)境保護(hù)不足,當(dāng)?shù)鼐用竦墓?jié)水意識較差,水資源利用效率較低且浪費(fèi)嚴(yán)重,一些產(chǎn)業(yè)耗水量大,使得引大人秦工程受水區(qū)水資源子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)關(guān)系失衡。隨著近年來我國對生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)重視程度不斷提高,引大人秦工程受水區(qū)水資源子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度得到穩(wěn)步提升。

        3.4水資源承載力障礙度分析

        根據(jù)障礙度由大到小排序,選取前6位的障礙因素作為2017-2021年阻礙引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力的主要因素,分別為產(chǎn)水模數(shù)(C1)、人均水資源量(C2)、單位耕地水資源量(C3)、降水量(C4)、建成區(qū)綠化覆蓋率(C16)和生態(tài)用水率(C17)(見表2)。

        4討論

        本研究結(jié)果表明:引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力水平呈緩慢上升趨勢,水資源、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的承載力水平低于社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的,這與吳明艷等的研究結(jié)果一致。產(chǎn)水模數(shù)C1、人均水資源量C2、單位耕地水資源量C3和降水量C4是引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力的主要障礙因素(均屬于水資源子系統(tǒng)),其他兩個(gè)子系統(tǒng)的指標(biāo)障礙度相對較小,這與李景等的研究結(jié)果一致。這4個(gè)主要障礙因素的障礙度之間差距不大,主要障礙因素集中在水量方面,表明水資源短缺是受水區(qū)發(fā)展的最大短板。2017-2021年白銀區(qū)、蘭州新區(qū)以及永登縣的障礙因素均為廢污水年排放總量,建議推進(jìn)污染治理工作,構(gòu)建與地區(qū)發(fā)展水平相匹配的污水治理體系,以生態(tài)文明建設(shè)和宜居城市建設(shè)為抓手,完善污水處理設(shè)施建設(shè),實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展相協(xié)調(diào)。因此,在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)減少水資源消耗及水環(huán)境污染是實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。綜上所述,為了提高引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力和生態(tài)環(huán)境整體可持續(xù)性,需要通過提高水資源利用率和廢水回用率、加大水污染治理力度、落實(shí)節(jié)水措施等來提升水資源子系統(tǒng)的承載能力。

        本研究采用熵權(quán)TOPSIS.耦合協(xié)調(diào)度和障礙度模型,主要根據(jù)所構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行水資源承載力分析,雖然避免了主觀因素對權(quán)重計(jì)算的影響,但是指標(biāo)選取和對指標(biāo)評價(jià)依據(jù)的設(shè)定有較大的主觀性,使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況之間存在一定的偏差,故今后需繼續(xù)開展這方面的研究。

        5結(jié)論

        1) 2017-2021年引大入秦工程受水區(qū)水資源承載力水平呈緩慢上升趨勢,水資源承載力貼近度由0.45增長到0.50,提高了11.11%,水資源承載力水平由中級轉(zhuǎn)變?yōu)榱己玫燃墶?017-2021年,水資源和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力水平低于社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)承載力水平。

        2) 2017-2021年蘭州新區(qū)、白銀區(qū)、皋蘭縣、景泰縣和永登縣的水資源承載力貼近度均值分別為0.78、0.70、0.54、0.22和0.25,說明蘭州新區(qū)、白銀區(qū)和皋蘭縣的水資源承載力等級分別為優(yōu)秀、優(yōu)秀和良好,永登縣和景泰縣水資源承載力等級為低級。

        3)引大入秦工程受水區(qū)水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度在2017-2021年間先升后降,耦合協(xié)調(diào)度等級由中等協(xié)調(diào)等級上升為良好協(xié)調(diào)等級。

        4)產(chǎn)水模數(shù)、人均水資源量、單位耕地水資源量、降水量、建成區(qū)綠化覆蓋率和生態(tài)用水率是阻礙引大人秦工程受水區(qū)水資源承載力提升的主要因素。

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