辽东半岛水资源可持续利用潜力研究

张银凤

(辽宁西北供水有限责任公司，沈阳 110000)

0 引 言

水资源作为重要的自然资源，对维持人类生存发展和特定区域经济社会持续发展等方面发挥着巨大作用。我国水资源人均占有量相对较少，且随着城镇化的推进和经济的发展，生产生活及各行业用水量急剧增加，加上水环境污染加剧和水资源空间分布不均衡，可利用水资源量呈不断降低的变化特征。辽东半岛为组成区域协调发展战略的重要部分，2012年上升为国家海洋战略。然而，资源环境势状况必会对区域经济发展产生约束，特别是水资源短缺问题对经济发展的制约极为显著，因此科学评价辽东半岛水系统开发潜力，可为社会经济的空间布局和产业结构调整提供指导作用[1]。

借鉴相关资料和已有研究成果将水资源可持续利用潜力定义为：在满足可持续发展要求的基础上，利用现有的科技水平和经济发展能力能够被使用的潜在水资源量。根据区域生态环境、经济社会、区域水资源特点建立水资源可持续利用潜力评价体系，然后运用特定的数学模型准确评价水资源变化特征，该过程即为水系统可持续利用潜力分析。文章以辽东半岛7个评价单元为例，运用AHP法准确评价各区域水资源开发潜力，以期为区域产业结构优化和水资源空间布局提供科学指导。

1 研究方法

1.1 区域概况

辽东半岛位于辽宁东南部，地处鸭绿江口与辽河口连线以南，伸入渤海与黄海之间，走势整体呈东北-西南向，总面积2.94万km2。该地区分布有大连、丹东、鞍山、营口、本溪、辽阳和盘锦7个地级市及其所辖区县，地貌形态上以低山丘陵为主，半岛三面环黄海北部、渤海海峡和渤海，因伸入海洋气候温暖湿润。辽东半岛为暖温带季风气候，夏季多雨温热，冬春季多风，受海洋调节很少出现酷热天气，年降水量550-900mm，其中60%降水发生于夏季，年均气温9℃-10℃，滨海为避暑胜地。研究区有大清河、英那河、碧流河、大洋河和复州河等，流域面积为1482km2、914km2、2814km2、6174km2、1628km2，多年平均径流量为3.36亿m3、4.61亿m3、9.39亿m3、29.18亿m3、3亿m3.53亿m3，这些河流大多存在调蓄能力差、水流急、坡度大、流程短等特征，均属于独流入海河流。半岛水资源平均量88.05亿m3，其中地下和地表水15.36亿m3、86.13亿m3，重复水量13.44亿m3，地下水开采率66%且沿海地区水质污染、地下水超采等现象严重。辽东半岛人均水资源量略高于辽宁省平均水平为1134m3，地下水持续开发使得海水入侵和地下水下降问题突出。调查资料显示，河流上游水质较好达到Ⅰ、Ⅱ类标准，受城镇污水排放影响中下游水质较差，其中登沙河、复州河下游局部水环境污染严重，水质为Ⅳ类标准。

1.2 评价方法

根据国家福利贡献率大小分配各个工业部门电力的研究课题，美国运筹学家T.L.Saaty基于多目标综合评价法与网络系统理论提出了多准则决策的AHP层次分析法，可实用、灵活、简便的定量分析定性问题。其基本原理是将待评价对象的影响元素按照实现目标的程度和问题性质分解为多个层次，通过对比分析某一层次两两元素间的相对重要性构造梯阶层次结构，然后对各层级要素之间的相对重要次序利用数学方法进行计算，从而给出评价体系中所有元素的总排序及其权重。详细的分析流程为：①依据梯阶框架建立层次结构体系；②考虑专家意见和待评价对象实际情况构造判断矩阵；③通过特征向量与特征根的计算确定单排序，为保证评价结果的可靠性需检验矩阵的一致性；④根据单排序结果对本层级各元素相对于上层级的重要度求解，从而获得满足一致性检验的指标权重值。

2 水资源可持续利用潜力评价

遵循可操作性、协调性、层次性和科学性等原则选择评价指标，考虑区域水资源可持续利用目标及内涵特征，构建包含指标层、准则层和目标层的水资源可持续利用潜力评价体系。

2.1 影响因子分析

生态环境、经济社会与水资源系统之间存在相互影响、互相制约的复杂关系，理清三者之间的作用关系为评价分析水系统可持续利用潜力的重要前提。因此，文章选取水资源、生态环境、社会经济和政策作为评价准则层构成。

1)政策指标。综合考虑生态环境、经济、社会整个系统的动态性和复杂性特征，尤其是现有国情下辽东半岛水资源可持续利用潜力受各种水资源政策的直接影响程度。因此，文章在评价体系中纳入政策因素满足科学合理性要求。根据辽东半岛水资源管理措施与政策，参考相关研究资料选择较好体现政策因素的6个参数，即第三产业比重、水价调整幅度、海水淡化量、再生水回用率、应急供水调水量、农业节水灌溉率。

2)经济社会指标。水资源可持续利用潜力受经济社会发展的影响显著，而保障经济社会发展的重要基础为水系统状况，二者存在复杂的关联性。文章选择能够反映区域经济发展的10个指标，即工业用水比重、城市人口比例、第一产业比重、人口自然增长率、人口密度、人均耕地面积、人均GDP、万元GDP耗水量、单位面积灌溉用水量和GDP增长率。

3)生态环境指标。合理有效的利用水资源可降低生活污水和工业废水的排放，改善水源涵养条件和生态环境，同时具有巨大的经济效益。对此，选择6个生态环境要素用于评价水系统利用潜力，具体为地下水开采率、森林覆盖率、工业废污水占水资源比率、生态用水量、单位GDP工业废水排放量和工业COD排放量。

4)水资源指标。水资源可持续利用潜力在很大程度上受水资源空间分布特征及其数量影响，根据区域水资源利用状况提取4个典型参数，即地下水供水比率、客水供水比例、单位面积水资源量和人均水资源量。

2.2 数据标准化处理

各参评指标的无量钢化为初始数据标准化处理的目的，由此消除不同指标单位和数量级不同而带来的不可通透性，以便于指标的比较和加权运算等，确保评价结果的合理性和科学性。当前，按小数定标标准化、Z-score标准化和最小-最大标准化为评价指标标准化处理的常用方法，文章对水资源可持续利用潜力初始数据考虑最大-最小标准化法处理，表达式为：

(1)

式中：Ximin、Ximax为第i项指标在不同地区的最小、最大值；Xi、Zi为参评指标i在不同地区的取值及其标准化值。根据水资源可持续利用潜力的具体内涵将评价指标分为正相关、负相关两大类，正向和负向指标的表达符号为“+”、“-”，利用以上公式所有参数值标准化处理至0-1区间，评价体系见表1。

3 实例分析

选用2016年辽东半岛7地市水资源公报、辽宁省节水型社会建设“十三五”规划及各地区统计年鉴获取评价体系中各参数的初始数值，见表2。

3.1 研究区指标数据标准化

根据标准化计算公式和整理好的各参数初始值，按照文中所述步骤完成26个参评指标在各研究单元的标准处理，处理后的参数值处于0-1范围，在Excel软件中完成数据的运算，见表3。

表1 辽东半岛水资源可持续利用潜力评价体系

表2 辽东半岛各参评指标初始数据

续表2 辽东半岛各参评指标初始数据

表3 辽东半岛各参评指标标准值

续表3 辽东半岛各参评指标标准值

3.2 指标权重的计算

评价体系中各层次权重的计算为水资源可持续利用潜力分析的重要条件，各因素权重利用Excel软件和文中相关公式计算确定。采用专家调查法获取各个层次的判断矩阵，邀请资源环境方面的讲师、副教授和教授等10位专家组成小组给予评分，在满足随机一致性比例CR值<0.1的条件下求解各指标组合权重，见表1。

3.3 评价指标综合得分及排序

根据标准化处理后的指标数值和层次分析法求解的组合权重，对辽东半岛各研究单元的综合得分进行计算，即标准化数值和组合权重乘积运算结果获取7个评价单元的综合得分，见表4。其中，将初始评分扩大10倍为表4中的综合评分。

表4 评价体系中准则层各因素综合得分及排序

从表4可知，可持续利用潜力较大的为盘锦、大连和营口市，其次为本溪、丹东和辽阳，鞍山地区的可持续利用潜力较小。

3.4 水资源可持续利用潜力评价结果

从政策因素的层面，评分较高的盘锦、本溪和辽阳市处于第一层次；其次为丹东、大连和营口市的第二层次；评分较低的为鞍山市。根据实际情况，本溪、盘锦和辽阳市为辽东半岛政策优势，因经济发展和区位要素鞍山市的政策优势较少。

从社会经济的层面，盘锦、营口、本溪和大连地区得分较高属于一个层次，而辽阳、丹东和鞍山地区的评分较少为另一层次，其原因为万元GDP耗水量和GDP增长率在社会经济子系统中的权重占最高，而丹东。辽阳和鞍山地区正处于经济快速发展时期，这两项负向指标的数值较高，因此使得该子系统总体得分较低；而大连、本溪、营口和盘锦地区的经济增速较为平稳，万元GDP耗水量在节能降耗影响下较少，因此评分也较高。

从生态环境的角度，盘锦、营口和大连地区为得分较高的第一层次，其它均处于第二层级。工业废水占比和单位GDP工业废水排放量在生态环境子系统中的比率较大，而这两项负向指标在辽阳和丹东地区的指标值较大，从而使得综合得分相对较低。

从水资源的角度分析，营口和大连地区的水资源得分最高为第一层次，得分最低的为辽阳地区，其它地区为第二层次。客水和地下水供水比例在水资源子系统中的比率最大，同时相对于整个评价体系而言，这两个负向因子的权重值最大，而在本溪和辽阳地区这两项因子值最小，相应的得分最高。

综上分析，综合评价体系中权重最大的为水资源因素(表1)，因此水资源利用潜力总评分中水资源因素的得分占比最大，其排序状况在很大程度上决定了最终排序，所以大连地区的最终排序为第二，这在很大程度上取决于水资源因素为第二的排序。

4 结 论

水资源利用潜力各评价指标权重利用层次分析法和专家调查法进行求解，结果表明指标权重较大的指标有客水和地下水供水比例、水价调整幅度、GDP增长率、人均水资源量、单位面积水资源、工业COD排放量等。综合评分中，可持续利用潜力较大的为盘锦、大连和营口市，其次为本溪、丹东和辽阳，鞍山地区的可持续利用潜力较小，该评价结果和辽东半岛水资源管理和政策措施实际情况基本相符。根据研究成果和区域水资源利用现状，可为半岛水生态保护和提升水系统可持续利用潜力提供科学指导。