旱区水资源可持续利用评价方法研究进展

殷 强，芦 倩，吴彦霖，张恒嘉，纪永福，任晓燕，梁 超，王 永

(1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省治沙研究所，甘肃 民勤 733300)

0 引言

水资源作为自然界最重要的资源之一，是人类和其他生物相互依存时必不可少的资源。随着我国的经济发展及人口增长，对水资源的需求量持续上升，水资源短缺和生态环境恶化的问题日益显现，尤其对于干旱地区来说，水资源短缺越来越成为阻碍经济发展的重要环节[1-3]。因此，水资源可持续利用已成为干旱地区人类生存、社会发展和生态环境协调发展的关键问题。

水资源可持续利用评价方法的出现经历很长一段时间的研究。可持续发展理念于1972年的人类环境研讨会中正式提出，以此为基础，历经20年于都柏林国际水和环境大会中提出水资源可持续问题。该问题一经提出后，水资源可持续利用的研究方向就主要集中在指标体系的建立和评价方法的探索。在国外，有研究者提出水贫困指数，从水资源、获取途径、水管理、用水类型和环境5个方面分析了水资源利用情况，该方法已在国家和区域间得到广泛利用[4-6]。WALMSLEY Jay等[7]以流域管理为目标制定了水资源可持续利用的综合指标体系，该指标体系还考虑了该国政策框架和集水区系统的实际特点，更加全面地评价水资源可持续利用情况。国内对水资源可持续利用的研究相对较晚，主要集中在水资源优化配置上。杨建强等[8]运用系统动力学对城市的环境经济损失、工农业生产总值和农业供需水量进行模拟预测并提出最佳方案。薛小杰等[9]利用多目标模型从水资源利用和经济发展两方面来研究不同水平年关中地区水资源配置的最优方案。汪峡[10]基于可持续发展理论提出了水资源可持续利用的目标函数和指标内涵，从社会、经济和自然3方面来构建水资源可持续利用评价指标体系。此后，国内研究的重点从水资源优化配置方面转向水资源可持续利用的定性和定量评价方法[11]。目前评价方法有很多种，本文选取最常用的方法进行分析。

1 水资源可持续利用水平评价

随着人们对水资源可持续利用越来越关注，水资源可持续利用的评价方法发展迅速。目前，评价水资源可持续利用的方法多种多样，且无统一的标准。评价水资源可持续利用的过程：根据地域的相关要求(水资源开发利用的区域特点、管理规划和水环境保护等要求)从水资源、社会、经济和环境4个方面挑选带有地域特征的指标构建评价指标体系；选择相应的评价方法。

1.1 构建水资源可持续利用评价指标体系

构建水资源可持续利用评价指标体系是为满足特定时间段在特定区域内的可持续发展要求。根据该区域水资源开发利用过程中存在的问题，结合水资源可持续发展理念，建立有代表性的评价指标体系，为区域水资源利用情况进行评价及后续开发利用提供合理建议。目前，评价指标体系构建的方法尚不统一，其理论基础多从可持续发展指标体系演变而来。归纳国内外学者关于指标体系构建的研究，主要是从社会、经济、环境和水资源4个层面筛选能够代表区域特点的指标。

根据构建的指标体系对该方法进行分类如下。一是水资源与水环境两方面构建指标体系，如邹君[12]从水资源和水环境两方面中筛选能够代表湖南省水资源开发利用情况的指标构建指标体系，对湖南省水资源可持续利用进行评价。二是水资源、社会经济和环境3方面构建指标体系，典型代表为驱动力-压力-状态-影响-响应指标(DPSIR)，DPSIR是在社会经济和环境之间根据因果关系筛选出相关指标,反映了经济、社会和环境间的相互作用，明确了社会经济对环境的影响作用，而环境反过来推动社会经济的发展[13]。DPSIR指标体系选取的指标代表性和可操作性较强，能更好地反映区域水资源开发利用情况，但其线性因果关系对区域实际情况过于简化，尚不能准确评价水资源可持续利用情况。三是水资源、社会、经济和环境4个方面构建指标体系，常见的指标体系为归纳法，归纳法是首先从经济、社会、环境和水资源4个方面选取评价因子，然后根据该区域相关要求将其进行挑选和等级划分，最后使用这些指标构建指标体系。该方法根据地域特点选取指标，筛除数据中重复的指标，使指标体系具有更强的代表性。

1.2 水资源可持续利用评价方法

1.2.1 层次分析法

层次分析法(AHP)首先根据从属关系构建指标体系如目标层、准则层和指标层，利用德尔菲法(专家咨询法)和判断矩阵从定性和定量两个方面计算各层次与各指标层之间的权重，并据此进行评价。指标体系中目标层为水资源可持续利用情况，准则层指从社会、经济、环境和水资源4个方面筛选代表区域宏观指标进而表征水资源可持续利用状态，指标层为准则层的具体指标。该评价方法简单明了，能够更加全面地代表某地区的地域特征，但筛选指标时，不可避免带有较强的主观性。杨世杰等[14]运用层次分析法对山东半岛蓝色经济区的水资源可持续利用潜力进行计算并提出改善水资源可持续利用潜力的对策。

1.2.2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是将水资源系统内部的复杂关系用隶属度函数进行指标量化，结合评价指标体系中相关指标构成评判矩阵，同时计算参评因子的权重，最后对两者进行模糊计算得到综合评价结果。布谣[15]为缓解水资源供需失衡和水污染等突出问题，以宝鸡市陇县为例，运用模糊综合评价法筛选出约束水资源承载力的制约因子，并提出相应的改进措施。

1.2.3 系统动力学法

系统动力学法基于系统互馈理论将水资源可持续利用分解为相互关联、相互作用的子系统，根据因果关系研究系统动态变化，进而模拟系统未来发展趋势，并据此提出相应对策。张雄[16]根据天津市水土资源利用存在的问题，运用系统动力学对天津市水土资源开发利用情况进行模拟，提出了5种方案对其未来趋势进行动态仿真，最后据此提出相应的对策建议。

1.2.4 人工神经网络模型

人工神经网络模型是以神经元工作方式为基础的一种信息处理系统。通过对样本进行反复训练得出未知数据。与其他方法相比，该评价模型具有操作简单、评价结果较客观的优点，且评价结果的精确性随样本数量增加而增大，同时由于其太过依赖样本数导致评价结果与实际不相符[17]。姜宇[18]为分析区域水资源供给能力，以黑龙江省肇州县为例，运用人工神经网络构建了水资源承载力评价指标体系并得出该区域水资源承载力水平。

1.2.5 生态足迹法

生态足迹法由加拿大Ree等在1992年提出，用来分析区域水土资源可持续利用能力并不断完善和推广，具有操作简单和结果可靠等特点。其具体评估方法是以土地为度量单位，通过比较人类对自然资源的需求量与自然界对人类的供给量来衡量区域生态可持续性。周悦等[19]运用生态足迹法对辽宁省生态盈亏和用水效率进行了研究，并通过与其他区域进行对比分析，为辽宁省水资源开发利用提供对策建议。

2 旱区水资源可持续利用评价方法

旱区水资源开发利用的问题主要有水资源稀少且供需时空分布不均匀，水资源利用效率低下，节水意识弱，节水措施未落到实处，地下水超采，进一步恶化脆弱的生态环境，产业结构单一，抗风险能力低，干旱和洪涝等水资源灾害问题突出等[20]。本文基于对以上几种指标体系构建和评价方法的归纳总结，结合干旱区水文气象及水资源开发利用情况，提出适宜干旱区水资源可持续利用的评价方法，并根据水资源可持续利用研究目的将评价方法分为3类：①可运用层次分析法、模糊综合评价法和人工神经网络等方法对水资源可持续利用现状进行分析；②运用生态足迹法构建水资源可持续利用指标体系和评价方法，比较不同区域间水资源可持续利用现状；③运用系统动力学模拟区域水资源开发利用现状并研究水资源可持续利用未来发展状况，提出不同发展模式并预测未来水资源可持续利用状况。

3 结束语

水资源可持续利用评价是一种涉及不同时空尺度下的跨领域和多层次问题，关键是其评价方法选择。水资源可持续利用的评价对旱区水资源开发利用具有重要的指导意义，但不同旱区的社会文明程度、经济发展状况和生态环境皆对水资源可持续利用评价产生相应的影响。因此，在今后的研究中要根据不同地区的实际情况来选取不同的评价方法，以期为旱区的水资源开发利用提供相应的建议和对策。

随着物联网、云计算、大数据和移动互联网等新一代信息技术的高速发展，传统的信息获取渠道必将落伍。在今后的研究中可以利用最新的信息技术与水资源可持续利用的评价方法相结合，实现水资源可持续利用评价的自动化、数字化和科学决策化，全面提升水资源开发利用的综合效益。