辽宁省水资源可持续利用综合评价

秦 阳

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110094)

可持续健康发展以及生态文明建设的关键为实现水资源的协调发展，目前来看，水资源与水环境问题已趋近于极限承载状态。可持续利用的评价研究，对于促进水系统的良性循环和人水和谐发展的意义重大，它是支撑环境、资源与社会系统的基础性自然资源。水资源可持续利用内涵是在现有的技术水平和发展条件下，能够维持生态自然完整性与水系统持续性，最大程度地实现环境、自然、人口与经济社会的协调发展，并满足当下与后代的用水需求。水资源不仅要保证其开发利用的持久性与连续性，而且还要满足当代人类活动与经济发展要求，二者具有密切的作用关系[1，2]。许多学者对水资源利用开展了大量研究，如韩大军等[3]以湖州市为例在详细分析了水资源开采现状和生态环境特征的基础上，提出了相应的水资源管理对策和措施；葛永铭等[4]以湖州市为例，根据能值理论对水资源可持续利用能力和发展水平进行了科学地探讨。目前，较为常用的评价方法有属性识别法、物元分析法、灰色聚类法、模糊数综合法等，并以模糊综合法的应用最为普遍和常见[5- 7]。

水资源相关研究表明，人为主观赋权可能引起权重偏差以及评价等级分辨率较低等水资源可持续利用研究的主要问题，并且可持续利用评价通常是一项多个非线性指标组合。传统的数据分析法往往会因数字化限制，而难以准确发现各因素之间的内在规律。据此，本文基于各因素的不确定性特征，引入三标度法对可持续利用问题进行梯阶分解，在此基础上通过专家评分确定了层级指标权重，并对辽宁省2016年水资源可持续利用通过模糊数学法进行科学、客观地评价，以期为该区域水资源发展规划和开发利用提供一定决策依据。

1 水资源可持续利用综合评价方法

1.1 构建指标体系

系统、全面的指标体系是可持续利用分析的重要步骤和关键内容，影响可持续利用的因素较多且因素之间通常具有模糊的、不确定的复杂关系。评价指标体系是由多个子系统构成的多层级复杂的整体，各层级之间相互作用、相互影响，具有十分复杂的模糊性关系。因此，指标的选取不仅要反映区域水资源特征、内涵等基本内容，并且能够覆盖与水资源相关的各个方面，同时考虑系统本身的发展状况以及各子系统之间的协调作用。评价指标应尽可能的内涵丰富、度量简便、灵敏性强，并且能够最大限度的反映系统特征，因此建立指标体系应遵循如下原则。

(1)全面性。将指标体系作为一个整体来预测和评价区域水资源利用状态，体系应包含各个构成要素和子系统内容，特别是要重点考虑具有大量信息和能够反映水资源重要特征的指标。

(2)显著性。指标应能够最大程度反映系统的基本特征和各子系统之间的差异，指标体系中单一指标所包含的信息应尽可能的丰富。

(3)可操作。水资源影响因素较多，在实际应用时不可能考虑所有指标数据。因此，指标的选取应充分利用现有资料和统计数据，使指标值便于量化，具有可操作性。

(4)科学性。所选取的指标应按照一定的准则和要求进行选取，而不能盲目依据个人偏好进行选择。指标内涵明确并且具有一定的科学性，客观、科学地反映系统内水资源管理目标和作用关系。

据此，本文根据水资源系统特点、区域自然特征以及社会经济发展要求，在充分考虑了水资源条件、供需水状态、经济发展水平以及生态环境的基础上，按照上述原则选取了22项典型指标，见表1。

表1 评价指标体系

1.2 三标度法确定指标权重

通过对水资源可持续利用系统的模拟和抽象处理，即可构成用于分析的指标体系，但是各指标对系统整体影响程度存在一定差异，因此引入权重的方式反映其贡献程度。构造系统各层级的判断矩阵为确定指标权重的关键步骤，本文采用三标度法构造判断矩阵，相对1～9标度法具有操作简单、判断便捷的优势，并且可在一定程度上增加矩阵的逻辑性和准确性。

(1)

1.3 建立综合评价数学模型

引入区域水资源评价模型(U，V，R)，其中权重集和模糊矩阵分别为W=(w1，w2，…，wn)与R=(rij)n×m，然后利用公式B=W·R转换，则可将建立模糊矩阵R转换为评语集，并以此作为最终的评判结果。

建立评语集V=(v1，v2，…，vp)，vk为可能存在的第k种结果。结合研究区域水资源状况和社会经济条件，可将其可持续利用程度评价划分为很高、较高、一般、差4个结果，所对应的评语集为V=(v1，v2，v3，v4)。

(1)一级综合评价。假定rijk为第二层次指标cij对目标层的隶属度，则可建立该层次的模糊矩阵，如下所示：

(2)

考虑到影响可持续利用的因素较多的实际情况，且各因素之间具有较为复杂的非线性关系，因此可利用定量分析或M(·，+)计算模型进行隶属度rijk的计算，所以一级区域评价集可表示为：

Bi=Wi·Ri=(bi1，bi2，…，bip)

(3)

(2)二级综合评价。同理，可利用定量分析或M(·，+)计算模型得到二级区域评价集，其表达式如下：

(4)

2 实例应用

2.1 区域概况

辽宁省位于我国东北部地区，处于东经118°53′～125°46′，北纬38°43′～43°26′之间，临黄海、渤海，东与朝鲜相近，全省占地面积14.8万km2；属于大陆性季风气候，冬冷干燥、夏热多雨，年降水量为400～1100mm，水资源补给以大气降水为主。该区域水资源量主要包括降水入渗补给和地表径流量两大部分，年均水资源量为341.79亿m3。东南部与渤海相邻水源面积较大，降水量较为充足，西北区域降水较少并且风沙干旱现象较为频繁。境内主要包括大凌河、辽河、浑河、太子河和绕阳河等河流，年际水资源量呈现出典型的周期性丰枯变化特征，其中75%以上的降水量集中在汛期6—9月，并多以暴雨和强降雨的形式出现。境内约80%以上的区域处于极度或重度缺水状态，且已经具有较高的水资源开采程度。近年来，随着经济的发展和人口数量的增大，水环境问题日趋突出，部分区域已超过河流水系的自净化能力和纳污承载极限，水问题已成为制约经济发展与生态文明建设的关键因素[8- 12]。

2.2 水资源可持续利用评价

根据辽宁省水资源公报、统计年鉴、政府工作报告等相关资料，收集整理各指标初始数据，并建立评价指标集。然后对各层次指标采用三标度法求解，其中第一、第二层次指标权重向量分别为W=(w1，w2，w3，w4)、Wi=(wi1，wi2，…，wim)。以水资源条件C1为例，两两对比判断二层指标C11、C12、C13、C14对水资源条件C1的影响程度，从而构建直接比较矩阵为：

然后通过计算比较矩阵各行要素之和，得到最大值rmax、最小值rmin和基点标度bm分别为7、4、1。利用拟优传递矩阵计算方法，可得到自然满足一致性检验的判断矩阵：

对上述矩阵的最大特征根利用方根法求解，可得到相应的特征向量：W1=(0.092，0.278，0.163，0.467)，即为水资源条件对应于其二层指标的权重，同理可分别求得其他指标的权重。

然后利用模糊综合评价公式，分别求得集合B1、B2、B3、B4，按照上述计算流程最终求得一层指标权重向量W=(0.315，0.251，0.240，0.194)。利用公式B=W·R方法，得到水资源利用最终评价结果B=(0.233，0.268，0.315，0.185)。按照最大隶属度原则，最终可得到水资源可持续利用隶属于第3评语，其隶属度最大为0.315，由此表明辽宁省2016年水资源可持续利用处于“一般”的水平，该评价结果与专家评分结论保持一致。

辽宁省经济比较发达，且人口较为集中，为进一步提高该区域水资源可持续利用水平，可根据水利工程措施、水资源开发以及水资源配置，有针对性地提出有效的措施：在社会经济与水资源条件不匹配的区域，加大水利工程建设的资金投入，促进区域水资源的合理调配；加快解决水利工程带病运行、设备老旧等问题提高用水效率，并进一步缓解区域用水压力。

3 结论

本文基于辽宁省社会经济、自然环境、水资源系统等状况，分别从4个方面选择了典型的评价指标，并建立指标体系。然后引入三标度法确定了能够自然满足一致性检验的指标权重，对该区域水资源可持续利用借助模糊数学法进行了科学评价，主要结论如下。

(1)利用三标度法构造的拟优传递矩阵可不必进行一致性检验，并且能够尽可能地保留初始判断矩阵的有效信息，该方法简化了综合分析过程，并且具有较高的自动调整能力。

(2)辽宁省2016年水资源可持续利用处于“一般”的水平，该评价结果与专家评分结论保持一致，本文所建立的评价模型和指标权重确定方法具有较强的实用性与准确性。