基于模糊评价模型的辽阳市水资源承载能力综合评估

孙海波

(营口市水利事务中心，辽宁 营口 11500)

1 辽阳市概况

辽阳市属于辽宁中部城市，属于浑太河流域，地形高程从东南向西南逐步递减，东南、东北部属于千山及龙岗山脉的山丘地带，西部属于辽河平原区域。全市山丘、平原的面积占总面积的比例分别为59.2%以及40.8%[1]。辽阳市境内流域面积在10km2以上的中小河流数目为104条，流域面积在50km2以上的河流数目为32条，流域面积在100km2以上河流数目共为17条[2]。辽阳属于典型的温带大陆性季风气候，四季分明，夏季降水量约占全年降水总量的70%。根据相关数据统计，辽阳市非农业和农业人口占全市人口的比例分别为43.76%以及56.24%[3]。太子河为辽阳市出境河流，出境水量全部流入鞍山境内，辽阳市出、入境水量多年平均值分别为25.64亿m3及21.3亿m3[4]。近些年来，辽阳各河流水质总体变化较为平稳，汛期河流水质超标主要为氨氮和生化需氧量，高锰酸盐指数为非汛期主要超标水质之一[5]，辽阳地区共有2座大型水库，3座小型水库，水库蓄水的重库容为150000万m3，各水库均位于太子河干支流上，区域内有17座库容<10万m3的塘坝工程，蓄水库容总量达到11.81万m3[6]。全辽阳市水井取水总量为55187.8万m3，其中辽阳县、灯塔市水井工程分别为77923眼和83800眼[7]。通过对辽阳市水资源现状进行分析，区域水资源时空分布不均匀，水资源开发利用合理度较低，不同分区水资源使用水平存在明显差异，部分河流水质状况未得到改善[8]。由于蓄水配套工程与社会经济未能同步进行，使得部分地区供水能力较高，而一些区域的供水能力较小，此外由于部分区域超采地下水，使得首山地下水资源开发程度过高，区域水资源供需矛盾逐步加剧[9]。针对当前辽阳地区水资源问题和矛盾，基于当前引、调水工程措施，综合考虑辽阳市生产力发展、水资源开发利用潜力，通过构建评估模型对辽阳地区水资源承载能力进行评估，并提出水资源合理配置的相关措施，为辽阳地区社会经济发展布局提供重要的参考依据。

2 水资源承载能力评估方法

2.1 构建评估指标

结合水资源、需水、生态环境用水3个方面，基于区域水资源特点，建立水资源承载能力的评估指标体系。评估指标体系，见表1。

表1 评估指标体系

2.2 评价标准

结合辽阳市水资源评估指标对各评价指标进行等级划分，制定不同等级的评价标准，评估指标划分的等级标准，见表2。

表2 评估指标划分的等级标准

此外对于区域地表水合格率<50%作为一票否决的特殊指标，当地表水质合格率<50%，则可认定区域水资源承载能力超过极限值，生态环境被破坏，需要采取相应措施进行治理和保护。为了更好的表征区域的水资源承载能力的变化特点，对V1，V2，V3评估值设置在0-1，评分值分别为0.96、0.52以及0.06，这样就可以对水资源承载能力的各个因素进行不同等级的划分，评分值越大，表明水资源开发的潜力越高，评分值越低表明水资源开发的潜力越小。

2.3 评估模型

文章采用模糊综合评价模型对各构建的评估指标进行综合分析，结合综合分析结果定量评估区域水资源承载的能力，模糊综合评估方程为：

(1)

式中：bj为评估指标；ai为各指标对应的权重；ri为第i行的评价指标对各因子的影响程度；rj为第j列评价指标对各因子的影响程度；在具体评价时，结合评价指标的隶属度，与指标权能重进行单个指标进行综合，计算方程式为：

(2)

得到评估指标后，按照最大隶属原则对各指标进行评分，评分的原则为基于上一级模糊综合评估结果，将评估指标集合U按照不同类别进行子集S的划分，各子集分别为U1，U2，L，Us，结合区域实际的水资源特点，还需要对各子集进行再次的划分，对每个因子进行综合评价。在具体评估过程中，按照实际的数据对不同因素进行分级评估，为了降低各等级评估指标之间差异度，对不同指标的隶属度函数进行模糊光滑处理，对中间区域的评估指标隶属度尽量调整趋近于1.0，两侧隶属度按0.5进行调整，两侧中间点按逐步递减进行处理。对于V1和V两侧的区间，设定其临界值隶属区间>0.5，按照上述方法对评估指标的隶属度进行计算，指标隶属度计算方程为：

K2=(K1+K3)

(3)

在方程中V1和V2及V2和V3的临界值分别为K1和K3，K2为不同区间各等级的中间值。并对各评价因子U1，U2，U3进行相对应的隶属度的计算：

(4)

(5)

(6)

对各评价因子U1，U2，U3进行相对应的隶属度的计算：

(7)

(8)

(9)

通过以上方程对不同等级隶属度rij进行计算，并按照各评级指标对区域水资源承载能力的影响程度进行指标权重的设定，形成评估指标权重矩阵。

A=(a1,a2,···am)

(10)

结合权重和隶属度函数的矩阵，对地区水资源承载能力进行评估计算，不同等级对应的评估值即为区域水资源承载能力的综合值。

3 辽阳市水资源承载能力评估结果

3.1 辽阳市水资源平衡分析结果

结合三次水资源平衡分析的方法，结合内部水资源潜力、水利用效率改善、减少用水指标三个方面进行辽阳市水资源的3次平衡分析。辽阳市水资源平衡分析结果，见表3。

表3 辽阳市水资源平衡分析结果 万m3

辽阳市在现状用水条件下通过水利调水工程实施后可使得缺水量明显减少，在2020年能够满足保证率为60%和80%的用水总需求，但是不能满足用水率为90%的用水需求。进入2030年后，可以满足保证率为50%的用水总量要求，但不能满足用水保证率为80%和95%的用水总量的要求。由此可以分析，辽阳地区远景规划年水资源供需矛盾也将存在。因此需要对辽阳市进行节水、中水利用、对内部水资源潜力进行挖掘为主的水资源非常规利用等工作。

3.2 辽阳市评价矩阵的计算

结合辽阳社会经济统计、资源数据，对现状年、规划年份的评价矩阵系数分析结果，见表4。

表4 不同用水目标下辽阳市评价矩阵分析结果

从不同目标年份下的水资源承载能力预测分析结果可看出，农业需水量依然是区域水资源最大的需水类别，其次为工业需水，相比于其他用水，生态环境需水比例较低，这主要是因为水资源供水目标主要还是首先满足生活和生产用水的需求。

3.3 辽阳市水资源承载能力指标构建

结合辽阳市节水规划需求和前述的水资源综合评估指标体系，选取8个指标作为水资源承载能力评估的主要指标。辽阳市水资源承载能力评估指标定量结果，见表5。

表5 辽阳市水资源承载能力评估指标定量结果

综合考虑辽阳市节水规划需求和现状水资源特点，选取8个典型指标作为辽阳市水资源承载能力评估指标，从分析结果可看出，工业用水重复率得到有效控制，并通过节水措施对农田灌溉的有效利用系数进行了提升，2011年农田灌溉水有效利用系数值为0.59，到2030年远景规划年，田灌溉的有效利用系数提升到0.73。生产和生活用水作为辽阳市供水要求最大的两类水资源，其用水定额也相应的增加。

3.4 辽阳市水资源承载能力指标隶属度分析结果

结合评价矩阵及各评价指标，对不同供水保证率条件下的8个指标不同等级的隶属度进行分析，辽阳市不同保证率下对应的不同等级各指标的隶属度分析结果，见表6。

表6 辽阳市不同保证率下对应的不同等级各指标的隶属度分析结果

3.5 辽阳市水资源承载能力综合评估结果

结合不同等级指标的隶属度分析结果，采用不同指标的权重即可对辽阳市不同水平年份各保证率下的水资源承载能力进行评估。辽阳市各水平年下不同保证率的水资源承载能力评估结果，见表7。

表7 辽阳市各水平年下不同保证率的水资源承载能力评估结果

从分析结果可看表明在不考虑节水措施、外调水、以及新建蓄水工程的前提下，辽阳市现有水资源供给度已经不能满足社会经济、生产生活的需水要求，综合评估结果表明辽阳市水资源处于超载的状况，通过调研发现区域水质达标率也呈现下降趋势，地下水质影响程度更高。在综合考虑跨区域调水、中水回用等措施后，在现状用水效率不发生改变的前提下，未来远景年水资源承载能力逐步趋于饱和状态，到2030年后水资源超载情况将逐步显现。在提高用水效率的情况下，在采用跨区域调水和非常规用水措施力度加大后，水资源供需矛盾可以得到一定程度的解决，辽阳市水资源承载能力将得到提升。

4 结 论

1)按照当前辽阳市用水效率，本地水资源可支撑规划年2030年GDP的最大值分别为年1072亿元。考虑跨区域调水和现状用水效率的前提下，规划年可支撑的GDP的最大值为2109亿元。考虑节水措施和用水效率提高的前提下，规划年可支撑的GDP的最大值为4842亿元。

2)通过辽阳市水资源超载能力综合分析，在区域适宜发展速率的前提下，规划年2030可承载的人口总数和GDP总量为193万人和3090亿元。

3)建议加大辽阳市节水措施的升级改造，到2030年农业灌溉效率提升到0.71，工业用水重复率提高到90%以上。