朝阳市水安全分析评价

刘立娟

(朝阳县水利勘测设计队,辽宁 朝阳 122000)

水是维持经济社会可持续发展和自然生态系统良性循环的战略性资源,对于促进生态、生产和生活良好发展发挥着不可替代的作用[1]。近年来,水资源开发利用不合理以及用水量激增导致水安全面临着严峻威胁,加之水灾害频发和水环境污染使得水安全问题更加严重。20世纪70年代最早提出了水安全的概念,其重点和目标是满足生态、社会用水需求并实现水资源的可持续发展[2]。因此,水安全评价作为水资源管理的依据逐渐引起广大学者的关注。

针对水安全问题许多学者分析探讨了保护对策、内涵特征等内容,随着研究的深入定量评价了水安全状况,大多集中于水足迹、水资源承载力以及水资源供需平衡等领域。总体上,可以将评价方法划分成5类:①主成分法,由于主成分的含义比较模糊难以确定水安全分级标准,从而使得评价结果具有一定主观性;②模糊综合法,对于多层次问题的处理表现出明显优势,但评价结果受人为干扰较大;③层次分析法,该方法存在的缺陷与模糊综合法相同;④系统动力学(SD)法,可有效解决复杂的水安全系统问题,但主要侧重于单个子系统问题;⑤投影寻踪回归法和多目标规划法等。为全面反映城市水安全状况,需要从多个维度选择合适的指标构建评价体系,多基于DPSIR概念模型、水压力和水贫困指数法等建立评价体系[3-7]。然而,随着城市的发展变化已有评价体系存在指标代表性不够、指标不全或冗杂等问题,对谁安全评价的客观性造成性影响。因此,文章充分考虑国内外水安全相关规划、民众关注焦点、经济社会现状以及水安全的内涵特征,从城市涉水系统中选择代表性指标,运用综合指数法评价朝阳市水安全状况,以期为城市水资源合理开发利用及水安全管理提供科学依据[8-10]。

1 研究方法

1.1 评价体系与权重计算

文章结合城市水安全相关规划及其内涵特征,聚焦水监管服务、水生态保护、水资源高效利用、水源供给保障和水灾害规避等核心要素,将城市水安全划分成5个子系统,并采用专家咨询、理论分析以及频度统计等方法细化成31项指标建立评价体系。

权重反映了在整个评价体系中各个指标的重要程度,也是单项指标对水安全评价结果的贡献率。目前,常见的权重计算方法有层次分析法、因子分析法、熵值法和专家打分法等。考虑到本研究所用指标大多体现涉水管理,且参评指标较多的实际情况,对各指标权重利用专家打分法计算确定。根据相关研究和实践经验初步设定各指标权重,参考领域内相关专家意见适当调整后确定最终权重,评价体系及指标权重如表1。其中,“+”、“-”代表正向和负向指标。

表1 朝阳市水安全评价体系及指标权重

1.2 标准化处理

为消除水安全指数计算受量纲不同的影响,必须标准化处理指标数据。其中,指数型功效系数法是常用的标准化处理方法,该方法就是利用直线关系处理指标评价指标及其数值变化之间的关系[11-12]。实际上,指标数值变化与边际效益递减存在相似的特点,对水安全评价并非简单的线性规律。因此,为更加客观地处理两者关系,综合应用指数型功效函数与边际效益递减原理,标准化处理参评指标数值,从而保证评价结果客观真实性与准确性,具体计算公式为:

(1)

(2)

式中:Im、Is为中间变量和指标标准化值,Im取值区间为1/e～1,Is取值区间为0～1;x、xmax、xmin为待标准化值以及合理范围内指标数据可以达到的上限(最大)和下限(最小)值,即参考值。

以控制值、上限和下限值作为指标阈值,合理设置指标上、下限值,正向指标值越大则水安全程度越高,反之则越低。对灌溉水有效利用系数、万元工业增加值用水量和万元GDP用水量设置相对控制值,其中控制值高于万元工业增加值用水量和万元GDP用水量为优,控制值低于灌溉水有效利用系数为优[13-14]。根据相关专家意见、地区规划和有关标准确定参评指标阈值如表1所示,采用上述公式和上、下限值进行标准化处理。

1.3 评价标准

由涉水事务监管、河湖生态、用水、饮水和防洪安全5个分指数构成水安全综合指数,通过加权计算单指标无量纲数值与权重确定各分指数,再加权求和各分指数确定综合指数WSI,其计算公式为:

(3)

(4)

式中:Xi为涉水事务监管、河湖生态、用水、饮水和防洪安全各分享指数;Wi、Wj为单指标以及分指数Xi的权重。

根据相关研究成果将城市水安全合理划分成5个等级,水安全分指数Xi和综合指数WSI处于0～0.4、0.4～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8和0.8～1范围时,所对应的等级分别为不安全、较不安全、基本安全、较安全和安全。

2 实例应用

2.1 研究区概况

朝阳市位于辽宁省西部,总面积19736km2,下辖北票市、凌源市、朝阳县、龙城区和双塔区。境内河流主要有老哈河、青龙河、大凌河和小凌河,其中69条河流流域面积超过100km2,总集水面积19777km2,地表径流量13.22亿m3。研究区属北温带大陆性季风气候,平均气温5.4～8.7℃,年降水量450～580mm,降雨偏少,日照充足,地形主要是河谷平原及山区。朝阳市土地资源、人口、生态与水资源组合不匹配,加之用水效率较低、水资源时空分配不均等导致水环境污染和水资源匮乏。经济社会的快速发展加剧了水资源问题,城市水安全面临着严峻的形势,亟待研究分析其水安全状况[15-16]。

2.2 水安全评价

研究所用数据来源于朝阳市水安全战略规划、2020年水利统计年鉴、水资源公报以及生态环境和水利等部门有关资料。采用公式(3)～(4)和指标标准化值评价2020年朝阳市水安全状况,结果如表2所示。

表2 朝阳市水安全综合指数

2.3 结果分析

由表2可知,2020年朝阳市水安全总体达到“基本安全”等级,综合指数为0.6605,说明朝阳市面临着一定的水安全问题,特别是涉水事务监管、饮水和用水安全还存在一定的短板,具体如下:

1)防洪安全子系统处于“较安全”等级,该分指数为0.7064,相较于其它分指数较大,这是因为山洪沟达标治理率Q3(0.7816)和堤防达标率Q1(0.8561)表现较高,而水库病险率Q2(0.5427)为主要短板,由于全市小型水库技术标准偏低、建设时间焦躁且数量众多,实际运行过程中水库安全隐患较大,为增强对自然灾害的抵御能力应加强病险水库治理。

2)饮水安全子系统处于“基本安全”等级,该分指数为0.6171。其中,规模化工程服务人口比例Q8(0.2871)、城市官网漏损率Q11(0.2856)和供水安全系数Q6(0.4188)评分较低,这是因为城市饮用水需求随着城镇化水平的提升逐渐增大,而配套官网和供水工程相对滞后使得供水能力不足,并且城市管网面临着突出的漏损和明显老化问题,为提高城市供水保障能力应加强供水官网和维护和规模化供水工程建设。

3)用水安全子系统处于“基本安全”等级,该分指数为0.6011。其中,工业用水重复利用率Q16(0.3862)、有效灌溉面积比例Q17(0.4786)、大中型灌区骨干工程完好率Q18(0.4528)和农田灌溉水有效利用系数Q15(0.5056)评分较低,说明朝阳市工农业用水效率较低,节水措施尚不完善,为进一步提升全市用水效率必须加大各行业节水力度。

4)河湖生态安全子系统处于“较安全”等级,该分指数为0.7231,相较于其它分享指数较高,说明全市比较注重河湖生态治理与保护,并且成效显著。对于参评指标,评分较低的是河湖水域空间保有率Q20(0.5241),为保证河湖生态安全仍需加强水源岸线保护,全面落实河湖管控相关制度。

5)涉水事务监管安全子系统处于“基本安全”等级,该分指数为0.6034。其中,重要水管理事项有效实施率Q27(0.5108)、水利人才结构达标率Q30(0.4922)和水利投资占财政投入比例Q28(0.0984)评分较低,说明部分地区的专业性人才缺乏、人员老化问题突出且对水利建设不够重视,为进一步提升基层监管水平应加大人才培养、引进以及财政资金投入力度。

3 结 论

文章结合水安全的基本内涵特征,从涉水事务监管、河湖生态、用水、饮水和防洪安全的角度选择典型指标构建评价体系,运用水安全指数模型评价分析朝阳市水安全状况。结果表明,2020年朝阳市水安全总体达到“基本安全”等级,其中社会事务监管、用水和饮水安全存在一定短板,应强化人才与资金保障、加大节水力度、加快规模化供水工程建设和病险水库综合治理等。该评价体系相比于已有指标体系更具有效性和代表性,可以客观真实地反映城市水安全实际情况。但采用专家打分法计算指标权重存在一定主观性,评价结果缺少长序列年限数据支撑,对城市水安全预警性偏低。因此,未来仍需利用历史数据和系统动力学仿真模型进一步预判分析水安全形势。