基于Bossel指标体系的梨树县地下水资源可持续利用评价

董 毅，梁秀娟，肖长来，王一凡

(1.地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林长春130021；2.油页岩地下原位转化与钻采技术国家地方联合工程实验室，吉林长春130021；3.吉林大学新能源与环境学院，吉林长春130021)

0 引 言

地下水可持续利用程度评价历来广受业界重视，通过对地下水资源的可持续性进行评价，可为制定国家宏观经济决策、区域社会经济发展规划服务[1]。如今，借用指标体系评价已发展成为地下水可持续利用评价的一种较为可行的方法。楼文高等[2]将神经网络法应用于区域水资源可持续利用评价；唐德善等[3]采用模糊模式识别分析的方法，评价了新疆近年水资源的可持续利用水平；陈守煌等[4]第一次在水资源可持续利用评价中采用了模糊可变评价方法；任政等[5]提出了基于属性区间识别理论的评价方法；汤淏等[6]将综合评价法与熵权法结合，建立了应用于水资源可持续利用评价的模型；张博等[7]基于生态网络分析，提出了流域水资源可持续性评价方法。本文基于以上研究基础，结合Bossel基本类定向指标的评分标准，对吉林省梨树县地下水资源可持续发展程度进行了分析与评价。

表1 基于Bossel框架的梨树县地下水资源可持续发展系统定向指标体系

1 研究区概况

梨树县位于吉林省西南部，东南部为低山丘陵，沟谷发育，中部构成山前冲洪积平原，北部多构成河谷冲积平原。东南部地层分布有上元古界西保安组磁铁石英岩、上古生界石炭系磨盘山组大理岩化灰岩、中生界侏罗系粗碎屑岩夹杂细碎屑岩、煤、膨润土；西北部多为第四系亚砂土、砂砾石。

梨树县南部山区地下水类型为非均一的基岩裂隙水，之后向中北部平原区逐渐转变为碳酸盐岩类裂隙溶隙水，再到较为均一的碎屑岩类裂隙孔隙水、松散岩类孔隙水，富水性随之由弱到强变化。河谷阶地孔隙潜水含水层(分布于东辽河、招苏台河河谷平原)和黄土台地孔隙裂隙混合潜水含水层(分布于郭家店、榆树台、杏山、喇嘛甸一带)为本次地下水资源评价的对象。研究区地下水资源总补给量为3.07×108m3/a，总排泄量为3.89×108m3/a，排泄量大于补给量，地下水位下降，表现为负均衡状态。

2 地下水资源可持续利用评价

2.1 建立指标体系

为了对研究区的地下水资源可持续利用程度进行分析，选用了水环境-社会经济-环境复合(RSWRS)系统[8-10]，建立Bossel指标体系(见表1)。按照计算公式分别计算各指标值；按照Bossel评分标准对各指标进行分级[11-13]；并采用直线型量化法对2012年～2015年梨树县相关指标进行量化评分；对6项基本类定向指标中所包含的2项指标按等权加权[11]计算，得到各基本类定向指标指数(见表2)。

表2 地下水可持续发展系统基本类定向指标指数

2.2 发展态势评价

2.2.1 发展指数计算

本文采用离差平方和最大法[12]计算权重，即

子系统的可持续发展指数依据下列公式计算

式中，Ci(t)表示t时刻第i个子系统的发展指数；wij表示第i个子系统中第j类定向指标的权重。

由此可分别求得2012年～2015年的各个子系统基本类定向指标的可持续发展指数值，并且可以求得各基本类定向指标占系统的最优权重。最后，按照下式计算可持续发展综合指数， 即

式中，C(t)表示t时刻可持续利用系统的发展指数。

研究区地下水可持续发展综合指数见图1。从图1可知，发展综合指数在2013年后呈下降趋势，说明该县的社会经济发展、地下水开发水平以及环境的发展水平在2013年后都呈下滑趋势。

图1 地下水可持续发展综合指数

2.2.2 发展态势分析

系统发展态势度量标准见表1[10]。本文采用直线法对研究区地下水资源的发展态势进行评价。研究区可持续发展态势指数见图2。从图2可知，发展态势总体呈下降趋势，这很大程度上取决于地下水资源子系统中“生存”这个基本类定向指标，而这又与人均地下水资源占有量以及地下水可开采资源模数存在关联。

表3 系统发展态势度量标准

图2 地下水可持续发展系统发展态势

2.3 协调性评价

本文用协调度来度量3个子系统之间的协调关系，分别设3个子系统为i、j、k，其对应的系统发展指数为Ci、Cj、Ck，则协调度按下列公式计算[12]，即

式中，α为协调度。

研究区地下水资源可持续发展系统协调度见图3。从图3可知，协调性呈下降趋势，说明梨树县在经济发展的同时，也存在水资源贫乏和水污染严重的隐患。

图3 地下水资源可持续发展系统协调度

2.4 公平性评价

图4 地下水资源可持续发展公平性

2.5 可持续性评价

系统的可持续性程度判定标准：可持续程度S(t)为0～0.6时为不可持续；S(t)为0.6～0.8时为弱可持续；S(t)为0.8～1.0时为准可持续；S(t)为1时为可持续。可持续性程度评价计算公式如下[12]

S(t)=[P(t)·α(t)·B(t)]1/3

式中，P(t)表示发展态势值；α(t)表示协调度值；B(t)表示公平程度值。

由此，可以得出研究区水资源的可持续性程度，见图5。从图5可知，梨树县地下水的可持续性程度具有一定的波动性，均处于一种不可持续的状态。

图5 研究区水资源的可持续性程度

3 结 语

本文基于Bossel指标体系，对梨树县地下水资源的可持续性进行了评价，得出以下结论：

(1)运用 Bossel 框架进行分析得到的梨树县地下水可持续发展系统的发展态势总体呈下降趋势，2013年之后均处于危险级别，为不可持续。

(2)研究区地下水资源的可持续利用系统发展态势在很大程度上受到地下水资源子系统的影响，而这主要是被该子系统中“自由”这个基本类定向指标反映出来的，与人均地下水资源占有量和地下水可开采资源模数2个具体指标存在关联。

(3)在研究区地下水的开发利用过程中，建议采取诸如加强跨流域引水工程建设、加强节约用水管理等措施，以实现该地区地下水的可持续利用。