辽宁省水资源承载力分析

吕 明

(清原满族自治县水利事业服务中心，辽宁 抚顺 113300)

0 引 言

当前，社会经济的发展和人口数量的激增，进一步加剧了水污染问题和水资源供需矛盾，持续紧张的水资源矛盾对区域健康发展构成严重威胁。因此，科学评估区域水资源承载力可为水生态保护和水资源发展规划的重要依据，为国民经济建设、供水系统建设和水资源合理规划配置等提供科学指导[1]。

长期以来，如何实现水系统的良性循环和水资源可持续利用为国内外研究的重要课题，对此许多学者开展了一系列的研究并取得了丰硕的成果。20世纪80年代水资源承载力的概念被提出，对其评价研究现已发展形成SD法、多目标法、指标体系法和多要素综合评价法等，相对于其它研究方法考虑了多要素的综合评价模型已广泛应用于水资源领域。例如，赵建世等以海河流域为例，对水系统承载力利用模糊综合法进行评价，结果发现海河流域水系统承载力呈不断增长趋势，水资源为超载状态；袁伟等对阜阳市水系统承载力运用模糊数学法开展了评价，研究表明其水系统承载力逐渐下降趋势[2-3]。可见，对于水系统承载力的分析多要素综合评价模型的应用较为广泛，而将其应用于辽宁地区的研究还鲜有报道。由于特殊的地理位置和气候环境辽宁地区的水资源较为匮乏，水资源系统满足城镇化建设、经济发展的供水压力持续增大，所以定量评估该区域水资源承载力具有重要意义。鉴于此，文章以辽宁省为例运用综合评价模型，较为客观准确的评价分析其水资源系统状况，以期为区域水资源优化配置和水生态保护提供科学的指导。

1 构建多要素综合评判模型

单独考虑每一个要素的实际状态为多要素综合评价模型的关键环节，然后按照评价等级和隶属度大小确定每一要素所处的标准，且构建的模糊映射要素集应覆盖水资源系统的各个方面，采用下述公式获取单一要素的隶属度，即：

f:U→F(V)，∀ui∈U，ui|→f(ui)=

(1)

式中：rij为针对评价对象vj单一要素ui的隶属度；vj为水系统承载力第j个评价等级。

单要素模糊映射评估集与每一单独要素间的关系利用公式(1)描述，则其表达式为：

Ri=(ri1，ri2，…，rim)

(2)

经模糊映射转换处理可以构造覆盖每个单独要素的评价矩阵，运用以下表达式作为水资源承载力评价矩阵：

(3)

根据已构造的水资源承载力单要素评价矩阵，运用模糊数学法建立多要素综合评价矩阵，其表达式为：

B=A·R=(a1，a2，…，an)

(4)

水资源承载力多要素模糊综合评价指数即为公式(4)中bj的物理内涵，关于评价对象多个要素的隶属度表示为rij。单一要素对最终评价结果的贡献率大小利用指标权重ai描述，由此构造的权重集为A=(a1，a2，…，am)，水资源承载力受不同评价因子的影响度利用专家打分法确定，结合区域水资源情况和相关资料赋予相应的权重。水资源承载力多要素综合评价值为评价矩阵和权重矩阵加权求和运算结果，其数学表达式为：

(5)

2 实例分析

2.1 区域概况

辽宁省地处我国东北地区南部，东与韩国、日本隔海相望，隔鸭绿江与朝鲜相接，南临渤海、黄海，地理位置为E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′，属于东北地区既沿边又沿海重要的多外开放门户。研究区下辖沈阳、大连、抚顺、铁岭、朝阳、葫芦岛等14个地级市和2个省管县组成，总面积14.8万km2，地貌形态大致分为“六三一水三分田”。该区域为大陆性季风气候，年均气温7.0℃-11.5℃，年降水量600-1100mm，复杂的气象条件和特殊的地理环境使得区域降水存在明显的季节性、区域性，每年的6-9月降雨较为集中且多暴雨或强降雨；空间尺度上，中部平原地区较高山低降水较少，与渤海相邻的东南部降水量充足，而西北部降水稀少且风沙干旱严重[4-7]。

辽宁地区分布饶阳河、大凌河、太子河、浑河、辽河等河流，岛屿有大鹿岛、长兴岛、石城列岛及里长山列岛等266个，全省岛岸线长627km，狭长的海滨平原素有“辽西走廊”之称。水资源利用以地下水为主，局部地区的地下水过度开采且水资源浪费严重，水资源存在边际效益低、可开发总量少、开采成本高等特点，城市化建设和经济社会发展使得水资源问题更加突出，其水系统水生态功能和承载力呈下降趋势。因此，根据水资源可持续发展和水生态文明建设要求，为实现区域人水和谐相处必须把水环境承载力作为主要对象，将生态环境作为首要考虑的问题。通过对水资源承载力的预测和评价，为充分利用当地水资源，减少水环境污染和水资源浪费，协调区域经济发展与水资源空间分布等提供理论依据，为发挥水资源价值及加快推进水生态文明建设提供科学指导[8-10]。

2.2 评价矩阵R

根据辽宁地区水资源二次评价成果和该区域经济社会统计数据，参考专家意见和区域水资源实际情况确定研究区供水量、需水量、经济发展和人口规模等数据，从而获取50%、75%、90%三种不同保证率下各参评指标初始数见表1。

表1 不同保证率下情景年水资源承载力参评指标值

根据文献资料有关隶属度计算方法，求解表1中50%、75%、90%三种不同保证率下辽宁省2020年和2030年水资源承载力各项参评因子隶属度[11]，如表2和表3。综合考虑国内外相关研究成果，结合辽宁地区水资源利用现状和水生态文明建设目标要求将承载力划分为V1、V2、V3级，其中V1级代表区域水资源可持续利用潜力较小、承载力水平较低；V3代表区域水资源可持续利用潜力巨大、承载力水平较高；V2级处于以上两级之间，即区域水资源存在一定的利用潜力，承载力处于中等水平。

2.3 权重矩阵A

通过计算水资源承载力评价矩阵R，采用专家赋分法按照重要程度对各参评因子赋予相应的权重，由此构造各指标权重矩阵A，设x1、x2、…、x8为承载力各项评价因子，则构造的重要度矩阵见表4。经规范化处理可以得到各参评因子的权重系数，计算结果为：A=(0.16，0.20，0.16，0.17，0.12，0.10，0.11，0.13)。

表2 2020年各参评指标不同保证率下的隶属度

表3 2030年各参评指标不同保证率下的隶属度

表4 各参评因子重要度矩阵

2.4 综合评分值

根据2.2中所述，综合考虑国内外相关研究成果，结合辽宁地区水资源利用现状和水生态文明建设目标要求将承载力划分为V1、V2、V3级，其中V1级代表区域水资源可持续利用潜力较小、承载力水平较低；V3代表区域水资源可持续利用潜力巨大、承载力水平较高；V2级处于以上两级之间，即区域水资源存在一定的利用潜力，承载力处于中等水平。依据已获取的权重矩阵A和各参评因子的等级隶属度矩阵R，对辽宁地区情景年2020年、2030年的水资源承载力运用文中所述公式(4)求解，从而构造评价矩阵B见表5。

综合考虑国内外相关研究成果，结合辽宁地区水资源利用现状和水生态文明建设目标要求划分的评价标准，综合评分值与水资源开发潜力呈正相关，即评分值越高则系统承载力越高。

表5 不同保证率下辽宁地区水资源承载力综合评价值

根据表5可知，随着农业灌溉和工业发展用水的增加辽宁地区的水资源承载力呈上升趋势，2020年和2030年的综合评价值不断增大，可见该地区的水资源开发潜力不断下降，水资源满足各行业用水压力将不断加大。评价结果能够基本体现辽宁地区的未来用水量变化特征，可为研究区水资源发展战略、产业布局及总体规划等提供科学的指导，为区域水资源持续利用和水源管理规划提供数据支撑。因此，通过提倡中水、微咸水资源化及高效节水灌溉技术的推广应用，采取保护水生态环境、发展节水型工业和减少农业用水总量等措施，以实现生态环境、经济、社会与区域水资源的协调持续利用。

3 结 论

1)综合考虑各方面要素的综合评价模型，能够有效解决传统的单要素评价存在的不足，对于区域水系统评价具有良好的适用性和可行性。

2)辽宁地区2020年、2030年水资源系统压力呈上升趋势，水资源承载力受水系统开发率过高、植被覆盖度低及资源性缺水等因素的影响显著。为促进生态环境、经济、社会与区域水资源的协调持续利用，应采取保护水生态环境、发展节水型工业和减少农业用水总量等措施，提倡提倡中水、微咸水资源化及高效节水灌溉技术的推广应用等。