基于模糊综合评判模型对沈阳市水安全评价

高 跃，张 戈，李世龙，鞠学亮，王恒伟

(辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029)

可持续发展观已成为全球经济发展的重要理念，为了促进人类社会经济与自然的可持续发展，人们对生态文明的建设日渐重视。水是生命之源，水资源不仅是基础的自然资源，而且是战略性的经济资源。水资源的可持续利用是自然资源可持续利用中最重要的问题之一［1］。随着水资源的短缺、水污染、海水倒灌、旱涝灾害等现象频繁发生，水安全问题已经成为继石油危机后全球研究的第二大焦点问题。随着沈阳市城市化进程加快，城市人口增长速度、城市建设速度加快，用水量随之大幅上升。沈阳市年均降水量小，年际、年内降水量变化明显，可开采地下水量少。沈阳水资源的安全面临着严峻的挑战［2－3］。

目前，国内外对水资源安全的研究是多角度、多层次的，但还没有给出公认概念或界定。关于水资源安全的研究也是定性研究多于定量研究。国内外水资源安全评价方法研究处于初级阶段，取得了一些成果。国外学者大多从资源环境，人口，社会经济等方面来讨论水资源安全的内涵和定义。对于水资源安全理论研究普遍应用体系模式为以下几种:“压力－状态－响应”模式(PSR)、“驱动力－状态－响应”模式(DSR)、“资源－环境－经济－社会”模式(REES)、“人口－资源－环境－发展”模式(PRED)等。本文结合了沈阳市水资源安全现状，运用三层模糊评价方法，选取压力指标、状态指标、响应指标建立模糊综合评判模型，对沈阳市水安全进行分析［4－5］。

1 沈阳市水安全现状

随着东北老工业基地振兴，沈阳市第二产业比重大幅加大，工业用水量大增导致水安全现状面临挑战。沈阳的人均水资源量、人均日生活用水量和万元GDP耗水量，均低于全国水平。单位面积农田灌溉用水量为全国的2.45倍，农业耗水量大。2009年沈阳市人均水资源量是288 m3，是全国人均量的5.86%，低于国际最低标准线1 000 m3［4］。沈阳市水质达标河段低于全国平均的17.2%，水环境问题严峻。因此，沈阳市水资源匮乏，水资源供需矛盾明显。沈阳市用水指标和辽宁省、全国指标比较，见表1。

表1 沈阳市主要用水指标与辽宁省、全国指标对比情况(2009年)

2 模糊综合评判模型

根据模糊集理论，建立水安全综合评级模型［6］，步骤如下:

步骤一:建立两个因素集 U={u1，u2，…，un}，V={v1，v2，…，vm};U为因素集，V为评语集。

步骤二:根据评判集建立评判矩阵R，R为U到V的模糊关系，即ui对vj的隶属度。

步骤三:评判集中各因素起到的作用不同，需根据重要性确定权重a，权重组成集合A，

步骤四:模糊评价结果公式

根据上述方法可进行单层模糊判断，由单层向上逐层判断可得多层的综合评判值［7－9］。

3 沈阳市水安全模糊综合评判评价

3.1 评价指标体系的构建

针对沈阳市水资源安全问题，采用综合分析方式，将水资源安全系统看成一个由各子系统组合而成的复合系统，先对各子系统进行评价，最终得到目标层的评价值。

根据操作性、代表性、可靠性和综合性原则构建水安全综合评价体系，运用三层模糊评判方法确定沈阳市水安全状态。一级评价指标是压力指标、状态指标和响应指标，每个一级指标选取3个指标作为二级评价指标，再选取16个具体指标，建立沈阳市水安全评价体系［10］。详见表2。

3.2 权重与相对隶属度的确定

水安全评价指标体系中，各个评价指标重要程度存在差异，这需要先确定各个指标的权重。本文用的是层次分析法确定权重，层次分析法是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法。其优点思路简单明了，将决策者的思维过程数量化，便于计算，容易被人们接收。在安全度综合评判过程中，决策目标通常分为越大越优型和越小越优型。相对隶属度是参考连续系统上的两极和中介线性变化作为相对统一的参照系来衡量指标对系统的优属度。其优点是减小甚至消除主观任意性的缺陷，使隶属度与隶属函数的概念更加完善［11－12］，见表 3。

3.3 沈阳市水安全现状评价

水资源安全评判标准是结合沈阳市的实际情况制定的，见表4。1－10级分别为极端不安全、严重不安全、中部不安全、轻度不安全、濒临不安全、勉强安全初级安全、中级安全、良好安全和优质安全。根据各项指标，运用模糊综合评判模型，按式(3)计算出辽宁省沈阳市水资源安全度见表5。

表2 沈阳市水安全综合评价及权重

表3 沈阳市水资源安全指标相对隶属度

表4 水资源安全评判标准

表5 基于模糊综合评判模型的沈阳市水安全度

4 评价结果分析

4.1 沈阳市水资源安全各子系统分析

水资源压力安全度:由表5可看出，水资源压力系统安全度变化明显。2002—2005年，水资源压力系统安全度不断提高，相对隶属度从0.164升高到0.946。主要原因是，沈阳市水源主要为大气降水，2002年到2005年，沈阳市年降水量持续增长，2005年达到822.2 mm。降水量增加，人均水资源量和地均水资源量随之上升，水资源压力减轻，且每公顷化肥使用量降低，使农业化肥污染程度降低，所以2005年的水安全度最高。2005年之后，水资源压力系统安全度下降趋势明显，在濒临不安全限度内上下浮动，最低水资源安全度出现在2006年，属于中度不安全。由于2006年沈阳市降水量达到八年来最低，而且每公顷耕地化肥使用量的相对隶属度为0.551，仅次于2008年，导致2006年水安全度大幅下降。

水资源状态安全度:水资源状态安全度从2002年到2005年间逐渐上升，2005年达到最高。2006年水资源状态安全度下降明显，跌到0.135，成为8年最低值。2007年至2009年水资源状态安全度逐年上升。从各年份来看，2002年至2004年，水资源供需比持续增加，到2004年达到最大1.984。2005年开始，供需比呈波动变化，但变化幅度不大。水质达标河段百分比逐年提高，从2002年的17.9%到2009年的41.7%，充分说明了政府对水质安全的重视。工业废水达标排放率，保持在较高的水平，八年平均达标率在90%以上，为水安全提高做出进一步保障。人均GDP也在逐年上升，说明沈阳市民的人均收入水平和生活水平有所提高。总体来看沈阳市经济发展迅速，且政府节水、净水意识高，但水资源状态安全仍需提高。

社会响应安全度:社会响应安全度在勉强安全限度内波动变化，2006年最高，达到0.760，2009年跌到最低0.271，说明水安全隐患依旧存在。从子系统看，第二产业的比重逐年提升，第三产业比重下降，但总体变化幅度小。随着国家振兴东北老工业基地战略的实施，第二产业比重持续上涨，恩格尔系数变化很小，人民生活水平不断提高。环保投资整体呈增长趋势，说明沈阳市对水安全问题的重视。

4.2 沈阳市水安全综合分析评价

从沈阳市水资源综合安全度变化趋势来看，见图1。沈阳市综合水安全度由2002年的中度不安全逐渐提升到2005年的良好安全的状态，达到8年最大值。其原因为水资源压力安全度和水资源状态安全度在2002年到2005年间逐渐上升，分别在2005年达到最大值0.946和0.680，社会响应在2005年的安全度很高，所以2005年的水资源综合安全度最高。2006年水安全度降为中度不安全，而后好转，到2009年达到濒临不安全的程度。

图1 沈阳市水资源综合安全度

从产业结构变更来考虑，沈阳市在这八年间经济增长的主动力是第二产业。第二产业在产业结构中比重加大，工业需水量增加，水安全度的挑战增加。沈阳市第三产业所占比重下降，随着时间的推移，第三产业对经济的驱动力将加强，会成为沈阳市经济增长的主要动力。第三产业，特别是现代服务业，用水主要是生活用水，相对于第二产业用水量较小，利于水资源压力安全度的提高。第一产业对经济的驱动力会降低，所占比重会逐年下降，对水安全的影响会变得更小［13－15］。

5 结语

通过模糊综合评判模型对沈阳市水安全进行评价，2002—2005年间，沈阳市降水量持续增长，人均水资源量和地均水资源量都持续上升，加上沈阳市大力完善节水净水系统，使沈阳市水安全度持续上升，在2005年达到最大值0.830。由于2006年降水量达到最低，水安全也达到最低。之后两年安全度逐渐上升，2009年略有下降达到濒临不安全的程度。沈阳市水安全变化波动很大，有一半年份安全度在濒临不安全以下，沈阳市已采取措施提高水的安全度，但降雨量对水安全度影响很大。由于自然因素对水安全的影响过大，需加大人为改善水资源安全度的力度，从而保证城市的水安全度是可控的。

通过对评价结果分析，要想进一步提高沈阳市水安全度，需要大力建设水利设施，可以调节水资源的时空分布差异，避免由于降水少而引起的水安全度下降。还可以调整产业结构，在重视第一、二产业发展的同时，提高科学技术，发展节水型现代工业、服务业，降低万元GDP耗水量。采取预防为主，防治结合，促进沈阳市水资源的可持续发展。

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