遼寧省水資源承載力分析

呂 明

(清原滿族自治縣水利事業(yè)服務中心，遼寧 撫順 113300)

0 引 言

當前，社會經濟的發(fā)展和人口數(shù)量的激增，進一步加劇了水污染問題和水資源供需矛盾，持續(xù)緊張的水資源矛盾對區(qū)域健康發(fā)展構成嚴重威脅。因此，科學評估區(qū)域水資源承載力可為水生態(tài)保護和水資源發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)，為國民經濟建設、供水系統(tǒng)建設和水資源合理規(guī)劃配置等提供科學指導[1]。

長期以來，如何實現(xiàn)水系統(tǒng)的良性循環(huán)和水資源可持續(xù)利用為國內外研究的重要課題，對此許多學者開展了一系列的研究并取得了豐碩的成果。20世紀80年代水資源承載力的概念被提出，對其評價研究現(xiàn)已發(fā)展形成SD法、多目標法、指標體系法和多要素綜合評價法等，相對于其它研究方法考慮了多要素的綜合評價模型已廣泛應用于水資源領域。例如，趙建世等以海河流域為例，對水系統(tǒng)承載力利用模糊綜合法進行評價，結果發(fā)現(xiàn)海河流域水系統(tǒng)承載力呈不斷增長趨勢，水資源為超載狀態(tài)；袁偉等對阜陽市水系統(tǒng)承載力運用模糊數(shù)學法開展了評價，研究表明其水系統(tǒng)承載力逐漸下降趨勢[2-3]?？梢?，對于水系統(tǒng)承載力的分析多要素綜合評價模型的應用較為廣泛，而將其應用于遼寧地區(qū)的研究還鮮有報道。由于特殊的地理位置和氣候環(huán)境遼寧地區(qū)的水資源較為匱乏，水資源系統(tǒng)滿足城鎮(zhèn)化建設、經濟發(fā)展的供水壓力持續(xù)增大，所以定量評估該區(qū)域水資源承載力具有重要意義。鑒于此，文章以遼寧省為例運用綜合評價模型，較為客觀準確的評價分析其水資源系統(tǒng)狀況，以期為區(qū)域水資源優(yōu)化配置和水生態(tài)保護提供科學的指導。

1 構建多要素綜合評判模型

單獨考慮每一個要素的實際狀態(tài)為多要素綜合評價模型的關鍵環(huán)節(jié)，然后按照評價等級和隸屬度大小確定每一要素所處的標準，且構建的模糊映射要素集應覆蓋水資源系統(tǒng)的各個方面，采用下述公式獲取單一要素的隸屬度，即：

f:U→F(V)，?ui∈U，ui|→f(ui)=

(1)

式中：rij為針對評價對象vj單一要素ui的隸屬度；vj為水系統(tǒng)承載力第j個評價等級。

單要素模糊映射評估集與每一單獨要素間的關系利用公式(1)描述，則其表達式為：

Ri=(ri1，ri2，…，rim)

(2)

經模糊映射轉換處理可以構造覆蓋每個單獨要素的評價矩陣，運用以下表達式作為水資源承載力評價矩陣：

(3)

根據(jù)已構造的水資源承載力單要素評價矩陣，運用模糊數(shù)學法建立多要素綜合評價矩陣，其表達式為：

B=A·R=(a1，a2，…，an)

(4)

水資源承載力多要素模糊綜合評價指數(shù)即為公式(4)中bj的物理內涵，關于評價對象多個要素的隸屬度表示為rij。單一要素對最終評價結果的貢獻率大小利用指標權重ai描述，由此構造的權重集為A=(a1，a2，…，am)，水資源承載力受不同評價因子的影響度利用專家打分法確定，結合區(qū)域水資源情況和相關資料賦予相應的權重。水資源承載力多要素綜合評價值為評價矩陣和權重矩陣加權求和運算結果，其數(shù)學表達式為：

(5)

2 實例分析

2.1 區(qū)域概況

遼寧省地處我國東北地區(qū)南部，東與韓國、日本隔海相望，隔鴨綠江與朝鮮相接，南臨渤海、黃海，地理位置為E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′，屬于東北地區(qū)既沿邊又沿海重要的多外開放門戶。研究區(qū)下轄沈陽、大連、撫順、鐵嶺、朝陽、葫蘆島等14個地級市和2個省管縣組成，總面積14.8萬km2，地貌形態(tài)大致分為“六三一水三分田”。該區(qū)域為大陸性季風氣候，年均氣溫7.0℃-11.5℃，年降水量600-1100mm，復雜的氣象條件和特殊的地理環(huán)境使得區(qū)域降水存在明顯的季節(jié)性、區(qū)域性，每年的6-9月降雨較為集中且多暴雨或強降雨；空間尺度上，中部平原地區(qū)較高山低降水較少，與渤海相鄰的東南部降水量充足，而西北部降水稀少且風沙干旱嚴重[4-7]。

遼寧地區(qū)分布饒陽河、大凌河、太子河、渾河、遼河等河流，島嶼有大鹿島、長興島、石城列島及里長山列島等266個，全省島岸線長627km，狹長的海濱平原素有“遼西走廊”之稱。水資源利用以地下水為主，局部地區(qū)的地下水過度開采且水資源浪費嚴重，水資源存在邊際效益低、可開發(fā)總量少、開采成本高等特點，城市化建設和經濟社會發(fā)展使得水資源問題更加突出，其水系統(tǒng)水生態(tài)功能和承載力呈下降趨勢。因此，根據(jù)水資源可持續(xù)發(fā)展和水生態(tài)文明建設要求，為實現(xiàn)區(qū)域人水和諧相處必須把水環(huán)境承載力作為主要對象，將生態(tài)環(huán)境作為首要考慮的問題。通過對水資源承載力的預測和評價，為充分利用當?shù)厮Y源，減少水環(huán)境污染和水資源浪費，協(xié)調區(qū)域經濟發(fā)展與水資源空間分布等提供理論依據(jù)，為發(fā)揮水資源價值及加快推進水生態(tài)文明建設提供科學指導[8-10]。

2.2 評價矩陣R

根據(jù)遼寧地區(qū)水資源二次評價成果和該區(qū)域經濟社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，參考專家意見和區(qū)域水資源實際情況確定研究區(qū)供水量、需水量、經濟發(fā)展和人口規(guī)模等數(shù)據(jù)，從而獲取50%、75%、90%三種不同保證率下各參評指標初始數(shù)見表1。

表1 不同保證率下情景年水資源承載力參評指標值

根據(jù)文獻資料有關隸屬度計算方法，求解表1中50%、75%、90%三種不同保證率下遼寧省2020年和2030年水資源承載力各項參評因子隸屬度[11]，如表2和表3。綜合考慮國內外相關研究成果，結合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設目標要求將承載力劃分為V1、V2、V3級，其中V1級代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力較小、承載力水平較低；V3代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力巨大、承載力水平較高；V2級處于以上兩級之間，即區(qū)域水資源存在一定的利用潛力，承載力處于中等水平。

2.3 權重矩陣A

通過計算水資源承載力評價矩陣R，采用專家賦分法按照重要程度對各參評因子賦予相應的權重，由此構造各指標權重矩陣A，設x1、x2、…、x8為承載力各項評價因子，則構造的重要度矩陣見表4。經規(guī)范化處理可以得到各參評因子的權重系數(shù)，計算結果為：A=(0.16，0.20，0.16，0.17，0.12，0.10，0.11，0.13)。

表2 2020年各參評指標不同保證率下的隸屬度

表3 2030年各參評指標不同保證率下的隸屬度

表4 各參評因子重要度矩陣

2.4 綜合評分值

根據(jù)2.2中所述，綜合考慮國內外相關研究成果，結合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設目標要求將承載力劃分為V1、V2、V3級，其中V1級代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力較小、承載力水平較低；V3代表區(qū)域水資源可持續(xù)利用潛力巨大、承載力水平較高；V2級處于以上兩級之間，即區(qū)域水資源存在一定的利用潛力，承載力處于中等水平。依據(jù)已獲取的權重矩陣A和各參評因子的等級隸屬度矩陣R，對遼寧地區(qū)情景年2020年、2030年的水資源承載力運用文中所述公式(4)求解，從而構造評價矩陣B見表5。

綜合考慮國內外相關研究成果，結合遼寧地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和水生態(tài)文明建設目標要求劃分的評價標準，綜合評分值與水資源開發(fā)潛力呈正相關，即評分值越高則系統(tǒng)承載力越高。

表5 不同保證率下遼寧地區(qū)水資源承載力綜合評價值

根據(jù)表5可知，隨著農業(yè)灌溉和工業(yè)發(fā)展用水的增加遼寧地區(qū)的水資源承載力呈上升趨勢，2020年和2030年的綜合評價值不斷增大，可見該地區(qū)的水資源開發(fā)潛力不斷下降，水資源滿足各行業(yè)用水壓力將不斷加大。評價結果能夠基本體現(xiàn)遼寧地區(qū)的未來用水量變化特征，可為研究區(qū)水資源發(fā)展戰(zhàn)略、產業(yè)布局及總體規(guī)劃等提供科學的指導，為區(qū)域水資源持續(xù)利用和水源管理規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。因此，通過提倡中水、微咸水資源化及高效節(jié)水灌溉技術的推廣應用，采取保護水生態(tài)環(huán)境、發(fā)展節(jié)水型工業(yè)和減少農業(yè)用水總量等措施，以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、經濟、社會與區(qū)域水資源的協(xié)調持續(xù)利用。

3 結 論

1)綜合考慮各方面要素的綜合評價模型，能夠有效解決傳統(tǒng)的單要素評價存在的不足，對于區(qū)域水系統(tǒng)評價具有良好的適用性和可行性。

2)遼寧地區(qū)2020年、2030年水資源系統(tǒng)壓力呈上升趨勢，水資源承載力受水系統(tǒng)開發(fā)率過高、植被覆蓋度低及資源性缺水等因素的影響顯著。為促進生態(tài)環(huán)境、經濟、社會與區(qū)域水資源的協(xié)調持續(xù)利用，應采取保護水生態(tài)環(huán)境、發(fā)展節(jié)水型工業(yè)和減少農業(yè)用水總量等措施，提倡提倡中水、微咸水資源化及高效節(jié)水灌溉技術的推廣應用等。