丹东市水资源承载力与水资源安全分析

曲 峰

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

1 区域概况

丹东市地处辽宁省东南部山地丘陵区，下辖1县2市和3个区，总面积15 222 km2。境内江河密布，其中河长超过2 km的河流有944条，大多数河流具有季节性特征，径流量的季节性变化大，汛期水流急剧暴涨甚至泛滥成灾，平时水浅或干涸。丹东市属温带亚湿润季风气候，年平均气温9 ℃，年降水量893.0 mm，受地形差异等因素影响，降水时空分布不均，7—8月暴雨集中，夏季降水占全年的2/3。近年来，随着经济的发展，城镇生活和工农业生产用水量急剧增大，生态环境脆弱、水资源短缺严重制约当地经济发展，为有效降低城市用水压力并实现合理配置，必须科学分析丹东市水资源承载力和安全状况[1-3]。

2 研究方法

2.1 建立评价体系

本文遵循数据可获取性、综合性、系统性和独立性等原则，结合丹东市水资源现状和相关研究成果，从经济、社会、生态环境和水资源子系统选择24个代表性指标建立丹东市水资源评价体系，详见表1。

2.2 权重计算

2.2.1 主观权重

AHP法是一种用群体分析替代单一主观偏好判断的决策方法，具有灵活实用、计算简便等特点，用ω′表示AHP法计算的主观权重[4]。

2.2.2 客观权重

(1) 熵权法。此法是利用参评指标信息效用值计算权重的客观赋权法，该方法重点突出不同指标之间的局部差异程度，能够有效降低人为主观判断可能产生的偏差，用ω″表示熵权法计算的客观权重[5]。

(2) CRITIC法。该赋权方法考虑了各参评指标间的冲突性与对比强度，能够消除多目标、多因素复杂系统问题强关联指标的影响，解决不同指标所包含的信息重叠问题，更好地保证计算结果可信度。对于不同年份的同一指标的取值差异程度可以利用标准差σ来衡量，σ值越大则取值差异性越高，用ω‴表示CRITIC法计算的客观权重[6]。

2.2.3 组合权重

通过优化协调主、客观权重，计算水资源评价各指标组合权重，其中加权合成归一法可以反映评价系统中各指标的权重比例，从而保证评价结果具有更高的参考性和可靠性[7]，如式(1)

(1)

式中：ωj为基于加权合成归一法计算的参评指标j的组合权重。

2.3 TOPSIS法

TOPSIS法是依据评价样本与最优解、最劣解之间的距离及其贴近度来反映多目标复杂系统所处的状态，利用TOPSIS法评定水资源承载力[7-8]。

2.4 水资源安全指数

水资源安全指数Ci应用线性加权法计算确定，如式(2)：

(2)

式中：xij为第i年参评指标j的标准化值。研究选用五分法将水资源安全划分成5个等级，具体详见表2。

表2 水资源安全评价等级

3 结果与分析

3.1 初始数据

通过整理分析丹东市2012—2021年统计年鉴、水资源公报以及政府官网发布信息等资料，获取各参评指标初始数据，详见表3。

表3 2012—2021年丹东市水资源初始数据

3.2 评价指标权重

选用AHP法、熵权法和CRITIC法计算丹东市水资源评价各指标主、客观权重，为保证数据可信度和参考性进一步确定组合权重，结果详见表4。

表4 水资源评价指标权重

由表4可知，对于系统层指标，生态和经济系统的组合权重较高，分别为0.306、0.524，社会和水资源系统的组合权重较小，分别为0.070、0.100，说明经济系统和生态系统对承载力评价影响较大，评价结果受水资源系统和社会系统的影响较小。

对于指标层，生态系统中的生态环境用水率和生态环境用水量组合权重较大分别为0.125、0.146，说明生态环境用水率和生态环境用水量对承载力影响较大，增加生态环境用水率和生态环境用水量能够在一定程度上提高丹东市水资源安全等级和承载力。经济系统中第二产业占GDP比例、工业增加值组合权重较高分别为0.194、0.125，表明水资源安全及承载力受第二产业影响显著。

3.3 水资源承载力变化

采用TOPSIS法计算评价2012—2021年丹东市水资源承载力，结果详见表5。由表5可知，研究期间丹东市水资源承载力整体处于较低水平，贴近度Gi位于0.225～0.433，达到Ⅳ级(超载)～Ⅲ级(临界承载)状态。总体上，丹东市水资源承载力整体较低，但2012—2021年评价值处于波动上升趋势，从2012年的0.225波动增大到2021年的0.433，说明水资源系统呈好转态势。

表5 水资源承载力及评价等级

3.4 水资源安全指数变化

采用线性加权法计算评价2012—2021年丹东市水资源安全指数，结果详见表6。由表6可知，丹东市水资源安全指数处于0.302～0.722，达到Ⅳ级(不安全)～Ⅱ级(较安全)状态。2014年、2015年水资源安全指数较小为0.302和0.351，达到Ⅳ级(不安全)状态，其他时段相对较高，总体处于Ⅲ级(临界安全)和Ⅱ级(较安全)状态。总体上，丹东市水资源安全水平呈波动上升趋势，安全指数Ci从2012年的0.518波动上升到0.722，从临界安全转变成较安全水平，这与水资源承载力呈好转趋势一致。

表6 水资源安全评价指数及等级

4 结 论

(1)本文考虑主、客观两个方面计算各指标组合权重，保证了水资源评价的可参考性和可靠性。对于系统层，生态和经济系统的组合权重较高，社会系统和水资源系统的组合权重较小，说明经济系统和生态系统对丹东市水资源安全和承载力影响较大，其受水资源系统和社会系统的影响较小。对于指标层，丹东市水资源安全和承载力受生态环境用水率及生态环境用水量的影响较大，加大生态用水效率和生态环境用水量及推广现代灌溉节水技术有利于提高水资源承载力。

(2)2012—2021年丹东市水资源承载力整体处于较低水平，达到Ⅳ级(超载)～Ⅲ级(临界承载)状态，研究期间评价值处于波动上升趋势，说明水资源系统呈好转态势。2012—2021年丹东市水资源安全指数处于0.302～0.722，达到Ⅳ级(不安全)～Ⅱ级(较安全)状态，水资源安全指数呈波动上升趋势，这与水资源承载力呈好转趋势一致，研究成果可为丹东市水资源科学配置和保护规划等提供一定数据支撑。