基于密切值法辽宁省水资源可持续利用评价

李治军，黄佳俊1,，景安琳1,，王华凡1,

(1.黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江大学寒区地下水研究所，哈尔滨 150080)

0 引 言

水资源可持续利用是可持续发展理论在水资源管理领域的具体应用,其内涵是指在特定区域条件下,在水资源承载能力范围内,通过水资源合理配置和高效利用,实现社会经济-水资源-生态环境复合系统的和谐有序[1]。楼文高[2]等利用神经网络模型对汉中盆地水资源可持续利用程度进行评价，在选用的评价指标中，得出水资源利用率对可持续利用程度影响最大，生态环境用水率影响最小的结论。刘恒[3]等立足于区域水资源的特点，遵循科学简便的原则，探索性地提出了水资源可持续发展能力的五级划分标准。水资源可持续利用评价牵涉到的指标因不同地理位置、不同社会经济发展状态，有不同的权重比例，如何因地制宜地采用合适的评价方法也对评价者提出了更高的要求。

辽宁省位于中国东北地区，是中国重要的粮食生产基地，随着当地社会经济的快速发展，人口逐年增多，生产生活用水量与日俱增，对水资源可持续利用提出了更高的要求，水资源状况制约区域的发展[4]。文章结合2019年《辽宁省水资源公报》和《辽宁省统计年鉴》相关数据资料，构建以人均水资源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、农田灌溉量和生态环境利用率为代表的指标评价体系，通过判断矩阵特征向量法，确定各评价指标的权重，采用密切数值法建立评价模型，对辽宁省14个区市的水资源可持续利用状况进行评价分析。文章构建的评价模型可为辽宁省水资源可持续利用评价提供方法参考，得出的相关结果可为辽宁省合理开发利用水资源提供依据，对水资源开发利用水平较低的地区提供导向，为水资源可持续利用的重要意义提供依据[5]。

1 研究区概况

辽宁省属于中国东北地区的南部,E118°-125°,N38°-43°[6],省内区域总面积14.8万km2，属于温带大陆性季风气候，水资源具有蒸发量大、季节变化波动性强和地域分布不均等特点[7]。2019年，全省平均降水量687.2mm，其中降雨量最大值位于丹东市，最小值位于盘锦市，研究区域内有多条河流，其中辽河河长1345km，流域总面积21.9万km2，2019年全省地下水资源量44.44亿m3，地表水资源量211.54亿m3。

2 水资源可持续利用评价指标体系的建立

水资源可持续利用关于定量分析的方法主要有模糊模式识别方法[8]、模糊综合评判[9]等。文章基于所掌握的相关数据及有关资料，采用密切值法对研究区域水资源的状况进行评价。

文章基于可持续发展的原则，在综合考虑水资源可持续利用与研究区域内可持续发展关系的基础上，参考国内外选取水资源可持续利用评价指标的标准，结合辽宁省水资源的实际情况，选定总量指标、强度指标、比例指标等3个一级指标，人均水资源量、年降水量、人均用水量、居民生活用水量、农田灌溉量、生态环境利用率等6个二级指标，并综合考虑各个评价指标对水资源可持续利用的影响程度，将决策问题分解为不同的层次结构，利用求解判断矩阵特征向量的办法，对指标进行权重确定，赋予各指标不同的权重。辽宁省各设区市的水资源指标及其权重，见表1。

资料来源：除权重外数据取自2019年《辽宁省水资源公报》、2019年《辽宁省统计年鉴》。

3 基于密切值法评价模型的构建

3.1 模型建立

建立指标矩阵A= (rij)m×n(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，其中假设影响水资源可持续利用的评价结果的指标有n个，即X1，X2，…，Xn,拟定m种方案F1，F2，…，Fm，令第i个决策方案第j个指标的数值为aij，由式(1)、(2)将aij转化为无量纲数值rij[11]，矩阵A=(rij)m×n随之转化为规范化指标矩阵R=(rij)m×n

(1)

(2)

对各项指标进行最佳情况rj+和最差情况rj-的选择，其选择原则为：

rj+=max1≤i≤m{rij}

(3)

rj-=min1≤i≤m{rij}

(4)

最优点F+为：F+=(r1+，r2+，…，rn+)，最劣点F-为：F-=(r1-，r2-，…，rn-)

计算第i个市距最优点欧式距离di+和最劣点的欧式距离di-分别

(5)

(6)

式中：wj为某评价指标的权重。

某种决策点接近最优点而远离最劣点的程度[14]即密切值：

ci=di+/d+-di-/d-

(7)

其中：

(8)

表1 辽宁省各设区市的水资源指标及其权重

3.2 评价模型计算

依据上述评价模型的规范化指标矩阵的定义及表2所示的指标体系，利用公式(1)、(2)计算可得规范化矩阵：

利用公式(3)、(4)对6项指标进行最佳情况rj+和最差情况rj-的选择，则最优点F+和最劣点F-即为所求：

F+=(0.61，0.41，-0.09，-0.08，-0.03，0.59)

F-=(0.08，0.09，-0.66，-0.65，-0.57，0.00)

将规范化矩阵中数据带入公式(5)、(6)计算各决策点与最优、劣点的欧氏距离分别为

di+=(0.12,0.13,0.14,0.07,0.08,0.09,0.15,0.19,0.14,0.18,0.10,0.14,0.20,0.15)

di-=(0.13,0.12,0.08,0.15,0.12,0.18,0.06,0.05,0.10,0.05,0.14,0.12,0.03,0.09)

根据公式(8)求得d+=0.07，d-=0.18

将上述数据带入公式(7)分别求出各区市的密切值并对其进行排序，辽宁省各区市水资源密切值及其排序结果，见表2。

根据密切值ci的大小进行排序。因为di+≥d+，di-≤d-，而且在一般情况下d+≠0，d-≠0， 所以ci≥0，当ci=0时，为最佳决策点；当ci>0时，偏离最佳决策点，此时ci值越小评价结果越好。

3.3 评价结果分析

评价模型计算的结果显示,抚顺市的密切值数值为0.67,水资源可持续利用水平最高；盘锦市的密切值数值为6.33，水资源可持续利用水平最低。水资源可持续利用程度较好的还有丹东市、本溪市，密切值数值分别为1和1.33，水资源可持续利用程度较差的城市还有营口市、辽阳市,密切值数值分别为5.78和5.44，评价结果与现实情况基本吻合。

表2 辽宁省各区市水资源密切值及其排序结果

水资源可持续利用程度受自然因素影响程度较大，年降水量在评价指标中所占比重相对较大，为0.42。此外，由相关统计数据也可以看出年降水量的大小对水资源可持续利用评价结果的影响较大，2019年抚顺市的年降水量值为89.90m3，在参与评价的14个市区中排名靠前，盘锦市年降水量为24.87m3，对比丹东市、铁岭市和沈阳市城市的水资源可持续利用水平也可以看出，年降水量相对较高的城市，密切值数值相对较低，水资源可持续利用水平较高。

2019年抚顺市水资源总量24.84亿m3，人口密度小 ,人均水资源量较高。较高的森林覆盖率和生态环境用水率也为抚顺市水资源的可持续利用提供了良好的条件，现状年水资源开发利用量，见表3。此外，抚顺市总供水量较低，水资源开发率为24%，有较高的开发利用的潜力，有利于该地区的水资源可持续利用，可引进先进的节水技术和设备,提高水资源的利用效率。

表3 现状年水资源开发利用量

盘锦市人口众多，人均用水量较大，水资源开发利用率较高。而农田灌溉用水量在辽宁14个区市内较高，说明该区域水资源进一步利用的潜力较小、基础较差，生态环境用水量较低，应改善农田灌溉的技术，提高居民的节水意识，改善盘锦市水资源环境。辽宁省作为国家重要的粮食生产省份之一，农田灌溉用水量巨大，采用先进的灌溉技术，增加水资源的循环利用，对地区水资源可持续利用水平的提高也具有一定的推动作用。

4 结 语

1)文章以辽宁省14个地市为研究对象，采用密切值法对辽宁省水资源可持续利用状况进行评价，结果显示抚顺市的水资源可持续利用水平最高，盘锦市的水资源可持续利用水平最低，相关模型构建方法可为邻近地区的水资源可持续利用评价提供参考。

2)水资源可持续利用程度受年降水量等自然因素影响较深的地市，可探讨建设引水工程，增加城市的产水模数，避免因总供水量的匮乏影响水资源可持续利用，以至于影响经济社会的可持续发展。

3)在水资源日益宝贵的未来，各地区应积极探索适合自身发展的水资源可持续利用“道路”，提高生态环境用水率，增强水资源循环利用力度，保证水资源长期处于安全状态。