辽宁省水资源承载力评价

高 萌

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)

0 引 言

水资源承载力是指在合理开采利用的条件下水资源能够支撑当地经济发展与人口规模的最大开发容量，对其综合评价覆盖生态环境、经济、社会、水资源等各个方面。随城镇化和经济一体化的不断推进，水资源利用和社会经济发展之间的矛盾日趋突出。为保护水体生态环境以及促进水系统的良性循环，评价和分析辽宁省水资源承载能力对于促进人水和谐发展发挥着重要作用。关于水资源承载力诸多学者取得了一定的成果，如孟丽、戴明红等对江西省水资源承载力利用可变模糊评价模型进行了评价分析；朱照宇等运用自然趋势法和年递增率指标，初步评价了珠三角地区的水资源状况；刘树峰等采用相对承载力评价法，系统分析了惠州市的水资源开发潜力；张星标等对区域水系统利用AHP与模糊数学相结合的方法进行科学评价；苏永军等将物元可拓理论和投影寻踪法相结合，避免了评价结果受主观判断的影响；朱玲燕等对衢州地区的水资源系统运用熵权-灰关联耦合法进行系统评价。在综合评价和权重计算过程中，部分方法未考虑指标本身的重要性，将参数实际值参与计算使得评价结果存在偏差，有些方法过度依赖主观判断和专家经验，没有结合实际情况就给出主观评判。鉴于此，文章依据辽宁省水资源现状和社会经济相关资料，综合考虑水资源系统的随机性、不确定性和区域性特征构建多因素、多层次评价体系，将AHP法初始权重利用熵权法加以修正，对辽宁省水资源承载力现状运用基于理想点法的模型进行评价，以期为水资源管理相关政策的制定和当地可持续健康发展提供科学依据[1-8]。

1 区域概况

辽宁省地处中国东北地区南部，介于E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之间，东与韩国、日本隔海相望，南临渤海、黄海，属于东北地区既沿边又沿海重要的开放门户。全省由鞍山、抚顺、铁岭、沈阳、葫芦岛、朝阳等14个地级市和2个省管县组成，占地面积共14.8万km2，境内各河流蜿蜒曲折、纵横交错，主要河流有饶阳河、大凌河、浑河、太子河、辽河等，岛屿有长兴岛、石城列岛、大鹿岛及里长山列岛等266个，全省岛岸线长627km。地形地貌有“六三一水三分田”之称，地势特征表现出中部低、东西两侧高的变化特征，东、西两侧为海拔约800-500m的低山丘陵。该区域大陆性季风气候，年均气温为8-12.6℃，气候特征为冬季少雨干暖，夏季气候凉爽，日照充足。由于特殊的地理环境和复杂的水文气象，降水呈明显的区域性与季节性特征，不同时间尺度上的降水量存在较大的差异，每年的7-9月为降雨集中期且多以暴雨或强降雨。在空间分布上，平原地区相对于高山地较低，与渤海相邻的东南部降水量充足，而西北地区风沙干旱严重且降水稀少。水资源存在可开发利用量少、边界效益低、开发难度大和开采成本高等特点，加之局部地区地下水开发过度与水环境保护意识薄弱，使得境内水生态功能和承载力水平持续下降[9-11]。

2 研究方法

2.1 承载力评价体系与等级划分

水资源决定着社会经济的发展速度和人类的繁衍生存，其承载力水平为反映当地能否持续健康发展的重要参数。文章结合辽宁省水资源相关资料和现有研究成果，综合考虑各方面影响因素，从辽宁省环境统计公报、水资源公报、统计年鉴等资料提取相关参数，遵循代表性、层次性、科学性、可获取性、区域性、独立性和整体性等原则构建多层次多因素承载力评价体系。

然后依据相关文献、区域发展规划指标值、国际与国家认可的标准确定水资源承载力等级，将评价等级划分为Ⅰ-Ⅴ级5个标准，所对应的评语依次为优、良、中、差、很差，从而构建评估集V={v1，v2,v3,v4，v5}。各评价指标的等级区间和等级划分参考文献资料，划分标准见表1。

表1 水资源承载力评价体系及等级划分

2.2 修正的指标权重

1)初始权重的计算。评价指标权重利用AHP法确定的基本原理为：将各指标之间的相对重要性依据专家经验和专业知识确定，为定量反映不同指标的贡献率引入1-9数值标度法。在判断矩阵构造过程中，由于不同专家经验水平和知识结构的差异性，往往出现结果不一致和权重相差较大的现象，所以还需检验一致性状况。

2)权重的修正。虽然层次分析法的可靠性相对较高且具有较强的问题识别能力，但在计算过程中具有较强的主观性，易受专家经验和知识水平的影响。熵权法是依据系统无序化程度确定指标权重的有效方法，结果较为严谨、客观，能够有效避免主观因素对权重计算的影响。将评价指标权重利用熵权法计算的基本步骤为：

步骤一：设水资源承载力评价指标数为n，待评价样本为m，由此构造判断矩阵R=(xij)mn，其中i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

步骤二：采用归一化处理公式消除不同指标的量纲差异性，从而建立标准矩阵Y。对于参数值越大则承载力水平越高的指标，归一化计算式为：

(1)

对于参数值越小则承载力水平越高的指标，归一化计算式为：

(2)

式中：xij、yij为指标j关于样本i的参数值及其归一化序列；maxxij、minxij为指标j的最小、最大值。

步骤三：根据熵的具体特征计算评价体系中各参数的熵值，其表达式为：

(3)

步骤四：信息熵越大则相对其他参数而言各评估对象间的差异性就越大，对评价结果的贡献率就越大，所赋予的权重值就越高；若指标存在较大的信息熵，则对于该指标而言各评估对象之间存在较小的差异性，在评价过程中指标的影响程度就越小，所赋予的权重值就越小。根据此原则确定指标权重，计算式为：

(4)

为了能够有效避免个人偏好和主观判断对承载力评价的影响，提高评价结果的可靠性与客观性，要综合考虑不同数据间的变异程度和专家知识经验。因此，文章对层次分析AHP法初始权重利用熵权法进行修正，修正后的权重计算方法如下：

(5)

2.3 基于理想点法的评价模型

经熵权法修正后的指标权重wi能够更加准确的体现实际工程中不同指标间的重要程度，从而提高评价结果的科学合理性。因此，文章对区域水资源承载力采用理想点法评价，其主要流程如下：

(1)正、负理想点。待评价样本趋近于理想目标的程度为理想点法的基本原理，根据研究对象的内涵特征可将理想目标划分为正、负理想点，其中正向、逆向指标分别代表评价样本趋近正、负理想点的参数，其计算方法为：

(6)

(7)

2)测度距离的计算。根据正、负理想点与待评价样本之间的距离，正向指标趋近于正理想点的程度越高，则承载力评价结果越优；反之，则承载力越低。正、负理想点与评价指标之间的综合测度距离考虑选用欧式距离来定义，其表达式为：

(8)

(9)

式中：D1、D2分别为趋近正、负理想点的测度距离；wi为修正的各指标权重。

(3)确定贴进度。区域水资源承载力状态利用理想点贴进度T的大小来反映，主要体现在水资源系统受各指标的影响作用方面，利用下述相关公式确定理想点贴进度，即：

T=D2/(D1+D2)

(10)

式中：T为反映了贴近正理想点程度的参数，取值区间为0-1，期值越大则越接近于正理想点。

3 结果与分析

3.1 权重的计算分析

辽宁省各地市2013-2017年水资源承载力指标数据，来源于环境统计公报、水资源公报和统计年鉴。评价指标的相对重要性邀请相关专家依据AHP法作出评判，然后对初始权重采用熵权法计算公式加以修正，从而得到修正的权重wi见表2。从表2可以看出，各指标权重利用熵权法和层次分析法的计算结果基本一致，仅有个别参数存在差异，权重最大为年降水量C3，其次为工业重复用水率C13，修正的权重分别为0.135和0.107，人均水资源量C2和第三产业比重C11的修正权重为0.078、0.094，C12指标的权重最小，修正值为0.020。总体来看，各指标对总体目标的贡献率与修正权重的大小基本相符。

表2 修正的权重系数计算结果

3.2 各等级综合贴进度

(11)

根据计算公式(8)、(9)和修正的权重值wi，计算确定各指标在不同评价标准等级下的综合测度D1、D2，然后对理想点贴进度利用式(10)、(11)计算。结果显示，理想点贴进度在水资源承载力Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等级下分别为0.751-1、0.610-0.751、0.478-0.610、0.309-0.478、0-0.309。

3.3 水资源承载力评价

将评价体系中16个指标2013-2017年的数据值归一化处理，并对各指标的理想点贴近度利用构建的承载力评价模型进行计算，按照评价等级划分标准得到辽宁省各地市2013-2017年的承载力水平，见表3。

表3 2013-2017年辽宁省各地市水资源承载力水平

3.4 分析与建议

2013-2017年辽宁省水资源承载力状态利用理想点法进行综合评价，由此揭示其变化特征，见图1。

图1 辽宁省各地市水资源承载力变化趋势

从图1可以看出，研究期间辽宁省水资源承载力呈现出波动变化特征，整体处于0.5-0.7之间，由于2014年降水量和人均水资源量显著增大，从而使得2013-2014年承载力水平快速上升，随后有所下降但整体仍表现出上升趋势。除个别地区外，大部分区域的水资源承载力由2013年的Ⅲ级改变至2017年的Ⅱ级，除2016年外沈阳地区的承载力均为全省最低值，相对于其它地市其水资源状况较差。2013-2017年锦州市水资源承载力均为最大，其原因为GDP增长率较大且社会经济发展迅速的大连、铁岭、沈阳等地区，人口规模和各行业用水量急剧增大，人均水资源量下降并低于全省平均值，从而导致各行业用水矛盾十分突出；人均水资源量和年降水量较为丰富的营口、葫芦岛、丹东等地区，城镇居民生活用水极少，且用水效率和污水处理率均大于全省均值。

区域水资源承载力状况涉及到的范围较广、因素较多，主要受水资源量、污水处理率、降雨量和第三产业比重等因素，另外还与人口自然增长率、总耗水、GDP增长率等因素相关。根据以上评价结果和辽宁省水资源现状，为进一步提高该区域承载力水平应采取的措施有：优化产业用水结构，提高用水效率；加快节水器具、设备的普及和供水管网的改造，减少水资源的浪费切实提升节水意识；坚持可持续发展，促进人水和谐相处；注重浇灌节水技术和抗旱作物的研究，加强骨干灌水线节水改造工程建设，提升灌区渠系的防渗率和配套率等。

4 结 论

1)从生态环境、经济、社会与水资源子系统选择承载力评价指标，并构建评价体系和等级标准，将初始权重利用熵权法加以改进，从而提出基于理想点法的承载力评价方法。结果表明：改进的指标权重能够显著降低人为因素干扰，提高承载力评价结果的客观性与科学合理性。

2)2013-2017年期间辽宁省各地区承载力总体表现出波动上升趋势，承载力评价等级位于Ⅱ-Ⅲ级，不同区域存在明显的差异，其中经济发展迅速确人口较为密集的铁岭、沈阳、大连等地区的水资源承载力较差，结合辽宁省水资源评价结合和实际情况提出合理化建议，可为辽宁省水资源可持续利用、水资源规划保护以及河长制的推行与管理提供一定参考。

3)由于数据的可获性差和水系统的不确定性、区域性、随机性，导致水平年的选取和评价指标体系不够系统、全面，为保证评价结果的可靠性与合理性，未来仍需要进一步完善评价体系和分级标准。