哈尔滨市水资源可持续开发利用评价方法研究

樊 宇，冯玉杰，马 涛，2，林 楠

(1.哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 150001;2.哈尔滨工业大学 经济与管理学院，哈尔滨 150001)

哈尔滨市水资源与全国平均水平相比并不丰富，而且随着社会经济发展，将面临水资源短缺的问题，水资源问题己经成为哈尔滨市实施可持续发展战略的制约因素［1］.哈尔滨市经济和社会能否可持续发展，很大程度上取决于能否合理开发、利用和保护水资源，可以说城市水资源的可持续发展是城市社会经济可持续发展的支撑与基础，对于城市的可持续发展具有承载作用如图1.

城市水资源可持续开发利用在城市管理中的重要性虽已广为人知，但是并没有很好的从整个水资源在城市中的流动过程考虑，同时也缺乏系统性.因此本文旨在从城市水资源系统的角度出发提出城市水资源可持续开发利用的系统模型，建立一套适合哈尔滨市的指标体系来定量的评价水资源开发、利用和管理的可持续性，评价和预测水资源可持续利用的状况和发展态势.

图1 城市水资源承载作用指向图

1 城市水资源可持续发展系统

1.1 城市水资源系统

城市水资源是支持城市可持续发展的资源要素，但由于城市是一个动态运行整体，水资源不能单纯的理解为是资源要素，而应该理解为维持整个城市运行的城市水资源系统.城市水资源系统作为水资源在城市运行过程中经历的一个过程，应分为城市供水子系统、排水子系统、用水子系统及城市水资源循环子系统，其中城市水资源的循环子系统既包括水资源在城市与自然界之间的循环也包括在排水单元中的回用循环.城市水资源系统如图2.

图2 城市水资源系统

城市水资源系统中各子系统功能.城市水资源系统中的核心为用水子系统，水资源的供水和排水过程中，用水子系统起着承上启下的作用.用水子系统的发展情况，表征着城市的社会经济的发展情况，表现为社会、经济及人口的持续发展.城市水资源系统中的供水子系统是包括水资源输入－水厂－供水管网－用水子系统的部分，支撑着用水子系统的发展，只有源源不断的安全和稳定的供水才能保证用水子系统的稳定可持续发展.排水子系统是水资源经过用水子系统利用、损耗和污染后的处理处置过程.整体的城市水资源系统中的循环子系统包括两个方面，一方面是排水子系统中的污水回用，另一方面是回归水在生态环境与城市水资源之间的循环.循环子系统具有重要的意义，是维持整个水资源系统水量充沛和生态环境稳定的重要环节.

城市水资源中各子系统结构关系.各子系统在城市水资源系统中的相互关系具体如图3，图中体现了用水子系统对其他子系统具有能动作用，其他子系统对于用水子系统都有一定程度的影响，即其他子系统对于城市社会经济可持续发展都有反馈作用.

图3 各子系统结构关系图

1.2 城市水资源的可持续开发利用

对于城市水资源可持续开发利用一直是研究的热点问题.早期，GLEICK P H［2－4］将水资源可持续利用定义为:“水资源利用应具有支撑人类社会的承受能力，并使之达到长期繁荣，而不依赖它不会损害水文周期和生态系统的完整性”.1996年联合国教科文组织国际水文计划工作组将水资源可持续开发利用与管理定义为:“支撑从现在到未来社会及福利而不破坏它们赖以生存的水文循环或生态系统完整性的水的利用与管理”.在以后的研究中，对于水资源可持续开发利用的理解在此基础上内涵更加丰富［5］.宋松柏等人将水资源可持续利用理解为一个反映区域水资源状况(包括水质、水量、时空变化等)，开发利用程度，水资源工程状况;区域社会、经济、环境与水资源协调发展;近期与远期不同水平年对水资源分配竞争;地区之间、城市与农村之间水资源的受益差异等多目标的决策问题［6］.马艳在对水资源可持续开发利用模糊综合评价中给出了4个界定水资源可持续开发利用的基本内涵［7］.

本文从城市水资源系统定义出发，将城市水资源可持续开发利用定义为城市水资源系统中各子系统充分发挥功能，相互作用，稳定协调完成城市所需水资源供应工作的整个动态过程.每个子系统反映的均为城市水资源可持续开发利用需要具体情况，只有各子系统的可持续才有整个城市水资源开发利用的可持续.

2 城市水资源可持续发展评价模型

2.1 评价指标体系构建的原则

城市水资源可持续发展综合评价指标体系的建立，既应该体现该城市水资源的发展水平，反应与水有关的社会、经济和人口的发展水平，还应考虑整个系统的稳定性及几个子系统之间的协调性.因此，根据对城市水资源可持续发展系统理解，以及哈尔滨市自身经济、社会和环境可持续发展的要求，哈尔滨市要实现水资源的可持续发展目标必须遵循以下四个原则.

2.1.1 稳定性

水资源系统稳定性指的是满足城市用水子系统需求的水资源系统中各个子系统稳定运行.基本要求包括供水子系统水量充沛水质安全，排水子系统稳定的排放达标率，水循环系统稳定，取水和自然用水平衡，维持良好的自然环境.城市水资源系统的稳定性是城市水资源可持续发展评价的首要原则.

2.1.2 效益性

效益性是指水资源开发利用对于城市发展所表现出来的效果.表现为哈尔滨市的经济发展情况、农业发展情况、社会科技教育发展情况和人民生活水平等多个方面.

2.1.3 公平性

公平性主要表现为城市水资源的开发利用要保证代与代、区域与区域之间水资源的公平分配，以及贫富之间的公平分配.松花江作为一条跨国和跨省的河流，如何利用松花江水资源，如何处理好河流的共享分配问题，是哈尔滨市长久以来关注问题.

2.1.4 协调性

协调性是指水资源利用过程中要保证生态环境的可持续，使水资源开发利用与水污染防治与保护相协调.随着哈尔滨市生活、工业和农业的快速发展，污水排放量日益增加，协调性不可忽视.

2.2 评价指标体系构建

根据以上四个原则，进行指标体系的选取和构建.设定总指标为哈尔滨市水资源可持续发展综合评价指数、准则层和指标层，确定4个准则层，26个基础指标，如表1.

表1 城市水资源可持续开发利用评价体系

1)水资源系统稳定性指标:从供水量、污水处理情况及污水回用量，可以较全面的反应供水子系统、排水子系统和循环子系统的稳定性.水资源开发利用率=供水量/水资源总量

污水回用率=(工业污水排放量回用系数+生活污水排放量回用系数)/总污水排放量

2)城市发展效益性指标:表示在相应的水资源情况下，城市的经济、人民生活、城市人口发展及文化教育等多个方面的发展情况.

城市化水平=市区人口/总人口

3)水资源开发利用可持续性:代际关系表示为代际平衡系数，表示用水过程中水资源利用具有持续性.区际关系用区际平衡系数表征.在2005年的吉化硝基苯事件后，哈尔滨市加强了对松花江沿岸的风险源普查和管理，降低可能发生突发事件的危险系数.代价平衡系数=第n年人均可利用水量/第n－1年人均可利用有水量人均可利用水量=生活用水量/生活用水人口区际平衡系数=松花江取水量/过境水量低保家庭用水系数=(人均用水量水价100)/最低月保证收入

用水子系统对水资源利用的效率用人均水资源占用量及相应的用水系数表示:

农业用水系数=农业灌溉水有效利用系数

生活用水系数=生活用水量/用水总量

工业用水系数=生产用水量/用水总量

4)水资源开发利用与环境保护协调性指标:用环保投入比例、建成区绿化覆盖率、工业用水重复利用率及主要功能水区水质达标率四个指标表示.

2.3 哈尔滨市水资源可持续发展性综合评价模型构建

2.3.1 权重计算

水资源可持续性评价的方法有很多，本文考虑到指标较多，因此采用主观赋权和客观赋权相结合的综合赋权方法计算权重.主观赋权采用层次分析法(AHP)来确定各级指标的相对权重，客观权重采用标准离差权重法，计算公式如下:

其中:Sj为第j个指标无量纲化测度值的样本标准差，dij为第i个处理第j个指标无量钢化测度值;dj为第j个指标无量纲化测度值的样本平均值;n为处理数(年数).

Wj为第j个指标的权重值，m为指标数.

综合权重计算，对26个指标的主观赋权和客观赋权进行综合权重计算，计算公式如下:

Wj为第j个指标的客观权重，Xj为第j个指标的主观权重，Aj为第j个指标的综合权重.

2.3.2 准则层指标计算

其中:αi是准则指标j 下各基准指标的相对综合权重;Ii是标准化的基础指标值;m 是基础指标个数;AIj是准则层指标j(j=4)的值.

2.3.3 城市水资源可持续开发利用综合评价指数计算

城市水资源可持续开发利用综合评价指数的计算公式［8］中，分别是准则层指标的综合权重;AS是反映城市水资源系统稳定性的准则层指标值;AE 是反映城市社会经济发展情况的准则层指标值;AD 是反映城市水资源可持续性的准则层指标值;AW 是反映城市水资源开发情况与生态环境协调性的准则层指标值.

3 案例分析

哈尔滨市相关数据主要来源为《哈尔滨市统计年鉴》《哈尔滨市环境状况公报》《哈尔滨市(市区)节约型社会建设规划》以及中国水网.对2005年到2010年的26个数据指标进行统计，并将数据归一化后按上文方法进行计算，得到2005年到2010年的哈尔滨市水资源可持续开发利用综合评价指数(如图4).从图4 中可知哈尔滨CWRSDI 不断升高，哈尔滨市的水资源从2005年仅为0.2 到2011年指数为0.7，表明哈尔滨市的水资源管理水平不断提高，对水资源合理开发利用重视程度也在不断提高，整体具有较大的改善.

图4 哈尔滨市水资源可持续开发利用综合评价指数

哈尔滨市各准则层指标值情况变化如图5所示，哈尔滨市的水资源系统稳定性在2010年超过0.5.在2005年之后，哈尔滨市水源地松花江受到污染，全市供水紧缺，随着磨盘山水库投入运行，城市可供水量情况逐渐好转，稳定性不断提高.哈尔滨市的城市发展稳中有升，整体效益性较稳定.城市用水公平性指数不断升高，在松花江污染事件后，加强了对流域的管理，能较合理的进行水资源的分配.哈尔滨市协调性指数变化幅度较大，在2007年后大幅增加，说明哈尔滨市对环境保护重视不断提高，增加环保投入，哈尔滨市整体生态环境有所改善.通过对哈尔滨市的CWRSDI 的计算，可把握哈尔滨市各方面的发展趋势，能较好地为哈尔滨市的水资源管理和规划提供指导.

图5 哈尔滨市准则层各指标值变化情况

4 结语

城市水资源可持续开发利用综合评价对环境管理与决策、环境规划、环境评价具有十分重要的意义.在本文中，评价体系是建立在城市水资源系统构建的基础上，包含水资源在系统中的各个阶段，同时考虑到流域问题，代际问题等可持续发展系统中的主要问题，可较为全面具体的反应城市水资源可持续开发利用的情况.在指标的选取中，提出了城市水资源系统稳定性，城市社会经济文化的发展效益性，城市水资源分配公平性，水资源开发与环境保护协调性等指标，使评价结果具有预测和规划的作用.在评价指标处理过程中，考虑了主观赋权和客观赋权相结合的方式，使权重更具客观性，并且指标计算方法较为简单.哈尔滨市的案例结果表明该综合评价模型能够科学地衡量和评价城市水资源状况的可持续性，并能成为决策者指导决策进行规划的有效工具.

［1］杨 超，孙 丽.哈尔滨市水资源可持续利用对策初探［J］.水利科技与经济，2011，17(5):33－34.

［2］GLEICK P H.Water and conflict［J］.International Security，1993，18(1):79－111.

［3］GLEICK P H.Water，War，and Peace in the Middle East［J］.Environment，1994，36(3):6.

［4］GLEICK P H.Water and conflict［J］.The World’s Water，1999:105－135.

［5］陈家琦.可持续的水资源开发与利用［J］.自然资源学报，1995，10(3):6－8.

［6］宋松柏，蔡焕杰，徐良芳.水资源可持续利用指标体系及评价方法研究［J］.水科学进展，2003，14(5):647－652.

［7］马 艳.基于AHP 的西安市水资源可持续开发利用模糊综合评价［D］.西安:长安大学，2008.

［8］赵 静，曹伊顷.巢湖流域水资源可持续性评价方法研究［J］.环境科学与管理，2012，37(5):179－183.