辽宁省水资源可持续利用研究

李庆昕

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110094)

水资源系统作为社会经济发展与人类赖以生存的环境与自然资源因多种因素影响，如污染严重、供需矛盾紧张等，已面临严峻威胁和挑战，水资源短缺问题已成为限制人们生活及社会经济发展的主要因素[1]。辽宁省年内、年际降水量受季风气候等因素影响其降水量发生了很大变化，多年来年降水量连续低于700mm，水资源储备量为340亿m3，不足全国平均水平的1/3并远远低于国际缺水警戒线，水资源供应紧缺已成为限制工农业发展的主要因素[2]。水资源在近年来开采利用过程中出现利用率低、水质恶化、水土流失严重、供需矛盾紧张以及防洪标准低等问题日趋频繁，不仅给人类赖以生存的自然环境造成不利影响而且严重制约着人们生活水平的提高和区域经济的快速发展[3]。

众多学者针对可持续发展理念分别从多个角度构建了评价指标体系并运用相关理论进行了评价研究，研究成果可为水资源的可持续发展以及合理开采利用提供科学的指导和建议[4]。我国对水资源的可持续利用常用的评价方法有灰色聚类法、综合指数法、属性识别法、模糊物元法、模糊综合评价法以及投影寻踪法等，其中灰色类聚法和综合指数法是应用较为广泛且发展较为成熟的方法。考虑到评价指标具有的不确定性和模糊性特征，为提高评价结果的准确性与客观性，本研究对研究区域水资源可持续利用水平采用模糊综合评价法进行了科学、客观的评价分析[5]。

1 构建模糊综合评价模型

结合研究区域水资源开采利用实际现状，本文选取多层次模糊综合评价法进行研究[6]，其基本原理是确定各指标隶属度，然后利用等级模糊子集进行确定，并采用模糊变化理论对研究对象进行评价，详细过程如下：

步骤1：对影响评价结果的因素进行分析，建立含有m个评价语和n评价指标的集合，如下所示：

U={u1,u2,，un};V={v1,v2,，vm}

(1)

步骤2：对各评价指标进行权重的计算并构建模糊权向量为A={a1,a2,，an}。

步骤3：对各等级下的不同评价指标进行隶属度计算并评价指标集合中各单因素进行评价，可利用R=(rij)n×m代表模糊关系矩阵。为避免评价等级相差一级而造成评价等级间数相差不大的情况出现，在对隶属函数确定时先将各指标进行模糊化处理并确保在各等级区间隶属函数为平滑过渡即隶属度位于中间级别范围的点为1.0，而隶属度落在边缘点时为0.5。隶属度在最右和最左级别时遵循隶属度随距离临界值越远其值越大的原则，并且在两侧级别的临界值隶属度均为0.5。对于V1～V5两两相邻等级之间的临界值可分别采用k1、k2、k3、k4、k5表示，并且V2、V3、V4中间等级的中点值采用k2、k4、k6表示，即符合公式：k2=(k1+k3)/2、k4=(k3+k5)/2、k6=(k5+k7)/2。利用上述结果可建立不同评价等级之间的相对隶属函数，对于评价指标值越大，则评价结果越优型指标其隶属度函数表达式即递增型指标隶属度函数表达式如下：

(2)

对于评价指标值越小，则评价结果越优型指标其隶属度函数表达式即递减型指标隶属度函数表达式如下：

(3)

步骤4：对模糊综合评价向量B利用模糊变换进行求解，计算公式如下：

B=A·R；B=(b1,b2,，bn)

(4)

步骤5：对研究对象评价值利用模糊综合指数法进行求解，公式如下：

P=B·S

(5)

式中，P—评价结果；S=(1,2,3,4,5)T—评价于集。

2 辽宁省水资源可持续利用综合评价

2.1 构建评价指标体系

本文结合辽宁省水资源利用实际状况并遵循层次性、全面性和系统性基本原则选取具有代表性的评价指标，并从水资源与环境、经济、社会以及水资源系统发展水平四个主要方面构建了包含28个评价指标的指标体系[7]，结果见表1。其中B1～B4水资源系统发展水平、水资源与社会、经济、环境协调水平，C11～C18分别代表人均水资源量、地均水资源量、地下水模数、产水系数、水资源利用率、人均供水量、供水模数和年径流深；C21～C28分别代表人口密度、人口自然增长率、非农业人口比例、城市化率、城市人均用水量、城市人均用水定额、自来水普及率和农民人人均收入；C31～C36分别代表人均GDP、人均耕地、人均粮食和工业占GDP比重、单方水GDP和耕地灌溉率；C41～C46分别代表工业废水排放达标率、污径比、耕地率、城市人均绿地面积、绿化覆盖率和森林覆盖率。

2.2 确定各指标权重

本研究参考相关文献资料并结合有关专家意见，首先利用层次分析法对评价指标体系中两两元素的相对重要性程度进行比较计算[8]；然后对准则层各因子权重进行求解并对各因子的一致性进行检验；最终求得在各准则层内评价指标C的权重，计算结果见表1。

2.3 确定评价指标标准值

本文依据辽宁省水资源利用实际状况和国内外有关标准规定[9]，并结合相关文献资料将水资源可持续性评价标准划分为5个等级，即V1、V2、V3、V4、V5等级，各级别评价指标取值范围和含义见表2。表中“+”、“-”分别代表评价指标值与水资源可持续性的正面和负面效应。

2.4 结果分析及建议

通过收集整理辽宁省近20年的水资源开采利用相关数据资料并筛选出典型的8年数据进行分析，利用文中所述相关公式和表2中的有关数据对各评价指标在不同评价级别的隶属度进行计算。受篇幅限制，本研究仅列出了2016年相关计算数据，

表1 水资源可持续利用评价指标体系及权重计算结果表

表2 水资源可持续利用评价等级标准及指标取值范围

结果见表3，其中有关数据来源分别来自辽宁省统计年鉴。

表3 辽宁省2015年各评价指标的级别隶属度计算结果值

然后结合各评价指标隶属度结果，并利用公式(4)、(5)对辽宁省各年份水资源可持续利用水平进行综合评价，计算结果见表4。

表4 水资源可持续利用综合评价结果

由表4计算结果可知，辽宁省水资源可持续利用综合评价值在1995—2016年整体上升趋势，其可持续利用水平计算结果取值范围处于2.5～3.5之间且由中等偏弱逐渐向中等偏强水平转化，在个别年份的不稳定变化可能与当年的水旱情况相关，由此表明该区域具有较大的水资源可持续利用潜力。各准则层评价结果表明，辽宁省水资源系统发展水平等级值较大即可持续发展水平较低，B1综合评价值大致保留在3.2～3.8区间并未呈现出明显的变化规律；辽宁省水资源与环境、经济、社会的协调发展水平(B2、B3、B4)在仅20年来得到明显的改善，且协调发展完成速度较快。依据表1中准则层权重计算结果可知，对整个评价结果影响最大的因素为水资源系统发展水平B1，由此表明该因子较低的可持续水平将严重限制研究区域的可持续发展利用。依据研究区域实际状况和B1准则层下的相关指标可知，水资源利用率较低、工农业快速发展、降水量较低、水资源供给不足以及人口稠密等是造成水资源系统发展水平B1较低的主要因素。

结合辽宁省近年来的水资源问题实际状况和本文相关分析，本研究针对上述问题给出了以下建议以期为研究区域提高水资源的可持续利用水平并制定相应的体制机制提供一定的依据和参考：加强水资源的管理与调控并完善相应的监控体系；依法淘汰高能耗、高污染的陈旧设备并提高水资源利用效率；加快引进并推广优化配置和水资源开发利用技术，加强水资源的开采和保护体系机制建设；大力宣传提高公民保护用水、节约用水意识；加快污水再处理回收利用建设，提高循环用水制度建设；加快发展水资源科技利用与研发，实现低成本海水转化等非传统资源的利用[10]。

3 结论

本文针对水资源可持续利用评价标准和评价等级的不确定性、模糊性等问题，利用模糊综合评价法对辽宁省水资源可持续利用水平进行了客观、科学、全面的评价分析，所建立的评价指标体系和等级标准能够很好的反应研究区域的实际状况，得出的主要结论如下：

(1)辽宁省水资源可持续利用综合评价值在1995—2016年整体上升趋势，其可持续利用水平计算结果取值范围处于2.5～3.5之间且由中等偏弱逐渐向中等偏强水平转化，该区域具有较大的水资源可持续利用潜力。

(2)水资源系统发展水平较低其可持续水平将严重限制研究区域的可持续发展利用；水资源利用率较低、工农业快速发展、降水量较低、水资源供给不足以及人口稠密等是造成水资源系统发展水平B1较低的主要因素。

(3)结合水资源利用实际状况和文中相关分析给出了一定的建议；考虑到数据来源的有限性，评价指标体系中定量分析指标还不够完善今后仍有待进一步提升。