乌裕尔河流域水资源开发利用潜力研究

袁立月，袁方正，张淼鑫，刘 博，王洪波

(1.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080;3.齐齐哈尔市弘禹水利工程建设监理有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

1 研究区概况

乌裕尔河是嫩江左岸一条较大的无尾河流，全河道长576 km，流域总面积19 370 km2，流域成长条形，地理位置为东经124°53′～127°23′，北纬46°26′～48°25′之间，地势自东北倾向西南，是小兴安岭山脉与松嫩平原过渡地带。乌裕尔河发源于小兴安岭西麓，北源称鸡爪河，南源称轱辘滚河，南北二源于北安市境内汇合后称乌裕尔河。河流由东向西流经北安市、克东县、克山县、依安县、富裕县、齐齐哈尔市郊区、林甸、杜尔伯特蒙古族自治县等市县。乌裕尔河流域属中温带大陆性季风气候。春季干旱少雨多风沙，夏季受副热带海洋气团影响，温热多雨，昼夜温差大，冬季受蒙古和西伯利亚寒流影响，寒冷干燥。乌裕尔河流域径流主要由降雨和融雪形成，根据依安大桥站实测径流资料，多年平均径流量8.56亿m3，径流的年内丰枯变化较大，主要是受降雨量大小所支配，夏季水量较丰，冬季径流较小。径流的年内分配极不均匀，大部分径流量集中在夏秋汛期，其中7—9月份径流量约占全年的67%。

乌裕尔河流域是由黑河市、齐齐哈尔市、大庆市部分地区所构成。流域内分析范围内多年平均水资源总量为17.76亿m3，其中地表水资源量为8.56亿m3，地下水资源量11.83亿m3，地下水与地表水资源不重复计算量为2.63亿m3。乌裕尔河流域2020年总人口220.35万人，其中黑河市、齐齐哈尔市和大庆市分别为33.08万人、160.99万人 和26.28万人。

2 评价方法

2.1 理论基础

根据水资开发利用的相关评价指标，建立数学模糊模型[1]。采用模糊综合评价方法对乌裕尔河流域水资源的开发利用潜力进行分析。根据给定的2个有限论域，选择所确定的n个评价因子按照相关顺序排列，得到评价因素集U={U1,U2,…,Un}，按照相关等级评价指标确定m个等级，建立评价集V={V1,V2,…,Vm}。因此模糊综合评判为下列模糊评判，见式(1)：

B=A·R

(1)

式中：A为U上的模糊子集；B为V上的评价子集，可以分别用式(2)、式(3)表示：

A={a1,a2,…,ai，…,an},0≤ai≤1

(2)

B={b1,b2,…,bj,…,bm},0≤bj≤1

(3)

式中：ai为单因素在所有评定因素中所占的比例；bj为等级Vj对综合评定所得模糊子集B的隶属度，代表综合评判的结果。评判矩阵R可以用公式(4)表示：

(4)

2.2 评判指标的分级和评分

根据影响因素，将评价指标分为V1、V2、V3三个等级，其中V1表示在这阶段内水资源开发利用程度相对较低，开发潜力很大。V2表示处于中间阶段，该阶段已经具有一定的开发程度，但仍然具有开发潜力。V3表示该地区水资源开发达到相对饱和状态，应及时进行相关调整并提高水资源利用效率。为了定量反映该地区水资源承载力情况，对三个等级V1、V2、V3进行1分制打分，即β1=0.95，β2=0.5，β3=0.05。将水资源开发的评判因素转化为定量评价水资源情况的数值，按公式(5)进行综合评分，数值越大，表示其开发利用潜力越大[2]。

(5)

3 水资源开发利用潜力分析

3.1 评价指标选取

对于水资源承载力的相关评价指标有很多，对于其评价指标的选取, 不仅要覆盖范围 广, 且需要有代表性[3]。根据乌裕尔河流域水资源特征及其影响水资源开发利用潜力的因素，参考相邻区域的水资源开发利用评价指标体系见表1[4-5]，在此基础上确定以下6个评价指标：①水资源利用率U1；②灌溉率U2；③人均供水量U3；④渠系水利用系数U4；⑤供水量模数U5；⑥开发利用程度U6，各因素数值见表2。

表1 各评价因素分级指标

表2 乌裕尔河流域水资源开发利用评价因素指标数值集

3.2 权重确定

本次研究采用专家打分和层次分析法相结合，得到各评价因素构造重要性矩阵见表3，通过计算所得到的权重结果为A=(0.34，0.04，0.04，0.18，0.05，0.35)，经过一致性检验，CR=CI/RI=0.034≤0.1,表明结果可用。

表3 构造的判断矩阵

3.3 评价结果分析

根据隶属度计算公式得到乌裕尔河流域各区域的评价矩阵R如下

利用评价模型B=A×R，对乌裕尔河流域进行水资源开发利用综合评判，并进行归一化处理，得到：

B黑河=(0.6590，0.3410，0)

B齐齐哈尔=(0.4656，0.4509，0.8347)

B大庆=(0.4266，0.5423，0.0311)

乌裕尔河流域水资源利用程度评价见表4。

表4 乌裕尔河流域水资源利用程度评价

根据数据在评价模型的基础上，对寒区黑土地典型区乌裕尔河流域三个市部分的水资源开发利用潜力按公式(5)进行了综合评判见表。由表可知，按照最大隶属度原则，乌裕尔河流域三个市水资源开发利用潜力有所不同，相对于其他两个区域，齐齐哈尔市水资源开发利用程度相对较大，综合评分值最小为0.6678，进一步的开发利用潜力最小。大庆市水资源开发利用程度居中，综合评分值为0.6764，与齐齐哈尔市开发潜力相似。黑河市水资源开发利用程度相对较小，综合评分为0.7965，开发潜力最大。

4 结 论

(1)本文以寒区黑土地典型区乌裕尔河流域为研究对象，建立了水资源承载力综合评价体系。根据实际情况和参照相似区域，确定了影响水资源利用开发的6个指标对其进行评价，评价结果对寒区黑土的水资源可持续开发利用具有一定的参考价值。

(2)基于模糊综合评价和层次分析法相结合，对乌裕尔河流域三个市水资源开发利用潜力进行了分析评价。结果表明，黑河市水资源开发利用潜力最大，大庆市与齐齐哈尔市水资源开发利用潜力较为相似，有进一步的开发潜力。