辽河干流水资源承载力状况分析

李 硕

(辽宁省葫芦岛市平山供水有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000)

辽河流域自上而下贯穿辽宁地区多座城市，所赋存的巨大水资源发挥着供水、灌溉、航运、发电等多种功能，不仅是区域经济发展和工农业生产的重要水源，还是生态安全屏障区和水资源能源基地、战略水源基地，支撑着沿河经济的可持续发展[1-2]。近年来，受高强度水资源开发、水系统循环稳定性下降、人口压力持续增大等多种自然和人为因素影响，辽河流域局部地区面临着水生态受损、水污染加剧、水资源短缺、水灾害频发等问题，流域资源环境承载力与社会经济发展失衡或失调，并逐渐成为流域可持续发展的瓶颈[3-5]。因此，为维持水生态系统良性循环的态势，必须加强流域开发利用管控和水资源承载力的刚性约束，科学评价干流承载力状况的意义重大。

1 研究区概况

1.1 基本情况

辽河流域主要由辽河和大辽河两大水系组成，横跨河北、辽宁、吉林、内蒙古四省(自治区)，全长1345km，总面积21.9万km2，属于典型的树枝状水系。其中，辽河水系又细分成东、西辽河和辽河干流，东、西辽河两源于福德店汇流成干流，主要有清河、柴河、亮子河、柳河、养息牧河、招苏台河、秀水河、拉马河、九股河等20多条支流，干流全长573km，面积69193km2，占全流域的30%；大辽河水系包括太子河、浑河以及两者汇流后的三岔河至营口入河段(河长95km)。流域内森林覆盖面积2.56万km2，其中耕地1.97万km2，占比为29.31%，天然林占流域的2/3，山地丘陵分列东、西两侧，地貌类型以冲击平原为主，地势总体上自北向南倾斜。

辽河流域属温带半干旱半湿润季风气候，降水量分布与径流分布特征保持一致。从时空分布，干流径流自南向西北呈递减趋势，年内径流分配极不均衡，丰水期(6-9月份)径流量占全年的60%以上，此期间洪涝灾害频发；平水期(3、4、5、10月份)特别是3、4月份河道流量补给来源于以地下水补给工程及冬季融冰融雪为主，受灌溉期水库供水影响5月份河道流量明显增大；枯水期(11月-次年2月)河道流量较小。为保证农业灌溉用水，辽河干流已建柴河、清河等水库供水工程，年均径流量10147亿m3，总库容15153亿m3，控制流域3731km2。

1.2 流域分区

本研究将辽河干流划分成柳河口以上和以下两个分区，行政分区划分成阜新、抚顺、沈阳、铁岭、新民、辽中、鞍山、锦州、盘锦等9个市县区。选取基准年、近期和远期水平年为2020年、2025年、2030年。

2 研究方法

辽河流域水资源状况受用水效率偏低、产业结构不合理、枯季河道断流和水资源短缺等影响较大，其水资源承载力主要取决于科技发展水平、产业结构、生态环境、河流开发利用程度和水资源条件等因素[6-8]。因此，为反映问题的本质应合理选择评价指标，从诸多复杂因素中筛选出典型因子，并应用科学的方法全面评价流域水资源承载力水平。

2.1 划分等级

考虑各项指标的具体内涵和属性特征，将流域水资源承载力划分成V1、V2、V3三个等级，其中V1级代表流域进一步开发利用潜力较小，水资源状况较差，承载力已接近极限，继续开发将出现水源短缺；V3代表流域的发展规模和利用程度较小，水资源状况良好，承载力仍然较大；V2代表流域开发利用程度处于V1、V3等级之间，流域开发利用具有一定的规模，但仍有一定的潜力。

为更加直观地反映不同等级的流域水资源状况，以评分α1=0.05、α2=0.5、α3=0.95代表V1、V2、V3三个等级，从而定量反映出水资源承载力受各等级因素的影响程度，数值越高则流域开发利用潜力越大。因此，结合各等级隶属度bj和以上α1i的取值可以综合评定水资源承载力状况。

2.2 评价流程

步骤1：采用m项评价指标建立因素集U={u1，u2，…，um}，依据等级划分标准构造评价集V={v1,v2,…,vn}，即各评价等级所对应的模糊子集数，文中n取3。

步骤2：构造隶属函数和模糊关系矩阵。采用模糊数学法建立隶属函数，利用模数函数计算参评指标的隶属度，通过单因素评价生成隶属模糊关系矩阵R，即：

(1)

以线性变化特征构造相对隶属度函数，不同指标隶属于各等级的函数表达式如下：

(2)

(3)

(4)

式中：k1和k3代表V2、V3级和V1、V2的临界值，k2代表V2等级范围的中点值，以k2=(k1+k3)/2确定。

步骤3：计算加权模糊向量。根据水资源承载力受各参评因子的影响程度，在综合评价中要构造模糊权向量A：A={a1，a2，…，am}，实际上ai即为参评因子ui隶属于模糊子集的程度[7]。

步骤4：复合模糊计算。通过模糊变换进行综合评价，转换方程如下：

B=A·R=(a1，a2，…，am)·=(b1，b2，…，bn)

(5)

步骤5：模糊综合评价。依据水资源承载力综合评判矩阵B确定最终的评价值θ，θ值越大则承载潜力越大[8]，具体表达式为：

(6)

评价值θ处于0-0.33、0.33-0.66、0.66-1.0范围时，依次代表辽河干流水资源承载状况良好、适中和基本饱和状态。

3 水资源承载力评价

3.1 评价指标选取

文章遵循代表性、系统性、科学性和可获取性等原则，结合流域具体情况和水资源利用特点选择10项典型指标[9-10]。这些指标反映了流域生态环境、社会经济和供需水情况，对流域水资源影响较大，各指标等级划分见表1。

表1 水资源承载力参评指标分级标准

依据我国北方河流和辽河流域相关数据资料合理确定各项指标权重，其中水资源承载力受开发利用程度和人均可利用量影响较大，故a1、a2权重均取0.15；此外，生态用水率对水资源可持续开发利用、人类生存发展以及生态环境的维护也影响较大，故a10权重取0.15；水资源承载力受人口密度、人均粮食占有量和人均增加值的影响角度，故a4、a5、a7权重均取0.05，其他指标a3、a6、a8、a9权重均取0.10，由此构造的权重矩阵A=(0.15，0.15，0.10，0.05，0.05，0.10，0.05，0.10，0.10，0.15)。

3.2 结果与分析

采用上述方法计算辽河干流水资源承载力以及各等级隶属度，见表2所示。然后对分区城市评价结果利用SPSS软件进行主成分分析，主成分Yi及其评价值F见表3。经对比分析，主成分分析法和模糊综合法评价结果基本相同。

表2 辽河干流水资源承载力评价结果

表3 水资源承载力主成分分析结果(2020年)

1)对于柳河口以上区间。结合计算结果，该区间面临着突出的水资源供需矛盾，流域水资源进一步开发潜力较小，加之水环境破坏、地下水超采等因素致使水资源承载潜力较低，具体如下：

①柳河口以上区间内铁岭市水资源承载力所占比重最高，评价结果排序为第3，水资源条件较好；深入分析，铁岭市的农业用水量和灌溉定额较高，用水效率较低，为提高该地区灌溉系数和水资源承载力，应结合区域实际情况采取滴灌、喷灌等工程措施，有效控制灌溉定额。②柳河口以上区间内沈阳地区的综合评分值最高，表明该地区的进一步开发利用潜力不大，水资源利用已具有一定规模。③流域内阜新市水资源承载力较高，但其所占比重较小，加之城市化不高、河流水量充沛以及有柳河流经等，所以承载水平较高，水资源开采适用仍具有一定的潜力。④辽河干流中阜新地区所占比例较小，并且多为山区；水资源承载力评价等级处于V2-V3之间，评分值最低，表明水资源状况良好，这与该地区水资源条件好、人口稀少等因素有关[11-13]。

2)对于柳河口以下区间。结合计算结果，该区间水资源面临着严峻的形势，整体水质较上游稍差，具体如下：

①新民市城市化水平相对较低，加之有饶阳河径流和多座小型调节水库，所以水资源状况较好，具有一定开发潜力，但随着经济的发展也应该慎重开采。②辽中地区的水资源承载力评分相对较高，表明该地区开发利用潜力不大，现已具备一定规模；水资源开发利用程度随着老工业基地的振兴也不断增大，未来该地区也会面临着严峻的形势，水资源开发潜力还会减小。③辽河干流主要流经鞍山市台安县，模糊评价结果排序为第2，水资源状况较差；近年来，鞍山市高度重视滴灌、喷灌等农业节水工程建设，不断提高用水效率，水资源承载力在一定程度上有所提升。④模糊综合评分最高的是盘锦市，但承载力水平较低，盘锦市双台子入河口处建有多座大型灌区，灌溉需水量巨大，未来将面临着严峻的水资源形势；虽然大伙房水库二期工程在一定程度上缓解了灌溉用水矛盾，但还要充分利用现有水源，加快产业结构的优化调整。⑤流域内的锦州市水资源状况也不容乐观，评分处于V2-V3之间，水资源短缺正面临着严峻挑战。

总体而言，2020年辽河干流处于可承载水平，随着耕地面积的不断扩大、人口的持续增长和经济的快速发展，辽河干流区水资源承载力将不断下降，难以支撑经济社会发展需求。同时，通过规划节水措施、加大节水力度等逐步转变用水浪费的现状，间接提升流域承载力。

4 结 论

文章结合流域具体情况和水资源利用特点选择能够反映了流域生态环境、社会经济、供需水情况的10项指标，并利用模糊综合法科学评价了流域水资源承载状况。结果显示，该模型具有原理清晰、计算简单、精准可靠等优点，评价结果能够反映出不同水平年流域水资源实际状况，并且与主成分法凭借结果保持一致。辽河干流各分区规划年的水资源承载力有所提升，大部分地区承载状况呈好转趋势。