铜川市水资源安全评价模型构建与应用

杜 恒，何 涛 (咸阳师范学院旅游与资源环境学院，陕西咸阳712000)

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，水资源安全则是水资源管理的核心内容和重要目的［1］。人类的生存、生产与发展的重要制约因子是水资源，水资源的现状令人担忧，地表水污染、地下水位下降使得人类赖以生存的生态环境日益破坏，不得不重新审视水资源及其引发的安全问题［2］。现阶段，水成为是社会持续、快速、健康和协调发展的战略性基础资源，也是自然生态系统良性循环的控制性要素;水危机则是人类生存、生产及发展过程中面临的最严重挑战之一。因此，水安全问题已经成为水资源领域研究的热点问题［3－7］。但对水安全一词目前暂无普遍公认定义，国内学者王礼茂认为水资源安全是指经济发展和人民生活所需的水资源能持续、稳定和以合理的价格得到保障。张晓岚等［9］、李晓明［10］认为水资源安全是指水资源的自然循环过程和系统不受破坏或严重威胁，水资源能够满足国民经济和社会可持续发展的需要。贾绍凤等认为水资源安全是以可承受的价格获取足够安全的水［11］。孙才志等［12］、郝东恒等［13］认为水资源安全涉及到自然、社会、经济及人文等方面，是一个综合概念，很难简单用一两个指标反映其全部内容，为了全面评价水资源安全程度、诊断水资源安全存在的问题，进行定量分析，构建水资源安全评价指标体系是有必要的［12－13］。总的来看，水资源的安全主体为人，基础应是健康的水循环，目标是保证人类生存与发展而不因水资源的问题受到威胁，其本质是水资源的供需平衡。

目前，水资源的安全评价方法主要有层次分析法、熵权重法、系统动力法、目标线性规划法、指数对数法［1］，模糊综合评判法等［14－18］。层次分析法是一种定性与定量相结合的决策分析方法，常常被用于多目标、多准则、多要素、多层次的非结构化的复杂决策问题。通过这种方法，可以将复杂问题分解为若干层次和若干要素，在各因素之间进行简单地比较和计算就可以得出不同方案重要性程度的权重，适合于战略决策问题的研究，因此，该研究选取AHP分析法进行铜川市水资源安全评价研究。铜川市为季风气候区，雨量偏少，较集中，与地下水资源重复量大，人均水资源量少，地表河流流量减少或断流且污染比例加大，水资源流失严重(矿区采空区)，农业水利管理的闲置与流失使耕地灌溉得不到保障，随着经济的发展，第二、三产业的用水也存在隐患。因此，选择铜川市进行水资源安全评价，具有典型性，研究结果可为其水资源安全评价提供基础，为区域水资源管理提供科学依据。

1 研究区概况

铜川位于陕西腹地关中盆地与黄土高原交接地带，南距省会西安70 km。2013年全市辖四区一县，34个乡镇。全市土地面积3 882 km2。地势呈西北高、东南低走势，海拔多在600～1 700 m之间。地貌分山丘、台原和川道三大类。全市境内主要河流属渭河水系，主要有漆水河、清河、五里镇河、红土河等。铜川属暖温带大陆性季风气候，年平均气温8.9～12.3 ℃，年降水量555.8 ～709.3 mm 之间。总人口 84.86万人，其中城镇人口40.6万人。水资源总量2.288×109m3，人均占有水资源量269.04 m3/人，相当于全国人均量的1/8之一，全省人均量的1/4。截至2013年底，铜川市全年实现生产总值321.98亿元，按常住人口计算，人均生产总值38 248元，比上年增长13.4%。社会经济发展势头依然不减，新时期下，能否保证水资源供应的安全已成为一个重要的影响因素(数据来源于《铜川市统计年鉴》)。

2 指标体系构建及其权重确定

2.1 指标体系构建 根据水资源安全评价的系统性、可度量性及代表性的原则选取和建立水资源安全评价指标体系［1］，共建立5个中间维度准则层，对应20个评价指标(表1)。

2.2 权重计算 在已建立的构建模型基础上，对所选指标进行AHP的权重计算，并对判断矩阵一致性进行检验。通过检验，得出 λm=5.122 3，CI=0.027 3，RI=1.12，CR=0.024 375，(RI值由AHP平均随机一致性指标表查出，CR值由公式计算得出，CR=CI/RI)，矩阵中的数据符合判断矩阵质量的标准存在，判断矩阵具有令人满意的一致性。

表1 铜川市水资源安全评价指标体系及权重

2.3 数据来源 研究数据主要来源于2006～2013年《铜川统计年鉴》、《2011陕西省水利年鉴》、《水资源管理决策支持系统与水源优化利用》、《陕西水资源公报》、《陕西省统计年鉴》、《铜川市水利年鉴》，及其实地调研数据。

3 水资源安全评价

3.1 数据标准化 由于27个指标原始数据单位不统一、数量级也有不同，需对其指标数据进行标准化处理计算。同时再对4个年份的数据进行标准化处理，由于评价指标的特征值对于评价方案，部分指标值取大为优，称之为正向指标;部分指标值取小为优，称之为逆向指标。对于两种指标必须采用两种不同计算方法。

对正向指标，标准化公式设计为:

对逆向指标，标准化公式设计为:

式中，Xi为第i个指标的具体统计值;Xim、XiM为指标i的统计数据极小值和极大值［13］。

3.2 水资源安全评价结果及分析

3.2.1 水资源安全变化趋势。在已知的水资源安全条件值的基础上，通过与准则层的权重相乘，得出铜川地区2006～2013年各项准则层指标的水资源安全评价值以及在各年度的水资源安全综合评价得分，见表2。

表2 铜川市水资源安全评价值

由表2得出，2006年铜川地区水资源安全综合评价值为0.31，2009 年为 0.41，2010 年为 0.54，2011 年为 0.44，2012年为 0.67，2013 年为 0.82。

3.2.2 水资源安全各维度变化趋势。由图1可以看出，水资源自身安全值在2006年度最低，原因是降水和地表水资源供应不足，2013年度达到最高，2011年水资源自身安全出现异常降低，在此期间起伏最大，2010～2011年期间先有回落，主要是因为人均水资源量减少0.41 m3，2011～2012又迅速回升，原因是降水量增加358.8 mm，安全保障程度随之提高，2012～2013年期间水资源安全程度缓慢提升，人均水资源量增加1.31 m3。城市供水安全程度在2006最低，2009年度出现小高峰，主要是因为供水生产供水总量和销量在短时期内达到最大，2013年度供水安全程度最高，得益于各项供水指标皆达到最大，2009～2011年度期间供水安全程度不断走低，主要是因为水生产供水总量下降9.34%，销量下降14.44%，2011年度在此达到最低，而后在2011～2013供水安全程度再次提高，原因是供水生产能力和售水量趋于稳定。城市生活用水程度在2009年达到最低，2006～2009期间有所下降，主要是因为用水人口增加0.29万人，城市用水普及率下降5.47%，2009～2013年期间安全保障程度在不断地提高，2013年度达到最高，主要是由于各项指标不断提高所致。农业用水2006年度水资源安全值最低，主要是因为用水普及率只有69%，农业用地中有效灌溉比例为44.81%，为研究范围内的最低指标，2011年达到最大，主要是因为各项指标达到最高水平，2006～2011年间农业用水安全值不断提高，2011～2012年间有小幅回落，主要是由于粮食产量和有效灌溉比例轻度下降导致，2012～2013年期间逐渐缓慢回升，原因是农业产值同比增加11.94%，有效灌溉比例增加4%。工业用水安全程度以2009年最低，主要是因为工业废水排放达标量和重复利用水平比较低，2006～2009年期间安全程度有下降，原因是前两项指标有所下降，2009～2013年间工业用水的安全程度缓慢提高，趋于小幅增长，主要得益于工业用水利用率不断提高和优化，负向指标万元GDP用水量也在不断较少。

图1 铜川市水资源各准则层安全评价值

由图2可以看出，评价结果显示铜川地区水资源安全状况稳中有升，总体趋势良好。除个别年份异常外，水资源安全评价值发展比较平稳。

3.2.3 水资源安全等级确定。根据水资源安全临界值的安全定义规定，安全等级划分见表3。

表3 铜川地区水资源综合评价安全等级划分

对比水资源综合评价等级划分表，可以得出铜川市2006～2013年间水资源综合评价安全等级表，见表4。

图2 铜川市水资源安全综合评价值

由表4可见，2006年铜川市水资源安全状况为:安全等级低;2009～2011年为基本安全;2012年为安全;2013年为非常安全。

表4 铜川市2006～2013年间水资源安全等级

4 结论与讨论

该研究采用AHP层次分析法对选取的陕西省铜川地区2006～2013年度20个水资源安全指标进行决策分析，得出以下结论:水资源安全评价结果中2006年安全等级最低，2013年安全等级最高，铜川地区水资源安全状况处于非常安全状态，2009～2011年间，水资源安全状况处于基本安全状态，2012年间为安全状态。总体来看，2006～2013年度内水资源安全评价程度稳中有升，增幅不等;2010～2011年度内，水资源安全程度异常下降。其中以2006年安全程度最低，究其原因与铜川市自然水资源有较大联系，直接影响到了供水生产能力和用水总量，该年度内用水人口也较多，为39.1万人，水资源的利用方式及其利用程度也比较低，综合影响下，该年度水资源安全评价程度低。2006～2010期间安全程度稳中有升，主要是由于用水方式的改变和水资源开发利用率的提高。此外，2010～2011年间，水资源安全评价等级降低，主要是因为工业万元GDP用水量同比往年下降2.22%，呈现负增长，同时城市用水人口增加2 000多人也会导致水资源安全程度异常下滑。2011～2013年间水资源综合安全评价等级迅速提高，主要是由于供水生产能力，供水总量，城市地下水供水，城市用水普及率，农村安全用水普及率，污水集中处理率的提高，平均增长 12.63%、6.90%、5.41%、2.86%、0.89%、1.14%、11.05%。但是自然水资源量稳定性较差，可能会在将来影响到水资源安全评价安全状况。

结合研究结果，为保证铜川市水资源安全，提出以下对策措施:①加大开源节流，加快水源工程的建设，兴建和改造地表水工程、完善和挖潜水利设施，提高河川河流的控制能力;②大力提倡节约用水，合理分配工业和农田灌溉用水，提高水资源开发利用率，适度合理开采地下水;③城乡生活用水方面，提倡水资源的多元多重利用，减少浪费，加强供水管道的管理和节水宣传，提高人们的节水意识;④农业用水方面，改善农田水利设施和灌溉方式、调整农业生产结构、加强节水农业宣传;⑤工业节水方面，重点提高用水工艺和水资源重复利用率，提高污水集中处理率，废水达标排放达标率，减少水的污染和浪费。

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