基于密切值法遼寧省水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

李治軍，黃佳俊1,，景安琳1,，王華凡1,

(1.黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，哈爾濱 150080)

0 引 言

水資源可持續(xù)利用是可持續(xù)發(fā)展理論在水資源管理領(lǐng)域的具體應(yīng)用,其內(nèi)涵是指在特定區(qū)域條件下,在水資源承載能力范圍內(nèi),通過(guò)水資源合理配置和高效利用,實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-水資源-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的和諧有序[1]。樓文高[2]等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)漢中盆地水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，在選用的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，得出水資源利用率對(duì)可持續(xù)利用程度影響最大，生態(tài)環(huán)境用水率影響最小的結(jié)論。劉恒[3]等立足于區(qū)域水資源的特點(diǎn)，遵循科學(xué)簡(jiǎn)便的原則，探索性地提出了水資源可持續(xù)發(fā)展能力的五級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)牽涉到的指標(biāo)因不同地理位置、不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，有不同的權(quán)重比例，如何因地制宜地采用合適的評(píng)價(jià)方法也對(duì)評(píng)價(jià)者提出了更高的要求。

遼寧省位于中國(guó)東北地區(qū)，是中國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，隨著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口逐年增多，生產(chǎn)生活用水量與日俱增，對(duì)水資源可持續(xù)利用提出了更高的要求，水資源狀況制約區(qū)域的發(fā)展[4]。文章結(jié)合2019年《遼寧省水資源公報(bào)》和《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》相關(guān)數(shù)據(jù)資料，構(gòu)建以人均水資源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、農(nóng)田灌溉量和生態(tài)環(huán)境利用率為代表的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，通過(guò)判斷矩陣特征向量法，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，采用密切數(shù)值法建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)遼寧省14個(gè)區(qū)市的水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。文章構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型可為遼寧省水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供方法參考，得出的相關(guān)結(jié)果可為遼寧省合理開(kāi)發(fā)利用水資源提供依據(jù)，對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用水平較低的地區(qū)提供導(dǎo)向，為水資源可持續(xù)利用的重要意義提供依據(jù)[5]。

1 研究區(qū)概況

遼寧省屬于中國(guó)東北地區(qū)的南部,E118°-125°,N38°-43°[6],省內(nèi)區(qū)域總面積14.8萬(wàn)km2，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，水資源具有蒸發(fā)量大、季節(jié)變化波動(dòng)性強(qiáng)和地域分布不均等特點(diǎn)[7]。2019年，全省平均降水量687.2mm，其中降雨量最大值位于丹東市，最小值位于盤(pán)錦市，研究區(qū)域內(nèi)有多條河流，其中遼河河長(zhǎng)1345km，流域總面積21.9萬(wàn)km2，2019年全省地下水資源量44.44億m3，地表水資源量211.54億m3。

2 水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

水資源可持續(xù)利用關(guān)于定量分析的方法主要有模糊模式識(shí)別方法[8]、模糊綜合評(píng)判[9]等。文章基于所掌握的相關(guān)數(shù)據(jù)及有關(guān)資料，采用密切值法對(duì)研究區(qū)域水資源的狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

文章基于可持續(xù)發(fā)展的原則，在綜合考慮水資源可持續(xù)利用與研究區(qū)域內(nèi)可持續(xù)發(fā)展關(guān)系的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外選取水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合遼寧省水資源的實(shí)際情況，選定總量指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、比例指標(biāo)等3個(gè)一級(jí)指標(biāo)，人均水資源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、農(nóng)田灌溉量、生態(tài)環(huán)境利用率等6個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并綜合考慮各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水資源可持續(xù)利用的影響程度，將決策問(wèn)題分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，利用求解判斷矩陣特征向量的辦法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重確定，賦予各指標(biāo)不同的權(quán)重。遼寧省各設(shè)區(qū)市的水資源指標(biāo)及其權(quán)重，見(jiàn)表1。

資料來(lái)源：除權(quán)重外數(shù)據(jù)取自2019年《遼寧省水資源公報(bào)》、2019年《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 基于密切值法評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

3.1 模型建立

建立指標(biāo)矩陣A= (rij)m×n(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，其中假設(shè)影響水資源可持續(xù)利用的評(píng)價(jià)結(jié)果的指標(biāo)有n個(gè)，即X1，X2，…，Xn,擬定m種方案F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m，令第i個(gè)決策方案第j個(gè)指標(biāo)的數(shù)值為aij，由式(1)、(2)將aij轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱數(shù)值rij[11]，矩陣A=(rij)m×n隨之轉(zhuǎn)化為規(guī)范化指標(biāo)矩陣R=(rij)m×n

(1)

(2)

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行最佳情況rj+和最差情況rj-的選擇，其選擇原則為：

rj+=max1≤i≤m{rij}

(3)

rj-=min1≤i≤m{rij}

(4)

最優(yōu)點(diǎn)F+為：F+=(r1+，r2+，…，rn+)，最劣點(diǎn)F-為：F-=(r1-，r2-，…，rn-)

計(jì)算第i個(gè)市距最優(yōu)點(diǎn)歐式距離di+和最劣點(diǎn)的歐式距離di-分別

(5)

(6)

式中：wj為某評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

某種決策點(diǎn)接近最優(yōu)點(diǎn)而遠(yuǎn)離最劣點(diǎn)的程度[14]即密切值：

ci=di+/d+-di-/d-

(7)

其中：

(8)

表1 遼寧省各設(shè)區(qū)市的水資源指標(biāo)及其權(quán)重

3.2 評(píng)價(jià)模型計(jì)算

依據(jù)上述評(píng)價(jià)模型的規(guī)范化指標(biāo)矩陣的定義及表2所示的指標(biāo)體系，利用公式(1)、(2)計(jì)算可得規(guī)范化矩陣：

利用公式(3)、(4)對(duì)6項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行最佳情況rj+和最差情況rj-的選擇，則最優(yōu)點(diǎn)F+和最劣點(diǎn)F-即為所求：

F+=(0.61，0.41，-0.09，-0.08，-0.03，0.59)

F-=(0.08，0.09，-0.66，-0.65，-0.57，0.00)

將規(guī)范化矩陣中數(shù)據(jù)帶入公式(5)、(6)計(jì)算各決策點(diǎn)與最優(yōu)、劣點(diǎn)的歐氏距離分別為

di+=(0.12,0.13,0.14,0.07,0.08,0.09,0.15,0.19,0.14,0.18,0.10,0.14,0.20,0.15)

di-=(0.13,0.12,0.08,0.15,0.12,0.18,0.06,0.05,0.10,0.05,0.14,0.12,0.03,0.09)

根據(jù)公式(8)求得d+=0.07，d-=0.18

將上述數(shù)據(jù)帶入公式(7)分別求出各區(qū)市的密切值并對(duì)其進(jìn)行排序，遼寧省各區(qū)市水資源密切值及其排序結(jié)果，見(jiàn)表2。

根據(jù)密切值ci的大小進(jìn)行排序。因?yàn)閐i+≥d+，di-≤d-，而且在一般情況下d+≠0，d-≠0， 所以ci≥0，當(dāng)ci=0時(shí)，為最佳決策點(diǎn)；當(dāng)ci>0時(shí)，偏離最佳決策點(diǎn)，此時(shí)ci值越小評(píng)價(jià)結(jié)果越好。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

評(píng)價(jià)模型計(jì)算的結(jié)果顯示,撫順市的密切值數(shù)值為0.67,水資源可持續(xù)利用水平最高；盤(pán)錦市的密切值數(shù)值為6.33，水資源可持續(xù)利用水平最低。水資源可持續(xù)利用程度較好的還有丹東市、本溪市，密切值數(shù)值分別為1和1.33，水資源可持續(xù)利用程度較差的城市還有營(yíng)口市、遼陽(yáng)市,密切值數(shù)值分別為5.78和5.44，評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況基本吻合。

表2 遼寧省各區(qū)市水資源密切值及其排序結(jié)果

水資源可持續(xù)利用程度受自然因素影響程度較大，年降水量在評(píng)價(jià)指標(biāo)中所占比重相對(duì)較大，為0.42。此外，由相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也可以看出年降水量的大小對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果的影響較大，2019年撫順市的年降水量值為89.90m3，在參與評(píng)價(jià)的14個(gè)市區(qū)中排名靠前，盤(pán)錦市年降水量為24.87m3，對(duì)比丹東市、鐵嶺市和沈陽(yáng)市城市的水資源可持續(xù)利用水平也可以看出，年降水量相對(duì)較高的城市，密切值數(shù)值相對(duì)較低，水資源可持續(xù)利用水平較高。

2019年撫順市水資源總量24.84億m3，人口密度小 ,人均水資源量較高。較高的森林覆蓋率和生態(tài)環(huán)境用水率也為撫順市水資源的可持續(xù)利用提供了良好的條件，現(xiàn)狀年水資源開(kāi)發(fā)利用量，見(jiàn)表3。此外，撫順市總供水量較低，水資源開(kāi)發(fā)率為24%，有較高的開(kāi)發(fā)利用的潛力，有利于該地區(qū)的水資源可持續(xù)利用，可引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和設(shè)備,提高水資源的利用效率。

表3 現(xiàn)狀年水資源開(kāi)發(fā)利用量

盤(pán)錦市人口眾多，人均用水量較大，水資源開(kāi)發(fā)利用率較高。而農(nóng)田灌溉用水量在遼寧14個(gè)區(qū)市內(nèi)較高，說(shuō)明該區(qū)域水資源進(jìn)一步利用的潛力較小、基礎(chǔ)較差，生態(tài)環(huán)境用水量較低，應(yīng)改善農(nóng)田灌溉的技術(shù)，提高居民的節(jié)水意識(shí)，改善盤(pán)錦市水資源環(huán)境。遼寧省作為國(guó)家重要的糧食生產(chǎn)省份之一，農(nóng)田灌溉用水量巨大，采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，增加水資源的循環(huán)利用，對(duì)地區(qū)水資源可持續(xù)利用水平的提高也具有一定的推動(dòng)作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)文章以遼寧省14個(gè)地市為研究對(duì)象，采用密切值法對(duì)遼寧省水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示撫順市的水資源可持續(xù)利用水平最高，盤(pán)錦市的水資源可持續(xù)利用水平最低，相關(guān)模型構(gòu)建方法可為鄰近地區(qū)的水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供參考。

2)水資源可持續(xù)利用程度受年降水量等自然因素影響較深的地市，可探討建設(shè)引水工程，增加城市的產(chǎn)水模數(shù)，避免因總供水量的匱乏影響水資源可持續(xù)利用，以至于影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

3)在水資源日益寶貴的未來(lái)，各地區(qū)應(yīng)積極探索適合自身發(fā)展的水資源可持續(xù)利用“道路”，提高生態(tài)環(huán)境用水率，增強(qiáng)水資源循環(huán)利用力度，保證水資源長(zhǎng)期處于安全狀態(tài)。