水资源需求合理性评价——以邯郸市为例

董 琳，宋秋波，胡宁宁

（1.海河水利委员会科技咨询中心，天津 300170；2.天津市中水科技咨询有限责任公司，天津 300170；3.黑龙江省航道局，黑龙江 哈尔滨 150026）

1 水资源需求合理性评价概述

水是重要的战略资源，水资源与社会、生态相互耦合，组成水资源复合系统 ，保障居民基本生活、支撑经济社会发展、维持生态环境健康，是社会经济系统赖以存在和发展的物质基础。

传统的水资源管理较多强调水利如何尽最大潜力保障和满足经济社会快速发展，一方面较少考虑自身水资源禀赋和承载能力对经济社会发展的约束作用，另一方面也较少地站在其他行业或领域审视水资源的合理需求。在过去的经济发展模式中，工业园区、开发区的大量建设固然为经济发展带来了强大的集聚效应，也导致区域水资源需求的不均衡性，自然、社会资源的需求因此过度集中，排放的生产生活废弃物又造成环境污染；作为用水大户的农业不得不采用污水或大量超采地下水，生态环境用水受到严重挤占。在高速发展的背后，水资源供需矛盾愈发突出，如何统筹协调经济、社会、生态、水资源4个复杂系统之间的关系和确立合理的水资源需求成为需求管理的重要任务。

目前，全国各地出台法规，限制石油石化、建材化工、造纸等高耗水行业发展，使对水资源无序开发利用的问题得到缓解，但是经济发展作为水资源需求的主要驱动因素之一，其发展趋势是可以预期不断增长的，因此水资源需求也不可避免地呈现增长的趋势。

基于水资源需求的多元化特点，要确定一个兼顾资源有限、经济增长、人口增加、生态建设诸多因素的合理的水资源需求，需要考虑各方面的需求以及相互之间的关联程度。如，人口增长、城市化进程加快、经济发展对水资源需求的增长起促进作用，资源禀赋对水资源需求的增长起制约作用。因此，判断水资源的需求是否合理，要以经济社会与生态环境可持续发展、水资源高效与可持续利用为衡量准则，确定一个既适应经济社会发展趋势又符合水资源承载能力的合理需求。笔者采用层次分析法，通过建立梯阶层次模型，对水资源需求合理性进行定量研究。

2 水资源需求合理性评价模型体系构成

2.1 评价因素的选取

水资源需求合理性评价是在特定区域范围内，通过对需求的分解，进而进行的评价。从系统和宏观的角度认识水资源需求，必须保证各部门、各地区之间的公平性、水资源利用的效率以及发展的可持续性，这也是水资源需求管理的目标，据此衡量部门间和地区间水资源需求的合理程度。

判断一个区域水资源需求是否合理，主要以“水资源—社会—经济—环境”这一复合系统是否实现了公平、效率和可持续发展为标准。区域水资源需求合理性评价指标体系不仅要体现该区域水资源本身的特征、开发、利用、管理状况，还要反映水资源系统与社会、经济、环境系统的协调发展状况以及复合系统的可持续发展能力。

考虑到区域水资源特点、社会经济发展的不平衡、水资源开发利用程度的差异等，在参考国内外相关研究的基础上，选取与水资源系统有关的主要指标，将水资源需求合理性评价指标体系分成3个层次，分别为目标层、准则层和指标层。目标层即为水资源需求合理，准则层分别为资源利用、社会、效益、生态合理，同时提出衡量准则层是否合理的具体指标，见表1。

表1 水资源需求合理性评价指标体系

2.2 评价方法

层次分析评价方法 （AHP，Analytic Hierarchy Process）常用于多目标决策方法。它把复杂问题分解成梯阶层次结构，将下层因素相对于上层因素进行两两比较判断，构造判断矩阵，通过计算判断矩阵、一致性检查和层次排序，得到各因素的组合权重，通过排序结果分析和解决问题。

层次分析法把人的主观判断用数量方式表达和处理，实现了定性和定量分析的结合，因而大大提高了系统评价的有效性、可靠性和可行性。这样，可以根据计算结果判定水资源需求的合理水平及发展变化。

2.3 指标权重的确定

（1）判断矩阵构造：运用层次分析法，通过邀请不同领域的专家根据上述建立的水资源需求合理性评价指标体系进行构造判断矩阵，再综合分析研究最终确定判断矩阵，进而进行指标权重的计算。表2为专家给出的准则层判断矩阵。

表2 准则层判断矩阵

（2）权重计算：采用方根法近似计算判断矩阵的最大特征值与特征向量，计算步骤如下：第一步，计算判断矩阵每行元素的几何平均值，得到=（，…，）T；第二步，将归一化，得到＝（，…，n）T。 其计算公式分别为：

式中：aij为判断矩阵第i行第j列元素。

经计算，得出准则层的判断矩阵的权向量为（0.533，0.082，0.114，0.271），最大特征值（λm）为4.17。

（3）一致性检验：设判断矩阵A的最大特征根为λmax，其相应的特征向量为W，将W 归一化，进行一致性检验：

式中：CI为一致性检验指标；n为判断矩阵的阶数；CR为随机一致性比率；RI为随机一致性指标。

经检验，计算一致性指标（CI）为0.056，随机一致性比率（CR）为0.063＜0.1，可以认为判断矩阵的一致性可以接受。

（4）层次总排序：层次总排序是计算同一层次所有元素对于最高层 （目标层）相对重要性的排序权值，这一过程是由最高层次到最低层次逐层进行的。

表3 层次权重总排序

（5）数据标准化：由于各个指标的量纲不同，其绝对值数量级也相差很大，为了比较其大小，需要对其各分量进行归一化处理。假设对一个地区的水资源需求合理性情况研究时期为m年，则在该研究时期内就有m个水资源需求合理性指标值。假设m个水资源需求合理性指标值为 （j=1，2，…，m），再设每个水资源需求合理性指标值由m个具体指标确定的分量组成，即有 Ej=（E1j，E2j，…，Emj）。 归一化处理后，，…，其中，计算公式为：

（6）综合评价：通过计算，得到水资源需求合理性综合评价值。综合评价值与水资源需求的合理性呈正相关，得分越高，水资源的需求越合理。

3 以邯郸市为例进行水资源需求合理性评价

3.1 邯郸市基本情况

邯郸市2007年总人口896万人，其中城镇人口219万人；国内生产总值达到1 609.5亿元，其中第一、第二、第三产业增加值分别为219亿、839亿和551亿元，在第二产业中工业增加值744亿元；现状耕地面积65.2万hm2，有效灌溉面积54.45万hm2；粮食产量423.3万t。邯郸市2000—2007年经济社会指标，见表4。

表4 邯郸市2000—2007年经济社会指标

邯郸市1956—2000年平均年降雨量552 mm、径流量6.18亿m3，多年平均年地下水资源量为12.64亿m3。地表水资源量加地下水资源量并扣除两者之间的重复量，邯郸市多年平均年水资源总量为 15.53 亿 m3。

邯郸市2007年供水总量18.71亿m3，其中地表水4.98亿m3、地下水13.13亿m3、微咸水及再生水等非常规水源0.60亿m3。用水方面，城市生活1.00亿m3（含三产及生态环境），工业2.81亿m3，农村居民生活0.93亿m3，农田灌溉12.84亿m3，林牧渔业1.12亿m3。2000—2007年邯郸市用水变化趋势，如图1所示。

图1 邯郸市2000—2007年用水变化趋势

3.2 水资源需求合理性评价

通过搜集资料，根据上述建立的水资源需求合理性评价模型，对邯郸市2005—2010年的水资源需求情况进行分析计算。

以邯郸市2005—2020年 （2010年以后为预测值）的指标数据为基础，以每年指标占15年指标总和的比例作为指标值，计算2005—2010年各年指标的标准值，以每个指标的标准值与对应权重的乘积作为计算合理性得分的结果，见表5。

表5 邯郸市2005一2010年用水资源需求合理性评价

4 水资源需求合理性评价结论

4.1 指标的排序和结果

从指标权重的结果来看，准则层排序第1位的是水资源开发利用合理，在评价指标中所占比重超过50%，此后依次为生态环境合理、效率合理、社会合理。从各指标层的综合权重来看，排名第1的是水资源开发利用率、综合权重为0.426，第2名是生态用水率、综合权重0.203，第3名是地下水利用指数、综合权重0.107。由此可见，对于合理性评价结果起主导作用的因子是合理开发利用水资源、生态用水需求以及地下水压采。相对地，与社会生产相关的农业灌溉水利用系数、工业用水重复利用率、管网漏损、人均用水量等指标权重较轻。

4.2 评价值结果分析

通过对邯郸市水资源需求现状的合理性评价，2005—2010年邯郸市水资源需求合理性评价值从0.047上升到0.064，平均年增长率为6.37%，总体呈上升趋势。

在合理性指标体系中权重排序第1位的水资源开发利用率，在2005—2006年从0.54上升至0.55后，没有进一步增长。排序第2位的地下水利用指数，从1.21下降到1.11，平均年下降幅度为1.71%，远远低于综合指标评价值变化幅度。排序第3位的生态环境用水率，从0.01上升到0.05，2007年较上年增长了一倍，2008年较上年增长了50%，2008年以后增长速度有所下降。

邯郸市是严重缺水城市，主要以地下水供水为主。在邯郸市供水结构中，地表水占26.62%，地下水占70.18%，非常规水源占3.20%。多年来的人为开发利用，加之气候变化，使邯郸市山区径流衰减，平原地区河道断流，连续多年地下水超采，地下水位持续下降。邯郸市平原区地下水埋深，1981—1990年平均年下降0.44 m，1991—2000年平均年下降0.46 m。2007年以来，邯郸市实施了生态水网工程，沟通滏阳河、民有渠、东风渠、卫河四大骨干渠系，拦蓄地表水、补充地下水、涵养生态水，将岳城、东武仕水库水源调入邯郸城区，为城区生态景观建设提供水源保障，在西部山区实施生态水保，利用中小水库、小型集雨设施等建设涵养生态水源。通过该工程，挖掘地表水利用潜力，在一定程度上缓解了地下水超采情况，地下水位有所回升，同时对当地的生态环境起到了积极的作用。

5 水资源需求的调控措施

（1）加大农业节水力度。农业灌溉是邯郸市用水大户，2007年农业灌溉用水量占用水总量的68.63%。由于农业传统的漫灌方式，灌溉水利用系数仅为0.4左右。加大节水投资、提高节水技术，实现节水率和渠系利用系数的提高，从而减少亩均灌溉用水量，将会在很大程度上缓解农业用水的压力。

（2）在保持经济高速、稳定发展的前提下，积极优化产业结构，调整用水定额。随着产业结构高度化，第三产业在经济中将占有越来越重要的地位，因此应考虑适当限制工业增加值的增长速度，鼓励第三产业的发展，实现产业结构从“二三一”模式向“三二一”转变，加快发展需水量较小的第三产业。

（3）积极发挥各种管理调控措施与激励机制作用，提高城市非常规水源利用的程度，全面建成节水型城市。

（4）积极开发再生水回用技术，提供稳定、可靠的非常规水源。再生水作为一个非常经济的新水源，可以满足部分生活和生产用水对水质的要求，减少社会对新鲜水资源的需求。同时，再生水回用可实现分质供水，大大降低用水成本。

[1]冯宝平.区域水资源可持续利用理论与应用研究[D].南京：河海大学，2004.

[2]许树柏.层次分析法在资源分配、管理和冲突分析中的应用[M].北京：煤炭工业出版社，1986.

[3]赵焕臣.层次分析法[M].北京：科学出版社，1986.

[4]Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process[M].New York：McGraw Hill Inc.，1980.

[5]郭凤震，李杰.邯郸市地下水水质状况及其变化趋势分析研究[J].环境科学与管理，2011（12）：45-50.