基于可持续发展理念的区域水资源评价指标体系研究

(盖州市水利勘测设计队，辽宁 营口 115200)

可持续水资源管理是当今世界水问题研究的热点，也是我国水资源可持续利用发展的重大需求问题。国内学者从20世纪90年代起开展了水与可持续利用的相关研究，纵观我国水资源时空分布特点及开发利用现状，水资源可持续发展研究主要是以维护水资源、生态的可持续发展为前提，以提高人们的意识为基础，以科学技术为手段，以社会经济为核心，以社会发展为最终目标，实现资源-生态-科技-经济相互耦合，构成全面、科学、协调的可持续发展符合系统[1-2]。

可持续发展是一个多系统、多层次、多指标的大系统，作为各种资源基础的水资源也构成了一个多层次、多动态的复杂分支系统。从系统的整体分析，生态环境为社会经济发展提供了生存环境，水资源系统支持着经济系统的发展，经济系统为社会系统提供了物质保障，系统之间的相互交叉关系构成了可持续发展下的复杂水资源耦合系统。因此，为表达这4个复杂系统之间的相互关系，水资源承载力评价应从水资源评价指标体系建立出发，目前评价方法主要有两类：一类是从水资源供需平衡分析基础上考虑用水结构而建立的指标体系对区域水资源承载力的评价；另一类是选择反映区域水资源数量、质量、开发利用率、动态变化等的主要影响因素指标，考虑社会经济协调与结构水平发展，利用数学模型和方法综合评价水资源承载力[3]。

本文在已有的相关研究成果基础上[4-6]，借鉴可持续发展思想和水资源评价指标体系构建经验，从动态与静态相结合角度构建复杂耦合的评价指标体系，使水资源承载力评价具有科学性、准确性、系统性和层次性。

1 研究方法

水资源评价指标体系是以水资源、社会经济、生态环境为有机整体，谋求这3个方面的协调发展。水资源是不是能够满足可持续发展，主要体现在水资源承载力计算上，而水资源承载力计算中水资源承载力评价指标体系建立是否完整是关键。由于研究的范围比较广，故选用德菲尔法和层次分析法组合进行指标体系结构的建立。

1.1 德菲尔法

德尔菲法[7]，又叫专家意见法，从水资源可持续发展角度出发，分层次、分逻辑地分析评价指标，建立层次清晰和系统分明的指标体系结构，专家之间不得互相讨论，通过多轮次调查专家对问卷所提问题的看法，经过反复征询、归纳、修改，最后汇总成专家基本一致的看法，作为预测的结果，这种方法具有广泛的代表性，较为可靠。

德尔菲法主要体现在集中度和离散度计算，公式如下：

(1)

(2)

式中：Ei为指标的集中度；Ej为j指标的重要度；K为重要程度级数；M为评价指标总个数；N为专家人数；nij为i指标在j级别下的专家人数。

根据专家经验，指标重要程度级数划分为5级，选集中度小于3和离散度小于0.6作为选取标准。

1.2 层次分析法

在水资源评价指标体系权重计算中运用较多的方法是层次分析法，该方法主要是将水资源评价指标体系的各个指标因素分为若干个层次结构，根据总目标和子层次目标，运用判断矩阵的方法，求解每一层次的各指标元素对上一层次元素的权重，再加权求和进行层次总排序，得出各层次要素相对于系统总体目标的组合权重。

主要步骤[8]： ⓐ建立判断矩阵C，确定各指标隶属关系，判断矩阵含义见表1；ⓑ计算最大特征值λ以及相对应的特征向量α，进行层次单排序；ⓒ得到各层要素相对于上一层中评价要素的重要性排序并进行一致性检验，一致性指标见表2；ⓓ确定最终的组合权重值，进行总排序。

表1 判断矩阵含义

表2 平均随机一致性指标

2 研究区概况

辽宁省在东三省中属于水资源短缺省份之一，2017年，全省降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量均少于多年平均值[9]。与上年相比水库蓄水量有所减少，地下水位呈下降态势。全省平均降水量543.6mm，7—8月主要降水期的降水占全年的60.0%。全省水资源总量186.32亿m3，比多年平均值少45.5%，水资源严重短缺。辽宁省耕地面积占全省土地总面积的27.65%，人均占有耕地约0.096hm2，水利设施用地14.8万hm2，占土地总面积的1%，说明在水资源短缺的情况下，辽宁省水土空间格局相差较大。随着工业的发展，生活用水和社会经济用水比重逐渐加大，势必导致农业用水的减少，根据辽宁省的实际情况，从可持续发展思想的实质出发，协调内部和外部影响因素，建立适合本地区的水资源供给量、社会需求量的水资源评价指标体系。

3 评价指标体系

3.1 评价指标构建

在水资源评价指标体系的基础上提出可持续发展是解决资源-经济-生态协调发展等问题的重要思想。根据公平性、可持续、共同性、需求性等可持续发展准则，衡量评价指标体系每一层次的上下级关系，采用德尔菲法，通过咨询专家，进行问卷调查，根据公式计算结果构建出目标层、系统层、指标层的纵向3层，水资源系统、社会经济系统、生态环境系统、综合协调管理系统的横向4大系统，具体评价指标体系见图1。

图1 辽宁省水资源可持续评价指标体系

选取的20个评价指标能够清晰反应水资源承载力和可持续发展的问题，能够得出比较全面的结论，20个评价指标的计算公式和作用见表3。

表3 各指标计算公式及作用

续表

3.2 指标权重计算

3.2.1 一致性检验

根据层次分析的计算步骤，首先要构建目标层和系统层的判断矩阵C，属于单层次排序计算，判断矩阵C结果如下：

计算得到n阶矩阵的最大特征值λ以及相对应的特征向量α，分别为

λmax=4.211，α=(0.424,0.176,0.262,0.138,)T

根据相互比较法进行矩阵比较，产生的结果会具有不一致性体现，需要对比较结果进行一致性检验。

(3)

式中:CR为一致性比率；CI为目标层和系统层的一致性指数；RI为平均一致性指数，根据表2可得，当n=4时，RI=0.9。

一致性检验结果小于0.1的情况下，说明判断矩阵一致性通过，检验满足要求。同理，系统层与指标层的一致性检验见表4。

表4 系统层与指标层的特征向量计算与一致性检验

3.2.2 各指标权重计算与排序

通过表4计算得到的各层次指标权重向量，对选择的20个具体的评价指标进行排序，计算结果由目标-系统层的权重与各个系统-指标层权重相乘得到，见表5。

表5 各评价指标权重总排序

注X4、X14、X17为并列参数。

3.2.3 评判标准分析

结合辽宁省水资源总体发展水平和水利基础设施的差异性，考虑到水资源可持续发展利用和优化配置平衡，不一定使每一项指标都能达到强制性目标标准，规定评价标准为：强制性指标得分为100分，考核性指标得分为90分以上，参考性指标得分根据当地实际情况和理论值进行比较得出。

辽宁省水资源评价指标评价值计算公式如下：

(4)

式中：F为水价改革绩效评估值；λi为第i项指标的对应的权重值；Yi为第i个指标的实现程度值。

水资源利用率反映当地的水资源总体水平，以2017年为现状水平年，对辽宁省水资源评价指标进行多维耦合分析，指标体系结构为3层递阶结构，有目标层、准则层和指标层，具体指标20个，这些指标能够比较全面地反映辽宁地区的农业水资源与本地区自然与人为的协调状况，并对指标重要程度进行了总排序。将2017年的20个水资源评价指标的现状值与目标值代入式(4)进行计算，得到辽宁省水资源评价标值。由计算结果可以看出，指标层中水资源开发利用程度、人均水资源量、水土流失率、工业用水重复率和水资源变差系数占有较大比重，指标的评价值得分超过了90分，在现状水资源评价体系中处于较高领域。随着经济的发展，以农业为主的灌溉用水出现明显的降低趋势，农业用水占总用水比例权重排序靠后，得分低于75分，为现状发展中比较薄弱的环节。在水环境方面，辽宁省水污染严重，农业用水达到Ⅴ类标准的供水量仅占50%左右，枯水期积累在下游河道干流的污水、污染物对灌溉水质的污染非常严重，污水任意排放，治理程度不够，影响生态环境，威胁人民生活，制约经济发展。

目前，从水资源评价指标的权重可以看出，水资源管理受到社会需求和自然环境的双重影响，需水量的增加与水污染形成了对立矛盾，也是水资源管理与开发利用的突出问题。

4 结 语

结合辽宁省水资源的发展现状，采用德尔菲法和层次分析法建立辽宁省水资源多维耦合的评价指标体系。评价指标体系建立了1个目标层、4个系统层、20个评价指标层的3层次递增结构，评价指标的选取充分体现了水资源、社会经济、生态环境和水资源协调管理等方面内容。在与可持续发展理论相结合的前提下，通过水资源的合理利用与优化配置，有效管理地表水、地下水、水质污染和生态环境用水等问题，提高群众的水资源节水意识，加强水资源专业人才的管理，实现水资源的可持续发展利用。