丹江口库区水资源可再生能力评价研究

贾会方

（河北省石家庄水文水资源勘测局，石家庄 050051）

1 研究区概况

丹江口水库地处长江最大支流汉江上游，水域横跨鄂、豫两省。水库主要由汉库和丹库两部分组成，兼顾防洪、供水、发电、航运等功能，是南水北调中线工程的核心水源区。2014年12月12日南水北调中线一期工程正式通水，累计向北方调水量超250亿m3，直接受益人口数超过5859万人。

自南水北调中线工程开展以来，湖北省十堰市作为库区的主体核心水源区，在其境内的水域面积达6.2万hm2，占库区总水域面积的60%以上。年均入库水量328亿m3，约占全库汇入量364亿m3的90%。汇入汉江的12条支流，有10条在十堰境内。同时，十堰境内1000多条大小河流均直接汇入丹江口水库。本文结合丹江口水库的实际情况，将研究范围界定为湖北省十堰市。

2 方法与数据来源

2.1 水资源可再生能力评价指标体系

水资源的可再生性取决于水资源的自然循环和社会循环，因此对其可再生能力的评价需要从自然可再生能力和社会可再生能力两方面进行。本文借鉴已有的水资源可再生能力评价指标体系，根据丹江口库区实际情况，选取15个指标建立丹江口库区水资源可再生能力评价指标体系如表1。需要指出的是，由于库区水质持续保持在Ⅱ类，符合饮用标准，因此在构建水资源可再生能力评价指标时，未将表述水质的指标涵盖在内。

表1 水资源可再生能力评价指标体系

2.2 灰色关联法

2.2.1 评价标准分级

将样本中正向指标最大值作为最强标准，最小值作为最弱标准，反向指标的最小值作为最强标准，最大值作为最弱标准。利用自然断点分级法，将样本值分为5个等级如表2。

表2 水资源可再生能力各项指标分级

续表2

2.2.2 灰色关联分析

主要通过比较参考序列与评价标准之间关联性，以此来判断参考序列与哪一等级的评价标准更接近，最终确定参考序列的等级。为消除不同指标之间单位和数量级的差异，增强数据的可比性，本文采取均值法进行无量纲化处理，如表3。

表3 样本数据无量纲化处理结果

2.3 指数评价法

2.3.1 标准化处理

采用极差标准化法对各个指标数据进行标准化处理，经过标准化所得到的新数据，各要素的极大值为1，极小值为0，其余的数值均在0～1之间。

2.3.2 确定指标权重

为避免因指标权重给评价结果带来干扰，采用等权重法对各个指标进行赋权。

2.4 灰色预测模型

灰色预测是对灰色系统所做的预测，相较于其他预测模型，具有所需建模信息少，运算方便，预测精度高等优势。包括：数据的预处理与前期检验；建立灰色模型，估计参数；生成模拟值；检验误差；预测5个基本步骤。

2.5 数据来源

研究区水资源的相关统计数据来源于十堰市水利水电局发布的 《十堰市水资源公报 （2008～2017年）》。社会经济统计数据来源于十堰市统计局发布的 《十堰市国民经济和社会发展统计公报 （2008～2017年）》和相关年份的《十堰统计年鉴》。

3 结果与分析

3.1 水资源可再生能力等级变化分析

利用灰色建模软件计算参考序列与各级评价标准之间的关联性，得到关联度矩阵如表4。其中分辨系数K=0.5。

表4 参考序列与评价标准关联度矩阵

结果表明，2008年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2009年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2010年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2011年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2012年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2013年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅰ；2014年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅴ；2015年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ；2016年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ；2017年参考序列与各级评价标准的关联度Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ。

从变化情况看，2008～2017年间，丹江口库区的水资源可再生能力处于波动变化，但总体趋势是从Ⅳ级向Ⅰ级变化，表明丹江口库区水资源的可再生能力呈现出明显增强趋势。

3.2 水资源可再生能力预测分析

利用指数评价法计算丹江口库区水资源可再生能力的得分，并采用灰色系统理论中的均值GM（1，1） 模型对2008～2017年样本数据进行模拟，对2018～2020年的水资源可再生能力进行预测如图1。其中发展系数a=-0.082，灰色作用量b=0.247。

图1 丹江口库区水资源可再生能力预测

结果表明：在过去10年内，丹江口库区水资源可再生能力呈波动增长。数据模拟显示水资源可再生能力稳定增强，年均增长0.03。未来3年的水资源可再生能力分别是0.614 （2018年），0.666 （2019年），0.723（2020年）。

4 结语

利用灰色关联法对丹江口库区2008～2017年间的水资源可再生能力等级变化进行分析，并用指数评价法对丹江口库区同一时间段的水资源可再生能力进行计算。发现两种方法计算结果相互吻合，均表明库区水资源可再生能力呈波动增长趋势。预测结果表明丹江口库区水资源可再生能力向好的趋势持续、稳定。未来丹江口库区水资源可再生能力将会进一步提高，对于南水北调工程沿线区域的发展发挥更加重要的作用。