引大入秦工程受水区水资源承载力评价

关键词：熵权TOPSIS;耦合协调度；障碍度；水资源承载力；引大入秦工程

半干旱区引大人秦工程的建成运行，为受水区经济社会、生态发展提供了坚实水资源支撑。但随着经济社会的发展，造成引大入秦工程实际引水量长期达不到许可水量，水资源得不到充分利用，供水效益得不到充分发挥，因而有必要对受水区水资源承载力进行评价，这对推动受水区水资源、社会经济与生态环境协调发展具有重要意义。

目前，国内外学者对于水资源承载力的评价研究成果已有很多，评价水资源承载力常用的方法有常规趋势法、模糊综合评价法、系统动力学法和主成分分析法等。例如：贾建辉等通过模拟不同方案的中山市水资源承载力，运用常规趋势法进行了对比分析，结果表明节水型城市综合优化方案可有效解决中山市水资源供需不平衡问题：任高珊等运用模糊综合评判模型分析了榆林市水资源承载力，结果表明该市水资源承载力较小，开发潜力不大；Yang等提出了基于系统动力学模型的改进水资源承载力评价方法，对铁岭市不同情景下的水资源状况进行了评价：Liu等建立了基于主成分分析的水资源承载力评价体系，并对其阈值进行了研究，建立的水资源承载力评价体系较传统体系更加科学。上述研究存在一些不足，如涉及的社会因子少、信息利用率低、模型参数不易调控和不能进行纵向比较等。TOPSIS模型计算简单、能够充分利用原始数据信息，还可以进行横向和纵向比较，同时熵权能根据指标原始数据求得权重，客观真实地反映情况，但TOPSIS模型仅通过欧氏距离来衡量评价对象与最优方案的贴近程度会得到片面的评价结果。因此，本研究引入研究不同子系统间的协调发展水平的耦合协调度模型，同时为了确定水资源承载力提升的障碍因素，引入障碍度模型。

为了判断引大人秦工程受水区水资源、社会经济和生态环境3个子系统之间能否可持续协调发展，构建水资源、社会经济和生态环境多要素评价指标体系，运用熵权TOPSIS、耦合协调度和障碍度模型综合评价引大人秦工程受水区水资源承载力，以期为推动受水区水资源、社会经济与生态环境协调发展提供参考。

1研究区概况与数据来源

引大入秦工程地处甘肃西部的崇山峻岭地带，是一项大型自流引水灌溉工程。该工程将青海省境内的大通河水引到兰州市以北的秦王川地区，以解决该地区的干旱缺水问题。引大工程受水范围包括永登县、兰州新区、皋兰县、景泰县和白银区5个县（区）的大部分区域，受益人口200多万。现已建成运行的总干渠及分干渠有5条，干支渠长达1265km;总干渠从天祝县境内的天堂寺渠首引水，全长87km，3座倒虹吸总长1.72km。1994年工程建成通水，至今已累计向灌区及周边城镇供水29亿m3。

本文所用数据主要来源于《甘肃省水资源公报》《甘肃统计年鉴》及5个县（区）《国民经济和社会发展统计公报》等。

2研究方法

2.1指标体系构建

本文以2017-2021年为研究期，以引大人秦工程受水区为研究区，参考唐家凯等、左其亭等的研究成果，构建包含目标层、准则层和指标层共17个指标的引大入秦工程受水区水资源承载力评价指标体系，见表1。

2.2熵权TOPSIS模型

熵权TOPSIS模型可以避免传统TOPSIS法中主观因素对权重计算的影响，使水资源承载力动态及变化趋势被客观地反映出来。计算步骤：1）构建标准化评价矩阵；2）确定指标权重；3）构建基于熵权的评价矩阵；4）确定正、负理想解；5）计算各评价对象与正、负理想解的距离；6）计算评价对象与理想解的贴近度。具体步骤见文献。

本文按贴近度大小将水资源承载力分为5个等级：低级[0，0.3）、警戒[0.3，0.4）、中级[0.4，0.5）、良好[0.5，0.6）、优秀[0.6，1.0]。

2.3耦合协调度模型

耦合协调度模型用于评价各子系统之间协调发展状况。耦合协调度越大，表示各子系统间的协调发展水平越高，具体步骤见文献。本文将耦合协调度划分为失调[0，0.4）、濒临失调[0.4，0.5）、勉强协调[0.5，0.6）、初级协调[0.6，0.7）、中级协调[0.7，0.8）、良好协调[0.8，0.9）、优质协调[0.9，1.0]5个等级。

2.4障碍度模型

障碍度模型是通过计算指标与最优值之间的偏离度来确定每个指标阻碍程度的一种数学模型，该模型运算量小且不易受主观因素影响，但不能反映评价对象的动态变化。具体步骤见文献。

3结果与分析

3.1水资源承载力时间维度分析

2017-2021年引大人秦工程受水区水资源承载力贴近度总体呈小幅波动上升趋势（见图1）。2017年白银区、兰州新区、景泰县、永登县和皋兰县水资源承载力贴近度分别为0.65、0.78、0.22、0.25和0.36，2021年该值分别为0.66、0.79、0.24、0.26和0.54，上升幅度分别为1.5%、1.3%、9%、4%和50%。水资源承载力等级只有皋兰县由警戒等级上升至良好等级，其他4个县（区）均保持不变，即永登县和景泰县处于低级．兰州新区和白银区处于优秀等级。2017-2021年皋兰县水资源承载力贴近度先升后降，上升幅度最大，其原因是皋兰县近几年人均水资源量、人均GDP、绿化覆盖率和生态用水率等正向指标均逐年上升，人均用水量、单位国内生产总值用水量和化学需氧量等逆向指标有所下降；白银区贴近度先升后降再升，整体增大，先上升的原因是2018年白银市获批建设兰白国家自主创新示范区，人均GDP大幅上升，但由于区域水资源短缺问题未得到根本解决，制约着农业和生态环境的发展，因此水资源承载力出现下降现象。

2017-2021年，引大人秦工程受水区水资源、生态环境子系统承载力水平低于社会经济子系统的。根据《甘肃省实行最严格的水资源管理制度办法》要求，2021年各县（区）全面贯彻落实最严格水资源管理制度，水资源保护力度持续加大，因此未来引大入秦工程受水区生态环境将得到明显改善，水资源承载力也将持续提升。

3.2水资源承载力空间维度分析

2017-2021年，引大人秦工程受水区水资源承载力贴近度均值由0.45增长到0.50，提高了11.11%，受水区各县（区）贴近度均值由大到小排序为兰州新区（0.78）gt;白银区（0.70）gt;皋兰县（0.54）gt;永登县（0.25）gt;景泰县（0.22）。兰州新区、白银区和皋兰县水资源承载力等级分别为优秀、优秀和良好，原因是这3个县（区）地理位置较为优越，对科教、环卫和生态保护等方面投入较大，基础设施较为完善，水资源利用效率较高，人均GDP、每公顷农田灌溉用水量和生态用水率也较高，使得水资源、社会经济和生态环境3个子系统间的发展更加协调；永登县和景泰县的水资源承载力等级为低级，原因是这2个县受地理位置和环境的限制，基础设施和技术条件尚不完善，社会经济发展和水资源保护利用方面的协调能力较低。

3.3子系统耦合协调度分析

2017-2021年，引大人秦工程受水区的水资源、社会经济和生态环境3个子系统间的耦合协调度先升后降。耦合协调度由2017年的0.797（中等协调等级）波动上升至2018年的0.802（良好协调等级），2019-2021年耦合协调度分别为0.801、0.800和0.800，始终维持在良好协调等级。早期引大入秦工程受水区的环境保护不足，当地居民的节水意识较差，水资源利用效率较低且浪费严重，一些产业耗水量大，使得引大人秦工程受水区水资源子系统与其他子系统间的协调关系失衡。随着近年来我国对生态文明建设和环境保护重视程度不断提高，引大人秦工程受水区水资源子系统与其他子系统之间的协调程度得到稳步提升。

3.4水资源承载力障碍度分析

根据障碍度由大到小排序，选取前6位的障碍因素作为2017-2021年阻碍引大人秦工程受水区水资源承载力的主要因素，分别为产水模数（C1）、人均水资源量（C2）、单位耕地水资源量（C3）、降水量（C4）、建成区绿化覆盖率（C16）和生态用水率（C17）（见表2）。

4讨论

本研究结果表明：引大人秦工程受水区水资源承载力水平呈缓慢上升趋势，水资源、生态环境子系统的承载力水平低于社会经济子系统的，这与吴明艳等的研究结果一致。产水模数C1、人均水资源量C2、单位耕地水资源量C3和降水量C4是引大人秦工程受水区水资源承载力的主要障碍因素（均属于水资源子系统），其他两个子系统的指标障碍度相对较小，这与李景等的研究结果一致。这4个主要障碍因素的障碍度之间差距不大，主要障碍因素集中在水量方面，表明水资源短缺是受水区发展的最大短板。2017-2021年白银区、兰州新区以及永登县的障碍因素均为废污水年排放总量，建议推进污染治理工作，构建与地区发展水平相匹配的污水治理体系，以生态文明建设和宜居城市建设为抓手，完善污水处理设施建设，实现生态保护和高质量发展相协调。因此，在促进经济增长的同时减少水资源消耗及水环境污染是实现生态保护和高质量发展的重要途径。综上所述，为了提高引大人秦工程受水区水资源承载力和生态环境整体可持续性，需要通过提高水资源利用率和废水回用率、加大水污染治理力度、落实节水措施等来提升水资源子系统的承载能力。

本研究采用熵权TOPSIS．耦合协调度和障碍度模型，主要根据所构建评价指标进行水资源承载力分析，虽然避免了主观因素对权重计算的影响，但是指标选取和对指标评价依据的设定有较大的主观性，使得计算结果与实际情况之间存在一定的偏差，故今后需继续开展这方面的研究。

5结论

1） 2017-2021年引大入秦工程受水区水资源承载力水平呈缓慢上升趋势，水资源承载力贴近度由0.45增长到0.50，提高了11.11%，水资源承载力水平由中级转变为良好等级。2017-2021年，水资源和生态环境子系统承载力水平低于社会经济子系统承载力水平。

2） 2017-2021年兰州新区、白银区、皋兰县、景泰县和永登县的水资源承载力贴近度均值分别为0.78、0.70、0.54、0.22和0.25，说明兰州新区、白银区和皋兰县的水资源承载力等级分别为优秀、优秀和良好，永登县和景泰县水资源承载力等级为低级。

3）引大入秦工程受水区水资源、社会经济和生态环境3个子系统间的耦合协调度在2017-2021年间先升后降，耦合协调度等级由中等协调等级上升为良好协调等级。

4）产水模数、人均水资源量、单位耕地水资源量、降水量、建成区绿化覆盖率和生态用水率是阻碍引大人秦工程受水区水资源承载力提升的主要因素。