遼東半島水資源可持續(xù)利用潛力研究

張銀鳳

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110000)

0 引 言

水資源作為重要的自然資源，對(duì)維持人類生存發(fā)展和特定區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用。我國(guó)水資源人均占有量相對(duì)較少，且隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)生活及各行業(yè)用水量急劇增加，加上水環(huán)境污染加劇和水資源空間分布不均衡，可利用水資源量呈不斷降低的變化特征。遼東半島為組成區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的重要部分，2012年上升為國(guó)家海洋戰(zhàn)略。然而，資源環(huán)境勢(shì)狀況必會(huì)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生約束，特別是水資源短缺問(wèn)題對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約極為顯著，因此科學(xué)評(píng)價(jià)遼東半島水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)潛力，可為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的空間布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供指導(dǎo)作用[1]。

借鑒相關(guān)資料和已有研究成果將水資源可持續(xù)利用潛力定義為：在滿足可持續(xù)發(fā)展要求的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力能夠被使用的潛在水資源量。根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、區(qū)域水資源特點(diǎn)建立水資源可持續(xù)利用潛力評(píng)價(jià)體系，然后運(yùn)用特定的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水資源變化特征，該過(guò)程即為水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力分析。文章以遼東半島7個(gè)評(píng)價(jià)單元為例，運(yùn)用AHP法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)各區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)潛力，以期為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和水資源空間布局提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

遼東半島位于遼寧東南部，地處鴨綠江口與遼河口連線以南，伸入渤海與黃海之間，走勢(shì)整體呈東北-西南向，總面積2.94萬(wàn)km2。該地區(qū)分布有大連、丹東、鞍山、營(yíng)口、本溪、遼陽(yáng)和盤錦7個(gè)地級(jí)市及其所轄區(qū)縣，地貌形態(tài)上以低山丘陵為主，半島三面環(huán)黃海北部、渤海海峽和渤海，因伸入海洋氣候溫暖濕潤(rùn)。遼東半島為暖溫帶季風(fēng)氣候，夏季多雨溫?zé)?，冬春季多風(fēng)，受海洋調(diào)節(jié)很少出現(xiàn)酷熱天氣，年降水量550-900mm，其中60%降水發(fā)生于夏季，年均氣溫9℃-10℃，濱海為避暑勝地。研究區(qū)有大清河、英那河、碧流河、大洋河和復(fù)州河等，流域面積為1482km2、914km2、2814km2、6174km2、1628km2，多年平均徑流量為3.36億m3、4.61億m3、9.39億m3、29.18億m3、3億m3.53億m3，這些河流大多存在調(diào)蓄能力差、水流急、坡度大、流程短等特征，均屬于獨(dú)流入海河流。半島水資源平均量88.05億m3，其中地下和地表水15.36億m3、86.13億m3，重復(fù)水量13.44億m3，地下水開(kāi)采率66%且沿海地區(qū)水質(zhì)污染、地下水超采等現(xiàn)象嚴(yán)重。遼東半島人均水資源量略高于遼寧省平均水平為1134m3，地下水持續(xù)開(kāi)發(fā)使得海水入侵和地下水下降問(wèn)題突出。調(diào)查資料顯示，河流上游水質(zhì)較好達(dá)到Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，受城鎮(zhèn)污水排放影響中下游水質(zhì)較差，其中登沙河、復(fù)州河下游局部水環(huán)境污染嚴(yán)重，水質(zhì)為Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)國(guó)家福利貢獻(xiàn)率大小分配各個(gè)工業(yè)部門電力的研究課題，美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty基于多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論提出了多準(zhǔn)則決策的AHP層次分析法，可實(shí)用、靈活、簡(jiǎn)便的定量分析定性問(wèn)題。其基本原理是將待評(píng)價(jià)對(duì)象的影響元素按照實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的程度和問(wèn)題性質(zhì)分解為多個(gè)層次，通過(guò)對(duì)比分析某一層次兩兩元素間的相對(duì)重要性構(gòu)造梯階層次結(jié)構(gòu)，然后對(duì)各層級(jí)要素之間的相對(duì)重要次序利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，從而給出評(píng)價(jià)體系中所有元素的總排序及其權(quán)重。詳細(xì)的分析流程為：①依據(jù)梯階框架建立層次結(jié)構(gòu)體系；②考慮專家意見(jiàn)和待評(píng)價(jià)對(duì)象實(shí)際情況構(gòu)造判斷矩陣；③通過(guò)特征向量與特征根的計(jì)算確定單排序，為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性需檢驗(yàn)矩陣的一致性；④根據(jù)單排序結(jié)果對(duì)本層級(jí)各元素相對(duì)于上層級(jí)的重要度求解，從而獲得滿足一致性檢驗(yàn)的指標(biāo)權(quán)重值。

2 水資源可持續(xù)利用潛力評(píng)價(jià)

遵循可操作性、協(xié)調(diào)性、層次性和科學(xué)性等原則選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮區(qū)域水資源可持續(xù)利用目標(biāo)及內(nèi)涵特征，構(gòu)建包含指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的水資源可持續(xù)利用潛力評(píng)價(jià)體系。

2.1 影響因子分析

生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源系統(tǒng)之間存在相互影響、互相制約的復(fù)雜關(guān)系，理清三者之間的作用關(guān)系為評(píng)價(jià)分析水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力的重要前提。因此，文章選取水資源、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層構(gòu)成。

1)政策指標(biāo)。綜合考慮生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性特征，尤其是現(xiàn)有國(guó)情下遼東半島水資源可持續(xù)利用潛力受各種水資源政策的直接影響程度。因此，文章在評(píng)價(jià)體系中納入政策因素滿足科學(xué)合理性要求。根據(jù)遼東半島水資源管理措施與政策，參考相關(guān)研究資料選擇較好體現(xiàn)政策因素的6個(gè)參數(shù)，即第三產(chǎn)業(yè)比重、水價(jià)調(diào)整幅度、海水淡化量、再生水回用率、應(yīng)急供水調(diào)水量、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉率。

2)經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)。水資源可持續(xù)利用潛力受經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響顯著，而保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)為水系統(tǒng)狀況，二者存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性。文章選擇能夠反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的10個(gè)指標(biāo)，即工業(yè)用水比重、城市人口比例、第一產(chǎn)業(yè)比重、人口自然增長(zhǎng)率、人口密度、人均耕地面積、人均GDP、萬(wàn)元GDP耗水量、單位面積灌溉用水量和GDP增長(zhǎng)率。

3)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)。合理有效的利用水資源可降低生活污水和工業(yè)廢水的排放，改善水源涵養(yǎng)條件和生態(tài)環(huán)境，同時(shí)具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)此，選擇6個(gè)生態(tài)環(huán)境要素用于評(píng)價(jià)水系統(tǒng)利用潛力，具體為地下水開(kāi)采率、森林覆蓋率、工業(yè)廢污水占水資源比率、生態(tài)用水量、單位GDP工業(yè)廢水排放量和工業(yè)COD排放量。

4)水資源指標(biāo)。水資源可持續(xù)利用潛力在很大程度上受水資源空間分布特征及其數(shù)量影響，根據(jù)區(qū)域水資源利用狀況提取4個(gè)典型參數(shù)，即地下水供水比率、客水供水比例、單位面積水資源量和人均水資源量。

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

各參評(píng)指標(biāo)的無(wú)量鋼化為初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的目的，由此消除不同指標(biāo)單位和數(shù)量級(jí)不同而帶來(lái)的不可通透性，以便于指標(biāo)的比較和加權(quán)運(yùn)算等，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和科學(xué)性。當(dāng)前，按小數(shù)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化、Z-score標(biāo)準(zhǔn)化和最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化為評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理的常用方法，文章對(duì)水資源可持續(xù)利用潛力初始數(shù)據(jù)考慮最大-最小標(biāo)準(zhǔn)化法處理，表達(dá)式為：

(1)

式中：Ximin、Ximax為第i項(xiàng)指標(biāo)在不同地區(qū)的最小、最大值；Xi、Zi為參評(píng)指標(biāo)i在不同地區(qū)的取值及其標(biāo)準(zhǔn)化值。根據(jù)水資源可持續(xù)利用潛力的具體內(nèi)涵將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為正相關(guān)、負(fù)相關(guān)兩大類，正向和負(fù)向指標(biāo)的表達(dá)符號(hào)為“+”、“-”，利用以上公式所有參數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化處理至0-1區(qū)間，評(píng)價(jià)體系見(jiàn)表1。

3 實(shí)例分析

選用2016年遼東半島7地市水資源公報(bào)、遼寧省節(jié)水型社會(huì)建設(shè)“十三五”規(guī)劃及各地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒獲取評(píng)價(jià)體系中各參數(shù)的初始數(shù)值，見(jiàn)表2。

3.1 研究區(qū)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式和整理好的各參數(shù)初始值，按照文中所述步驟完成26個(gè)參評(píng)指標(biāo)在各研究單元的標(biāo)準(zhǔn)處理，處理后的參數(shù)值處于0-1范圍，在Excel軟件中完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算，見(jiàn)表3。

表1 遼東半島水資源可持續(xù)利用潛力評(píng)價(jià)體系

表2 遼東半島各參評(píng)指標(biāo)初始數(shù)據(jù)

續(xù)表2 遼東半島各參評(píng)指標(biāo)初始數(shù)據(jù)

表3 遼東半島各參評(píng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

續(xù)表3 遼東半島各參評(píng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

3.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

評(píng)價(jià)體系中各層次權(quán)重的計(jì)算為水資源可持續(xù)利用潛力分析的重要條件，各因素權(quán)重利用Excel軟件和文中相關(guān)公式計(jì)算確定。采用專家調(diào)查法獲取各個(gè)層次的判斷矩陣，邀請(qǐng)資源環(huán)境方面的講師、副教授和教授等10位專家組成小組給予評(píng)分，在滿足隨機(jī)一致性比例CR值<0.1的條件下求解各指標(biāo)組合權(quán)重，見(jiàn)表1。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合得分及排序

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)數(shù)值和層次分析法求解的組合權(quán)重，對(duì)遼東半島各研究單元的綜合得分進(jìn)行計(jì)算，即標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值和組合權(quán)重乘積運(yùn)算結(jié)果獲取7個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合得分，見(jiàn)表4。其中，將初始評(píng)分?jǐn)U大10倍為表4中的綜合評(píng)分。

表4 評(píng)價(jià)體系中準(zhǔn)則層各因素綜合得分及排序

從表4可知，可持續(xù)利用潛力較大的為盤錦、大連和營(yíng)口市，其次為本溪、丹東和遼陽(yáng)，鞍山地區(qū)的可持續(xù)利用潛力較小。

3.4 水資源可持續(xù)利用潛力評(píng)價(jià)結(jié)果

從政策因素的層面，評(píng)分較高的盤錦、本溪和遼陽(yáng)市處于第一層次；其次為丹東、大連和營(yíng)口市的第二層次；評(píng)分較低的為鞍山市。根據(jù)實(shí)際情況，本溪、盤錦和遼陽(yáng)市為遼東半島政策優(yōu)勢(shì)，因經(jīng)濟(jì)發(fā)展和區(qū)位要素鞍山市的政策優(yōu)勢(shì)較少。

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)的層面，盤錦、營(yíng)口、本溪和大連地區(qū)得分較高屬于一個(gè)層次，而遼陽(yáng)、丹東和鞍山地區(qū)的評(píng)分較少為另一層次，其原因?yàn)槿f(wàn)元GDP耗水量和GDP增長(zhǎng)率在社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的權(quán)重占最高，而丹東。遼陽(yáng)和鞍山地區(qū)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，這兩項(xiàng)負(fù)向指標(biāo)的數(shù)值較高，因此使得該子系統(tǒng)總體得分較低；而大連、本溪、營(yíng)口和盤錦地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增速較為平穩(wěn)，萬(wàn)元GDP耗水量在節(jié)能降耗影響下較少，因此評(píng)分也較高。

從生態(tài)環(huán)境的角度，盤錦、營(yíng)口和大連地區(qū)為得分較高的第一層次，其它均處于第二層級(jí)。工業(yè)廢水占比和單位GDP工業(yè)廢水排放量在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的比率較大，而這兩項(xiàng)負(fù)向指標(biāo)在遼陽(yáng)和丹東地區(qū)的指標(biāo)值較大，從而使得綜合得分相對(duì)較低。

從水資源的角度分析，營(yíng)口和大連地區(qū)的水資源得分最高為第一層次，得分最低的為遼陽(yáng)地區(qū)，其它地區(qū)為第二層次?？退偷叵滤┧壤谒Y源子系統(tǒng)中的比率最大，同時(shí)相對(duì)于整個(gè)評(píng)價(jià)體系而言，這兩個(gè)負(fù)向因子的權(quán)重值最大，而在本溪和遼陽(yáng)地區(qū)這兩項(xiàng)因子值最小，相應(yīng)的得分最高。

綜上分析，綜合評(píng)價(jià)體系中權(quán)重最大的為水資源因素(表1)，因此水資源利用潛力總評(píng)分中水資源因素的得分占比最大，其排序狀況在很大程度上決定了最終排序，所以大連地區(qū)的最終排序?yàn)榈诙?，這在很大程度上取決于水資源因素為第二的排序。

4 結(jié) 論

水資源利用潛力各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重利用層次分析法和專家調(diào)查法進(jìn)行求解，結(jié)果表明指標(biāo)權(quán)重較大的指標(biāo)有客水和地下水供水比例、水價(jià)調(diào)整幅度、GDP增長(zhǎng)率、人均水資源量、單位面積水資源、工業(yè)COD排放量等。綜合評(píng)分中，可持續(xù)利用潛力較大的為盤錦、大連和營(yíng)口市，其次為本溪、丹東和遼陽(yáng)，鞍山地區(qū)的可持續(xù)利用潛力較小，該評(píng)價(jià)結(jié)果和遼東半島水資源管理和政策措施實(shí)際情況基本相符。根據(jù)研究成果和區(qū)域水資源利用現(xiàn)狀，可為半島水生態(tài)保護(hù)和提升水系統(tǒng)可持續(xù)利用潛力提供科學(xué)指導(dǎo)。