辽宁省水资源脆弱性分析

林 磊

（辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118001）

水资源的脆弱性相比于承载力能够反映水资源自身受气候变化、生态环境、供需条件等因素的影响程度以及水资源可持续发展能力[1]。由于水资源短缺、环境变化、社会经济发展和地理位置差异致使水系统脆弱性较高，降低水资源脆弱性能够为用水效率提升及科学配置提供数据支持。定量评价城市水资源脆弱性有利于提升用水效率，缓解水资源供给压力，促进社会、生态环境与资源的协调可持续发展，有效解决水系统存在的问题，对维持社会经济稳定发展具有重要作用[2-3]。

目前水资源研究主要集中于评价体系、计算方法和地域尺度等方面，其中按照不同指标体系可划分成气候变化和人类活动影响等；按照评价方法可以划分成模糊综合法、模糊集对法、线性加权求和法、GIS 技术和函数法等；按照研究区划分成地形地貌、省市行政地区、河流流域等[4-6]。文章结合前人研究成果，考虑人类活动、气候变化对水资源自生特性(分布不均匀性、稀缺性、可再生性与循环性、不确定性等)的影响，将线性加权求和法与熵权法相耦合科学评价辽宁省2017—2021 年水资源脆弱性，以期为城市水资源配置和经济可持续发展规划提供参考依据[7-9]。

1 水资源脆弱性评价方法

1.1 构建评价体系

评价指标的合理选取直接影响着水资源脆弱性评价的科学可靠性，故选择能够全面反映水系统信息的指标是水资源脆弱性评价的关键。研究人员不同所选取的评价指标往往不同，虽然现有评价体系存在较大差异，但主要包括水资源的压力性、敏感性、危险性、驱动力、人为和自然因素等。当前主要依据水资源脆弱性的主要影响因素及评价结果的可比性、数据获取的难易程度等条件选择评价指标[10]。总体上，可以将水资源脆弱性划分成承载力、人为、自然3 个方面。其中，自然脆弱性主要是水系统内部的非人为自然因素，从水质、水量等角度使得水系统满足人类社会需求，主要表现为土壤信息、水质和降水量等；人为脆弱性是水资源系统因人类活动干扰发生的结构改变，主要表现为退耕还林、水利工程、蓄水和引水工程等提升用水效率；承载力脆弱性是各种负荷和人类活动等外部压力对水资源系统的作用，从水量、水质等方面使得水资源系统存在一定敏感性，主要表现为工业与农业过度污染、经济发展和人口规模等。

1.2 评价方法

总体上可以将赋权方法分为主、客观两大类，前者主要是利用研究者的知识经验和主观认知判定计算权重值，如AHP 法等，但权重分配受主观判断影响往往存在差异；后者主要是利用统计学方法按照原始数据信息科学分配指标权重，如熵权法、主成分法和变异系数法等，这类方法能够规避主观法存在的不足，权重分配不受决策者偏好的影响，结果较为稳定[11]。文章选用熵权法进行赋权，该方法主要是利用信息熵计算权重，能够保证水资源脆弱性评价的客观科学性，由于不存在复杂的非线性关系式被广泛应用于权重计算，具体流程如下：

步骤1：为便于数据的对比分析，先标准化处理每个指标原始数据，对于正、负向指标的标准化公式如下：

式中：rij、xij为评价对象i的第j个指标的标准化和原始数值；xjmin、xjmax为所有评价对象中指标j的最小、最大数值。

步骤2：通过标准化处理每个xij值构造决策矩阵R=(rij)m×n，然后利用下式计算指标j的熵值Hj：

其中，i=1，2，…，m；，fij=0 时fij1nfij=0，fij为评价对象i的第j项指标所占比例。

步骤3：根据信息熵Hj计算评价指标j的权重Wj，即：

其中，Wj取值区间为0～1，并且符合。

步骤4：结合各指标权重值，采用线性加权求和法计算水资源脆弱性指数WVI，其计算公式为：

2 实例分析

2.1 辽宁省水资源现状

辽宁省属于温带半干旱半湿润季风气候区，2021 年全省水资源总量511.67 亿m3，比多年平均值多53.9%，平均降水量933.0 mm，折合降水总量1 355.21 亿m3，全省29 座大型水库年末蓄水总量79.75 亿m3，比上年同期多8.32 亿m3，同时境内有滦河、柳河、老哈河、浑河、太子河、沿渤海西部和黄渤海东部诸河等。辽宁省夏秋季水资源充足易出现洪涝灾害，而春冬季水资源不足又容易出现干旱缺水情况，其水资源时空分布极不均衡。随着经济的发展省内许多河流特别是中下游产生不同程度的污染，加之低山丘陵以及沿海地区蓄水能力较差，在外界环境发生变化时全省水资源情况也出现了明显的改变，宏观表现为水资源开发利用难以支撑未来经济可持续发展[12]。

2.2 辽宁省水资源脆弱性评价体系

为保证评价结果的客观准确性，文章结合辽宁省水资源数据信息和相关资料，遵循数据可获取性和主导型等原则，从承载力、人为和自然脆弱性的角度合理选择9 个指标构建评价体系如表1 所示。其中，正向指标有利于降低脆弱性，其数值越大则脆弱性越小；负向指标能够提高脆弱性，其数值越大则脆弱性越大[13-14]。

表1 水资源脆弱性评价体系

2.3 数据标准化

研究所用数据来源于2017—2021 年辽宁省水资源公报，采用公式（1）标准化处理正、负向指标原始数据构造标准化矩阵R：

2.4 指标权重

采用公式（2）～（4）和标准化矩阵R计算2017—2021 年各参评指标权重，如表2 所示。

表2 水资源脆弱性参评指标权重

2.5 脆弱性评价

采用线性加权求和法计算各年份标准化矩阵R与相应指标权重W，从而确定2017—2021 年辽宁省各地级市的水资源脆弱性指数WVI，如表3 所示。

表3 2017—2021 年水资源脆弱性指数WVI

由于现阶段尚未形成统一的水资源脆弱性评价标准，故文章结合辽宁省水资源实际情况合理确定各评价指标极值，并考虑水域具体数据和专家经验，将水资源划分成不脆弱、轻度、中度、比较和极度脆弱5 个等级，所对应的脆弱性指数WVI 取值范围为0～0.40、0.40～0.55、0.55～0.63、0.63～0.69、0.69～0.90。

2.6 结果分析

由表3 可知，2017—2021 年辽宁省水资源脆弱性整体处于轻度脆弱等级，且研究期间较为平稳未发现较高或较低脆弱性年份。对于14 个地级市，铁岭市、抚顺市和沈阳市水资源整体达到极度脆弱等级，并且2017—2021 年脆弱性指数WVI呈现出波动上升的变化趋势；盘锦市、阜新市、葫芦岛市水资源整体达到比较脆弱等级，营口市水资源总体达到中度脆弱等级，辽阳市、大连市、锦州市水资源总体达到轻度脆弱等级，本溪市、丹东市、鞍山市和朝阳市水资源总体达到不脆弱等级，2017—2021 年抚顺市、沈阳市、葫芦岛市的水资源脆弱性变化较大[15-18]。

从各指标权重计算结果可知，人均GDP、地下水源供水率和平均降水量是影响辽宁省水资源脆弱性的主要因素。地表水资源量与平均降水量可以反映区域水资源丰枯状况，而平均降水量越大则研究时段内的水资源脆弱性越小，反之则越大；另外，在水资源脆弱性评价中地下水源供水率的贡献率较高，这种反向指标值越大则水资源脆弱性越大，未来应加强地下水源的管理，严格控制地下水的开发利用和供水量；人均GDP 在一定程度上体现了经济发展状况，工、农业生产和经济发展越好相应的水资源脆弱性越大。

2017—2021 年本溪市水资源脆弱性表现出逐年增大趋势，截至2021 年达到轻度脆弱等级；丹东市水资源条件较好，脆弱性较低达到不脆弱状态，这是因为丹东市位于辽宁省东部，境内河网水系发育，降水量较多且水资源丰富。依据相关资料，归纳总结丹东市2017—2021 年水资源不脆弱的原因如下：①优化调整了用水结构。虽然2016—2017 年丹东市用水量有所增加，但随着产业结构的优化升级和最严格水资源管理制度的逐步落实，丹东市工、农业生产和生态用水效率明显提升，2017—2019 年丹东市总用水量明显减少，但在2019—2021 年生态环境和城市公共用水量呈上升趋势，2017—2021 年丹东市工业用水量下降，城市公共用水逐渐提高。②丹东市污水处理能力明显提升，海水和雨水得到有效利用。2017—2021年丹东市以地表水供水为主，海水、雨水利用和污水处理回用率逐渐提升，人均用水量在5a 内基本平稳。③优化了产业结构，产业结构优化大幅度提升了丹东市用水效率，2017—2021 年丹东市第三产业、工业和农业用水指标均表现出明显下降趋势。

根据有关资料，2017—2021 年本溪市用水总量呈逐渐减小趋势，具体而言工、农业用水有所下降，而城市公共和生活用水呈现增大趋势。研究期间单位面积农田灌溉用水量表现出先上升后下降的变化趋势，但总体仍呈增大趋势。2017 年本溪市逐渐落实工农业产业转移升级和最严格水资源管理，在政策宣传指引下逐渐关闭或转移重污染、高耗水企业，历经5a 本溪市用水情况基本符合省级考核要求。由于本溪市与其它地区的产业结构存在较大差异，所以加快了该地区用水结构的调整，本溪市内经济较发达地区的农业用水占比较低，而居民生活和工业用水较高。

3 结 论

水资源脆弱性是反映水系统承载力和开发利用情况的重要参数，与区域水资源管理规划密切相关。文章从水资源承载力、人为和自然脆弱性3 个方面选择9 项指标，采用熵权法计算各指标权重，应用线性加权求和法评价2017—2021 年辽宁省各地市的水资源脆弱性状况，可为辽宁省水资源科学管理提供参考依据。受数据资料的限制所选研究时间较短，在今后的社会经济与水资源协调发展、水资源脆弱性等研究中，应综合利用信息技术、智慧城市建设等手段更加客观真实地反映区域水资源脆弱性状况。