基于不同发展模式的地区水安全评价分析

刘 蛟，李 涛，刘晓辉，余 斌

(1.西华大学能源与动力工程学院，四川 成都 610039；2.西昌学院农业科学学院，四川 西昌 615000)

0 引 言

在2000年Stockholm水会议上提出的水安全属于非传统安全范畴，通常指针对人类社会生存环境和经济发展过程中发生的与水有关的危害问题[1]。水安全对社会经济的可持续发展的支撑作用以及对生态系统的良性发展的维持作用，得到了国际社会的认可，为此，在目前变化环境下的水安全状态更受到了全球的广泛关注[2]。作为一种基础资源，水资源的安全性包括了多个方面的内容，目前国际上通常认为水安全状况涉及水价值、生态环境、粮食安全、经济社会安全、水的供需矛盾、控制灾害和水资源管理等7个方面的内容。左其亭等[3]构建了包括7个方面内容的“一带一路”水安全保障体系框架，对分区水资源安全进行了评价。梁缘毅等[4]结合灾害和风险理论，将水安全风险划分为水量短缺、水质污染、干旱风险和洪涝风险，对我国不同地区的水安全问题进行了分析。刘传旺[5]等建立了基于层次分析法的类型识别的物元评判模型，对新郑市2006年～2011年水安全进行了综合评价。运用主成分和多元因子分析法，对中国主要城市的供水安全进行了评价分析。

水安全设计内容繁多，有学者提出了构建以健康、发展、和谐为准则框架的评价体系[6]；也有相关研究[7]应用主成分分析法，来确定主要影响因子，并开展城市供水安全方面的研究；傅春等[8]基于“驱动力-压力-状态-响应”模型，开展了南昌市水环境安全评价。更多的研究[9-12]考虑影响水安全各内容的作用，构建了包括各个方面指标的评价模型，这些研究较为全面地反应了水安全的影响因素，评价的结果也对区域的水资源管理起到了积极的作用。但是，这些指标中，因为其相互影响作用关系以及量化标准的不确定，在不同程度上影响了评价模型的客观性。

2019年1月召开的全国水利工作会议强调了要处理好：水与经济社会发展的关系以及水与生态系统中其他要素的关系。这不仅为人水和谐发展指明了方向，同时也为水资源的安全评价工作提供了参考。本文根据地区水资源发展中面临的主要问题，以四川省德阳市为例，在明确水资源系统、社会经济系统以及生态环境系统相互关系的基础上，构建了多目标多层次的水安全评价模型，结合国际通用标准以及地区相关文件，对核心评价指标进行量化，最后分别以社会经济发展为主和生态环境保障为主两种发展模式，对德阳市2010年～2016年的水安全状况进行评价，并结合德阳市“十二五”水利发展成果对评价结果进行分析。

1 评价模型的构建

层次分析法是针对复杂的多准则决策问题提出的。其通过将问题分解为各个组成因素，按照因素之间的递归及从属关系，可构建一个反应因素之间联系的递进层次结构。经过一定的分析与计算，将评价问题转化为最底层(指标层)相对于最高层(目标层)的相对重要性排序问题。结合计算出的权重，按重要性分析因素对目标的影响，从而做出评价。根据区域水资源发展中的社会经济问题、生态环境问题，确定影响水安全的主要因素，构建一个多目标多层次的评价模型。

1.1 模型的构建

虽然目前对水安全的定义缺乏统一的标准，但普遍认为水安全为能够持续支撑经济社会发展规模、能够维护生态系统良性发展的水资源状态[13]。因此，水资源系统、经济社会系统以及生态环境系统之间的关系是水安全评价模型确定的基础。三者之间的相互制约影响关系如图1所示。在此作用下，社会发展模式也主要表现为水资源系统制约下的经济社会发展，以及水资源保证下以生态环境为支撑的社会经济发展。为此本文也将从这两种发展模型对水安全进行评价分析。

图1 水安全的三大系统之间的相互关系

在充分考虑水安全所涉及7个基础方面内容的前提下，进一步根据地区水资源发展中的实际问题，综合考量水资源、经济社会以及生态环境下具有明确可量化标准的评价指标，构建了如图2所示区域水安全的评价模型。

图2 地区水安全评价模型

1.2 评价指标及其量化标准

1.2.1水资源子系统

水资源子系统中主要是体现各种水资源之间的关系。其中，水库调节能力C1是指该地区水库的年调节量占地表水资源总量的比例，体现了在灾害控制与水管理方面的内容；根据德阳市近年水资源利用的实际情况，将计算的量化值从0～10%正向等分为很不安全、不太安全、一般安全和很安全4个标准。水资源开发利用率C2是指在水库调节的基础上进一步通过提、引、调等措施后可供的水资源量占水资源总量的比率，体现了水管理方面的内容；根据国际上对水资源开发利用率与水安全的对应关系确定等级标准[14](见表1)。人均可用水资源量C3是指总供水量除以地区总人口数，在水资源开发利用率的基础上，进一步体现了水的供需矛盾方面的内容；根据国际上人均水资源可用量与水安全的对应关系确定等级标准[14](见表2)。

表1 不同的水资源开发利用率对应水安全等级

表2 不同的人均可用水资源量对应的水安全等级

1.2.2经济社会子系统

在经济社会子系统中主要为农业、工业生产用水与生活用水，主要体现了水安全在粮食安全、经济社会安全和水的供需矛盾方面的内容。全国范围内农业用水占总耗水量的63%左右，德阳市的农业用水比率更是达到了70%以上，因此农业用水中的灌溉用水系数C4也是我国水资源管理中“三条红线”的主要控制指标。根据德阳市在实施最严格的水资源管理中确定的灌溉用水系数目标与实际灌溉利用系数的相对偏差

RE=(实际值-管理目标值)/管理目标值

(1)

结合德阳市实际农业用水情况，确定评价年份在农业用水方面的安全度(见表3)。万元GDP用水量C5和生活用水节水率C6采用同样的方法确定，参考的标准分别为德阳市水资源管理中制定的万元GDP耗水量管理目标，以及四川省2010年和2016年制定的四川省用水定额标准。

1.2.3生态环境子系统

在生态环境子系统各指标主要体现了水安全在水价值、生态环境以及水管理方面的内容。干旱指数C7为该区域的降水量和蒸发能力之比，是表现区域水分收支的一个重要指标，在很大程度上反应出区域生态环境系统脆弱性情况[15]；根据干旱指数对区域干旱程度的划分确定与水安全等级的对应关系，见表4。河道水质达标率C8综合反映了区域水环境的状态，根据水质管理目标，对地表Ⅲ类水标准按0～100%的达标率正向等分为4个安全等级。河道外生态用水比例C9为河道外生态用水量与年用水量的比值，对地区可持续的生态环境保护建设具有重要的指示作用，根据相关规划，将0～5%的生态用水比例正向等分为4个不同的安全等级。

表3 经济社会子系统中各指标值对应的安全等级

表4 干旱指数对应的水安全等级

2 评价结果

2.1 权重的确定

在对研究区的水资源系统进行充分调研的基础上，根据专家意见，采用打分法确定了评价模型中各子系统两两指标的相对重要性，构建形成的矩阵

(2)

通过一致性检验后，计算得到的权重WB1=[0.6，0.2，0.2]；WB2=[0.6，0.2，0.2]；WB3=[0.169 2，0.384 7，0.443 4]。

对于准则层，本文从水资源系统制约下的经济社会发展(M1)以及水资源保证下以生态环境为支撑的社会经济发展(M2)两种模式进行评价。在M1下，主要以社会经济发展为主，生态环境系统处于次要地位，而社会发展主要受到水资源来水和供水系统的制约。在M2下，主要强调经济社会的发展必须以良性的生态环境系统发展为前提，生态环境系统对水安全的影响更加重要，为此确定两种发展模式下准则层之间相对重要性构建形成的矩阵如式(3)所示。通过一致性检验后，确定两种发展模型准则层的权重分别为WM1=[0.454 5，0.454 5，0.090 9]；WM2=[0.142 9，0.142 9，0.714 3]。其中

(3)

2.2 评价结果

根据对德阳市2010年～2016年水资源公报数据的统计分析，计算得到各个评价指标的量化值，由1.2节中确定其安全等级标准。对很安全、一般安全、不太安全以及很不安全四个等级分别赋值为7、5、3和1，采用归一化指数的计算方法，利用2.1节中得到的权重，自下而上计算得到了德阳市2010年～2016年在两种不同发展模式下的水安全状态，结果见图3。

图3 2010年～2016年德阳市水安全得分趋势示意

由图3可知，在以水资源为制约的经济社会发展模式下，德阳市的水安全状态基本处于一般安全的范围内，且整体上表现为安全性逐步增强的趋势。而在水资源保证下以生态环境为支撑的社会经济发展模式下，德阳市的水安全出现了较大的波动，呈现不稳定的增长趋势，且整体水平低于经济社会发展模式。

3 结论与分析

3.1 社会经济发展为主的模式

地区的社会经济发展受到当地水资源的制约，同时也影响着当地的水安全状况。从上述对德阳市水安全评价的结果可以看出，在强调社会经济发展的模式下，德阳市在“十二五”发展期间，落实建设了一批重大的水利项目，对水资源的调控能力显著增强；同时全面落实最严格的水资源管理制度，将“三条红线”控制目标具体分解到各级行政区，制定完善了地区的水资源管理与保护方案，使得德阳市工农业用水效率都得到稳步提高，水资源的利用价值逐步提升。经过“十二五”水利建设的发展，在此发展模式下，2010年～2016德阳市水资源的安全度由4.07提高到了5.24。即使受到天然来水量以及生态环境方面的影响，水安全度具有一定波动；但总体上依然为稳定的增强趋势，趋势线的相关系数达到0.83。

3.2 生态环境支撑下的发展模式

相对于水资源与经济社会发展的制约关系，该发展模式更加强调社会发展必须是在生态环境保障下的可持续发展；因此，生态环境子系统对水安全影响的权重也更大。从德阳市水安全的评价结果可以看出，该模式下水安全度明显小于M1模式下的结果，且出现了较大程度的波动。2013年安全值最高为5.13，处于一般安全水平以上；但是2014年因为生态用水受到挤压，用水比例的急剧下降，导致水安全度仅为3.95，下降到不太安全的水平。在“十二五”期间，德阳市在水生态文明的建设上取得了一定的成就，水质管理上基本达到要求，未出现较为严重的水污染事件；但生态用水未能得到持续性的保证。这导致了在生态环境支撑下的发展模式中，2010年～2016德阳市的水安全度呈现出很不稳定的增强趋势，趋势线的相关系数仅为0.35。

4 结 语

对水安全的影响涉及到诸多方面，但总体上表现为水资源系统，经济社会系统以及生态环境系统三者之间的相互作用；处理好三者之间的关系也是我国水利工作的重点。经济社会发展以及水资源保证下以生态环境为支撑的社会经济发展两种模式下，德阳市的水安全呈现出不同的状态。“十二五”发展期间，德阳市的水利对水资源的调控能力不断加强，农业及万元GDP的用水效率不断提升；为此在经济社会发展模式下的水安全度稳步提高。而无稳定持续的生态用水也使得以生态环境为支撑的发展模式下，水安全出现了不稳定的波动状态；为此，地方在实现以生态环境为支撑的可持续发展模型下，需要在水资源管理利用中确保区域的生态用水不受侵占，以保障生态环境良性的发展。