朝陽市水資源承載力評價

冀連華

(遼寧省朝陽水文局,遼寧 朝陽 122000)

科學評價水資源承載力是評判生態環境、經濟社會與水資源協調發展的依據,也是實現城市高質量發展的必然要求[1]。近年來,工農業的快速發展和城市化進程加快拓寬了水的資源屬性,因超采逐漸出現水生態功能退化、水環境污染及水資源短缺等問題[2-3]。如何協調水資源可承載能力與社會經濟發展間的矛盾,逐漸成為缺水地區可持續發展亟待解決的問題。因此,要實現水資源空間均衡有必要研究評價區域水資源承載力。

目前,相關研究主要集中于水資源承載力計算方法、指標體系和空間尺度等方面,如趙偉靜等以我國13個糧食主產省份為例,運用偏聯系數和集對分析法動態分析了水資源承載力變化趨勢;唐家凱等通過構建生態環境-社會-經濟-水資源綜合評價體系,從時空分布上研究揭示了黃河流域2004—2018年水資源承載力變化規律;李琦蕓等以南通市為例,應用生態環境-社會經濟-水資源系統動力學模型,考慮排污與供水約束預警分析了城市水資源承載狀態;鄭德鳳等使用協調發展指數和標準差橢圓等方法,計算分析了我國城鎮化質量與水資源承載力間的協調關系;陽斌成等結合湖南省水資源特點構建生態環境-社會-經濟-水資源評價體系,從省域上測評了湖南省水系統承載力;DaiD等[4-14]以GDP、人口和SD學為基礎,建立了能夠協調平衡水安全與經濟發展的水資源承載力模型。因此,現有研究大多側重于市域、省域和流域層面,復合生態環境、社會、經濟、水資源系統構建多要素評價體系的偏多,常用的方法包括主成分法、熵權法、生態足跡法、熵權TOPSIS法和VIKOR法等[10-15]。從水資源承載力評價內容和區域上,對東北生態脆弱區域的評價分析較少,對于定量研究水系統內部協調發展程度及其整體承載力的較少。

文章結合朝陽市外調水量占比較高以及農業用水量大的特征構建承載力評價體系,應用組合賦權TOPSIS法和障礙度模型計算分析2008—2020年朝陽市水資源承載力變化趨勢及其主要障礙因子,以期為朝陽市中長期水資源開發利用規劃、節水政策制定以及產業結構調整等提供參考依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

朝陽市地處遼寧省西部,下轄龍城區、雙塔區、朝陽縣、北票市和凌源市,總面積19736km2。該區域為北溫帶大陸性季風氣候,降雨偏少,日照充足,年降水量450～580mm,平均氣溫5.4～8.7℃,地形以河谷平原及山區為主。依據水資源公報,2019年朝陽市降水量482.3mm,時空分布差異較大,主要分布在5～8月,2019年全市水資源總量119257.0萬m3,其中地下、地表水75839.7萬m3和89227.7萬m3。全市耕地476739.75hm2,占總土地24.2%,灌溉用水以渠首引水為主,現階段面臨著農田灌溉用水效率低、水資源總量少、水用水失衡等問題,受大、小凌河分水和來水量持續偏枯影響依然存在較大水資源缺口[16-17]。

1.2 評價指標體系

文章充分考慮參評指標有效性以及研究區實際情況,結合水資源承載力的內涵和供需分析中的指標,合理設定層次結構,應用相互影響、彼此獨立的子系統綜合反映城市水資源承載力。然后遵循科學性、全面性、合理性和數據可獲取性等原則選取20項典型指標建立評價體系,如表1所示。

表1 朝陽市水資源承載力評價體系

1.3 計算方法

1)權重計算。一般地,客觀賦權法未考慮決策者的知識經驗具有較強客觀性,而主觀賦權法存在較大的權重偏差與隨機性,為解決單一賦權法存在的不足及缺陷,考慮利用組合賦權法計算權重。文章先利用層次分析法和熵權法計算各參評指標的主、客觀權重,再利用加權求和法計算組合權重,通過均值化處理獲取最終的組合權重,詳細流程見文獻[18]。

2)TOPSIS法。該方法主要是利用正、負理想解與待評方案間的歐式距離來評定兩者的接近程度,通過整體排序計算出所有方案的相對優劣狀況。因此,文章利用各指標的組合權重和TOPSIS法定量計算朝陽市2008—2020年水資源承載力,相關公式見文獻[19]。

2 結果與分析

2.1 水資源承載力變化趨勢

2.1.1 權重及承載力評分值

根據水資源管理部門對不同指標的重視程度以及前人主觀賦權的成果經驗,先對各指標利用層次分析法進行賦權,經一致性檢驗保證主觀賦權的合理性,如表2所示。然后利用熵權法計算客觀權重,經加權求和確定組合權重,如表3所示。

表2 主觀權重一致性檢驗

表3 各層級參評指標權重

根據評價指標值及其組合權重,經標準化處理構造決策矩陣,并計算確定2008—2020年朝陽市水資源承載力評分值,如表4和圖1所示。

圖1 水資源承載力變化曲線

2.1.2 綜合評價值變化趨勢

1)朝陽市2008—2020年水資源承載力總體表現出波動上升的變化特征,從2008年的0.2293波動增大到2020年的0.7103,只在2014年和2019年出現小幅的減小。這是因為2019年屬枯水年,其產水模數13.20×104m3/km2和人均水資源量281.36m3均達到研究時段內的最低水平,第三產業占比也較小,并且農田灌溉耗水率達到研究時段內的最大值為94.71%,所以朝陽市2019年的水系統承載力有所下降。

2)2008—2012年朝陽市城鎮化與工業化發展速度較快,經濟發展規模明顯擴大,經濟社會發展受用水水平以及水資源短缺的制約不斷凸顯,使得這一時期的承載力相對較小。2013—2017年朝陽市城鎮化不斷扲,經濟發展較快,生態環境狀況和水資源用水水平對社會經濟發展造成一定制約,該階段的承載力上升幅度比較緩慢;2018—2020年朝陽市提出經濟高質量和新常態發展的思路,不斷提升改善了水資源利用水平及水生態環境,這一時期的水資源承載力整體呈明顯上升趨勢,但受限于以上原因2019年略有下降。

2.1.3 各子系統評價值變化

1)2008—2020年朝陽市水資源子系統承載力整體表現出“W”型變化特征,波動變化較明顯。其中,2008—2009年、2013—2015年、2016—2017年和2018—2020年承載力下降,最低值出現在2009年的0.2305;2009—2013年、2015—2016年和2017—2018年承載力上升,到2018年上升到最大值0.6569。結合實際情況,2009年朝陽市供水模數下降到研究時段內的最低水平為18.60×104m3/km2,這是導致水資源子系統評分值較小的重要原因;2015年產水模數和產水模數均較低是該時段水資源承載力下降的主要原因,而2019和2020年承載力下降主要與該時段產水模數、人均水資源量較低有關,雖然供水模數有所上升,但2019年產水模數13.20×104m3/km2和人均水資源量281.36m3均達到研究時段內的最低水平。

2)2008—2020年朝陽市社會子系統承載力總體處于0.4～0.6范圍,基本維持穩定。這是由于雖然城鎮化促進了生活水平的提升和社會經濟的發展,但用水和人口壓力也明顯增大。從2008年到2020年,城鎮化率最初的38.1%逐漸提升到58.2%,人口密度最初的541人/km2快速增大到2020年的585人/km2,增幅達到8.13%,人均日生活用水量最初的112.1m3波動提高到185.4m3。

3)2008—2020年朝陽市經濟子系統承載力總體表現出波動上升的變化趨勢,從2008年的0.2415波動增大到2020年的0.9406。這是因為研究期間朝陽市用水效率指標不斷提升,通過優化調整產業結構使農業灌溉畝均用水從最初的281.66m3減少到2020年的241.08m3,降幅達到14.41%,第三產業產值占比從最初的38%明顯上升至2020年的52%。

4)2008—2020年朝陽市生態子系統承載力表現出波動增大的變化特征,從2006年的0.1129波動到2020年的0.9066。這是因為隨著生態環保意識的增強,朝陽市生態環境用水率從最初的0.18明顯提高到2020年的6.88%,建成區綠化覆蓋面積從2008年的3525hm2快速增大到2020年的5012hm2,增幅達到42.18%,水源涵養能力也顯著增強。另外,2020年與2008年相比城市污水處理率提升31.15%,水生態治理投資和生態承載力均明顯增大。然而,朝陽市仍需注重生態保護進一步增強區域生態系統功能。

2.2 障礙度分析

采用障礙度診斷模型準確識別朝陽市水資源承載力關鍵影響因子,障礙度值越大則其阻礙水資源承載力的作用越大。結果表明,在12個障礙因子中屬于水資源子系統的有引調水工程供水量占比、引白水量、供水模數、產水模數和人均水資源量,屬于生態環境子系統的有污水排放量、建成區綠化覆蓋面積、城市污水處理率和生態環境用水率,屬于社會和經濟子系統的有城鎮化率、第三產業產值占比及萬元GDP用水量?？梢?生態環境和水資源子系統包含了大部分障礙因子,其中第一、二、三障礙因子分別為生態環境用水率、產水模數以及城市污水處理率、引白水量、供水模數。

從水資源視角上,朝陽市仍需進一步提高引白水量利用率,通過續建配套引白入朝工程增大朝陽市可利用水量,降低地下水用量以及超采壓力,可通過加快節水型城市建設實現水資源利用率的提升;從生態視角上,朝陽市應注重生態環境用水量控制和中水回用率、城市污水處理能力的提升;從經濟和社會視角上,要加快產業結構優化調整以提升用水效率。

3 結 論

1)朝陽市2008—2020年水資源承載力總體表現出波動上升的變化特征,從2008年的0.2293波動增大到2020年的0.7103,只在2014年和2019年出現小幅的減小,這主要與當年產水產水模數和人均水資源量下降有關。

2)朝陽市水資源承載力障礙因子大多分布于生態環境和水資源系統中,其中第一、二、三障礙因子分別為生態環境用水率、產水模數以及城市污水處理率、引白水量、供水模數。

3)朝陽市應加快產業用水結構優化,加強水資源管理和生態修復與保護工程建設,持續推進全社會節水以及引白入朝工程建設,通過合理生態補水保證自然環境安全,強調用水精細化管理控制,切實提升引白入朝用水效率和全市水資源承載力。