辽宁省水资源开发利用程度评价研究

毕悦澄

（辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000）

0 引 言

水资源开发利用程度评价是一项涉及社会经济、资源环境、人口等多个系统的复杂工程，主要是选择合适的计算指标，将各个指标数据利用一定的数学模型耦合成开发利用程度综合指数，从而反映区域水资源实际状况，为水资源可持续利用及其管理规划提供决策依据[1]。目前，比较常用的评价方法有BP 神经网络法、DPSIR 模型、模糊数学法、系统动力学法和投影寻踪法等[2-5]。文章结合区域水资源数据，对24 个初选指标利用灰色关联法进行分析，从中筛选出典型指标构建评价体系，然后利用AHP 法计算指标权重，应用综合评价指数法计算分析辽宁省14个地市的水资源开发利用状况，旨在促进区域经济社会、生态环境与水资源的协调发展。

1 评价模型

1.1 关联度计算

1）步骤1：设定参考指标x0(k)为水资源开发利用程度，k为研究单元数，k=1，2，…，m；比较指标xi(k)为显著影响水资源开发利用的因子，i=1，2，…，n，n为影响因子个数。

2）步骤2：无量钢化处理。由于各初始数据的量纲或单位不同而无法直接参与比较计算，必须对初始数据进行无量纲化处理，即：

式中：xi(k)、——代表评价单元k参评指标i的无量纲化值和初始数据；min(xi)、max(xi)——代表所有评价单元中参评指标i的最小、最大值。

3）步骤3：关联系数的计算。关联系数ξ0i是指在第k个评价区域参评指标i对参考指标的关联程度，即参考指标x0(k)与比较指标xi(k)在评价单元k中的关系，可利用下式计算[6]：

4）步骤4：关联度的计算。考虑到序列信息比较分散，关联系数较多难以直观比较的实际情况，引入关联度ri来处理信息集中的问题，以此反映序列的整体关联状况，其表达式为：

1.2 明确参评指标

一般地，水资源开发利用程度涉及社会经济、资源环境、人口规模等诸多复杂因素，在评价过程中必须考虑其社会和自然属性[7]。因此，文章以区域水资源开发利用率为参考指标，从社会经济、生态环境、开发利用和水资源的角度初步选定24 项指标，并按照灰色关联法计算步骤，对24 项指标进行关联度计算见表1，结合区域实际情况和关联度排序结果确定典型指标构建评价体系。

1.3 AHP 法计算权重

1）步骤1：构造梯阶层次结构。通过初步分析评价目标，按属性将评价对象所涉及的各项指标进行分组，构建梯阶层次框架，这种梯阶层次存在自上而下的支配关系，即准则层中的指标既对下一层具有支配作用，又受到目标层指标的支配[8-9]。

2）步骤2：建立判断矩阵。根据水资源开发利用程度的梯阶层次结构，即可确定上、下层之间的关系。对于各指标支配上一层指标的相对重要度可以利用判断矩阵法来确定，即赋予响应的权重。一般利用专家咨询法，通过两两比较建立各层次判断矩阵A，设指标i相对于j的重要性标度为aij，m参评因子数，则A的表达式为：

3）步骤3：计算最大特征根。然后利用公式（2）~（3）公式计算判断矩阵A的行乘积Hi及其n次方根，具体如下：

依据以上计算结果，采用公式（4）进行归一化处理，从而确定特征向量W，W所对应的各分量即为权重ωi，进一步计算判断矩阵的最大特征根λmax，即：

4）步骤4：一致性检验。通过一致性检验即判断矩阵的一致偏离程度，从而保证权重计算的合理性，计算公式为：

式中：CR、RI——代表判断矩阵A 以及同阶矩阵平均随机一致性指标，RI取值标准如表2。随机一致性比率CR<0.10 则代表判断矩阵通过一致性检验，由此计算的权重合理可信；否则，应重新构造判断矩阵A 直至通过一致性检验。

根据以上分析结果，将选取的14 个典型指标按梯阶层次结构划分成3 个层次，从而构建多因素、多层次水资源开发利用程度评价体系，然后按照AHP 法计算流程确定各个指标权重，如表3 所示。

表3 梯阶层次结构评价体系

1.4 综合评价指数

水资源子系统反映了水资源对经济、耕地、人口规模的可承载能力，主要体现在各区域水资源分布以及总量上；开发利用子系统反映了人类对水资源的调控水平以及各区域水资源供应能力；生态子系统是是有机与无机界之间的桥梁，也是自然环境中最为活跃的因子，在质和量上水资源受人工侧支水循环影响发生极大的改变；社会子系统反映了经济社会发展与水资源之间的关系，体现了其社会属性。采用下式计算各地区水资源开发利用综合评价指数，其表达式如下[10]：

式中：S、O——代表准则层和目标层综合评价指数；x、ω——代表对应于表3 的指标归一化值及其权重值。依据各指标权重计算结果和归一化数据（表4），利用以上公式计算辽宁省各地市2020 年水资源开发利用综合评价指数，如表5 所示。

表4 水资源评价指标归一化数据

表5 综合评价指数与开发利用程度

依据表4 计算结果，从低到高各地市水资源开发利用综合评价指数排序为葫芦岛＜阜新＜锦州＜朝阳＜盘锦＜铁岭＜鞍山＜抚顺＜营口＜辽阳＜本溪＜丹东＜大连＜沈阳。考虑到现阶段尚未形成统一的等级划分标准，对水资源开发利用特性及变化规律的研究还不够深入，故本研究所计算的综合评价指数属于一个相对值。

1.5 评价等级

根据水资源利用实际情况和计算结果，将辽宁省各地市水资源开发利用综合评价指数用散点法划分成高、中、低3 个等级。具体而言，水资源开发利用程度达到“高度”的有大连市、沈阳市，这两个地区的开发利用潜力较小，这可能与当地供水能力不足、水利工程建设滞后、居民生活和工业生产污水排放量大等因素有关，应加强废水回用和节约用水，加大水利投资建设，严格控制排污量，从而缓解现阶段所面临着水资源短缺问题[11-12]。水资源开发利用程度达到“低度”的有朝阳市、阜新市、盘锦市、锦州市和葫芦岛市，这些地区具有较大的水资源开发利用潜力，可以为经济发展提供强有力的支撑。然而在经济发展过程中应高度重视水环境保护，不得以牺牲水体环境为代价来发展经济建设。水资源开发利用程度达到“中度”的包括辽阳市、营口市、丹东市、本溪市、鞍山市、铁岭市和抚顺市，这些地区已具有相当的水资源开发规模，并且开发潜力较大，水资源可以职称当地经济发展。在水资源开发利用时应加强水利工程建设，严格控制污水排放[13-14]。

总体上，为缓解区域水资源供给压力，辽宁省应持续加大节水和生态环保理念的宣传，加快推进生态型、资源型和效益型水利发展，构筑科学的开发利用、优化配置、节约保护综合体系，为实现水资源良好发展态势提供强有力的支撑。

3 结 论

水资源开发利用程度评价是一个多目标、多因素、多准则系统性决策问题，应考虑社会经济、资源环境、人口规模等诸多因素。文章利用AHP-灰色关联法确定14 项典型指标及其客观权重，该方法能够有效避免主观因素干扰，保证权重计算和评价结果合理性，更加准确地反映区域水资源实际情况。评价结果与水资源公报中的数据基本一致，所构建的评价体系和计算方法是切实可行的。