丹东市水资源承载力评价研究_史红波.pdf

建设与管理水利技术监督2023 年第 2 期DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.022丹东市水资源承载力评价研究史红波(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)摘要:为正确评价丹东市水资源承载力水平，以便制定与水资源相适应的区域发展战略，首先，基于 DPSIM 模型建立了丹东市水资源承载力评价指标体系;其次，采用熵值法与 TOPSIS 法相结合的组合赋权法对丹东市水资源承载力进行评价;最后，对评价结果进行分析并给出针对性建议。结果表明该水资源承载力评价体系具有适用性;研究结果对丹东市提高水资源承载力具有一定借鉴意义。关键词:水资源;承载力评价;丹东市中图分类号:TV213文献标识码:B文章编号:1008-1305(2023)02-0087-05收稿日期:2022-10-18作者简介:史红波(1980 年)，男，高级工程师。E-mail:水资源不仅仅是自然环境不可缺少的一部分，也是人类生存和社会发展的重要物质基础。近年来，我国很多城市普遍出现了水资源短缺的问题，主要是经济发展与城市人口激增造成的，因此，提高水资源利用效率以及优化水资源配置就越来越得到人们的关注。水资源承载力作为地区可持续发展的重要前提条件，对该地区未来的发展和规划有着非常重要的意义和影响。丹东市位于我国辽宁省东南部，水资源丰富。其中，丹东降水量较多，是东北地区降水量最多的区域，占据辽宁降水量的 70%。截至 2021 年，丹东市人均水资源占有量为 3846m3/人，按照国际相关标准，属于正常状态。尽管丹东市水资源充足，但是近年来丹东市由于水资源的不合理利用，导致水资源利用效率较低，水污染事件频发。在这种背景下，丹东市水资源能否实现社会、经济以及环境的协调共同发展成为了当前急需研究的课题。基于此背景，本文采用组合赋权评价法，结合丹东市水资源现状，对其进行科学的评价，以期为丹东市水资源可持续利用提供一定的借鉴。1构建丹东市水资源承载力指标体系1.1指标选取原则(1)代表性，指的是在选择水资源承载力指标的时候，要结合所需评价地区的地域特点，区域不同，评价指标要素不同。因此，所选择的评价指标要符合该地区评价系统的内涵。(2)合理性，指的是水资源承载力评价指标的选择要符合 2 个方面:能够有效结合所评价区域水资源现状;选取的评价指标分层要符合实际情况和有关标准。(3)可量化性，目前我国水资源承载力评价逐渐由定性研究转变为定性研究和定量研究相结合的思路，选择的指标应能够量化。(4)动态性，每个地区的水资源承载力在不同的时期也是不同的。因此，对某个地区水资源承载力的研究也应当是动态变化的，选择的评价指标也要符合这个特点。1.2指标评价体系的构建首先，以 DPSIM 理论为基础，通过参考相关学者的研究成果，以及国家、行业和地方标准，对水资源承载能力评价指标进行初步识别;其次，根据丹东市水资源特点，对识别的评价指标进行删减和补充，得到丹东市水资源承载力评价体系，见表 1。1.3评价指标分级标准评价指标分级标准所依据数据主要为国家标准，结合对丹东市水资源承载力情况，划分等级，分别分为一级、二级、三级、四级、五级，依次表示严重超载、超载、临界超载、弱可承载以及可承载，分级标准见表 2。782023 年第 2 期水利技术监督建设与管理表 1丹东市水资源承载力评价体系目标层子系统指标丹东市水资源承载力评价指标体系驱动力子系统(D)第三产业占比 X1人口密度 X2GDP 水平 X3压力子系统(P)农业用水量 X4城镇用水量 X5万元 GDP 用水量 X6状态子系统(S)人均水资源量 X7降水总量 X8影响子系统(I)万元产值污水排放量 X9水资源利用率 X10响应子系统()生态用水率 X11污水处理率 X12管理子系统(M)地下水开采情况 X13森林覆盖面积 X14公共投资比 X15表 2丹东市水资源承载力评价指标分级情况指标 性质一级二级三级四级五级X1+4040 5050 6060 7070X2500400 499300 399200 299199X3+70007000 1200011999 1800017999 2400024000X4600500 599400 499300 399299X5450350 450250 349150 249149X69070 9050 6930 4929X7+300300 500501 10001001 15001500X8+300300 500501 800801 10001000X92520 2515 2010 1510X107060 7050 6040 5040X11+1012 1415 1618 2020X12+8080 8585 9090 9595X131.31.3 1.11.1 0.90.9 0.70.7X14+1515 2020 2525 3030X15+55 1515 2525 35352基于集对分析法的水资源承载力评价2.1熵值法熵值法是常见的决策方法之一，目前在水利综合评价方面得到了较为广泛的应用，与其他综合评价方法相比，熵值法克服了主观因素过重的缺点，将其应用到水资源承载力的评价工作中，数据更加贴近实际。2.1.1构造水资源承载力评价矩阵=r11r12r1jr21r22r2jri1ri2rij(1)2.1.2对数据进行标准化处理处理公式为:vij=rij min(rij)max(rij)min(rij)(2)2.1.3确定熵值Pij=vijmj=1vy(3)Ei=1lnmmj=1pijlnp()ij(4)2.1.4计算熵值i=1 Eim mj=1Ei(5)2.2TOPSIS 法TOPSIS 法是一种常见的多目标决策分析方法，本文采用熵值法与 TOPSIS 法相结合，采用熵值法确定指标权重并进行归一化处理，避免对数据的再次处理，具体步骤如下所示。2.2.1构建评价矩阵Y=y11y12y1jy21y22y2jyi1yi2yij=v111v121v1j1v211v222v2j2vi1ivi2iviji(6)2.2.2确定正负理想解Y+=maxyij|i=1，2m=y+1，y+2y+m(7)Y=minyij|i=1，2m=y1，y2ym(8)2.2.3计算距离D+j=mi=1(yij y+i)2(9)Dj=mi=1(yij yi)2(10)88建设与管理水利技术监督2023 年第 2 期2.2.4计算贴近度Cj=DjD+j+Dj(11)式中，Cj评价数据与方案的贴近度，Cj越大，则第 j 年水资源承载力越接近最优水平。2.3障碍度计算对影响丹东市水资源承载力的障碍因子进行分析，并制定可行的水资源可持续利用技术方案，及时解决存在的问题。引入因素贡献度 Fi、指标偏离度 Ij、障碍度 Pi，其计算公式为:Pi=Fi IjFi Ij(12)2.4水资源承载力临界值将承载力评价指标体系与丹东市水资源承载力特点相结合，得出丹东市水资源承载力贴近度临界值，具体见表 3。表 3贴近度临界值贴近度等级状态贴近值0.0080一级严重超载0.0081贴近值0.061二级超载0.0062贴近值0.285三级临界值0.286贴近值0.780四级弱承载0.781贴近值1五级可承载3水资源承载力评价结果与分析3.1指标权重的确定根据熵值法求的评价指标权重，具体结果见表 4。根据表 4 可以得出各评价指标的权重系数，其中，权重最大的评价指标体系子系统为管理子系统，权重系数为 20.35%;其后依次为响应、压力、驱动、状态以及影响子系统。3.2丹东市水资源承载力贴近度计算结果及分析丹东市水资源承载力驱动力子系统贴近度计算结果及分析，如图 1 所示。由图 1 可以看出，丹东市水资源承载力驱动力子系统呈现出了逐渐上升的趋势。丹东市主要产业为装备制造和矿产开发，是典型的工业城市，第三产业发展较慢，目前正处于经济发展转型的关键期，并且由于第二产业基础也相对薄弱，也在一定程度上影响了丹东市水资源承载力评价指标体系中驱动力子系统的呈现。表 4丹东市水资源承载力指标权重目标层权重准则层权重指标层权重丹东市水资源承载力评价指标体系100D17.65P17.69S15.07I10.0319.21M20.35X16.75X23.78X37.12X44.97X56.49X66.23X76.33X88.714X94.79X105.25X117.55X1211.66X136.55X146.61X157.09图 1驱动力子系统贴近度计算丹东市水资源承载力压力子系统贴近度计算结果及分析，如图 2 所示。图 2压力子系统贴近度计算由图 2 可知，丹东市水资源承载力指标评价体系中的压力子系统虽然存在波动，但是总体呈现上升趋势。近年来，丹东市的每万元 GDP 的用水量逐渐减少，导致评价指标体系中压力子系统发生变化的主要原因是城镇人均用水量和农业用水量发生变化。同时，丹东市可利用的水资源较多，其自然降水量也比较大，并且与近年来丹东市大力推行节水措施也有密切关系。丹东市水资源承载力状态子系统贴近度计算结982023 年第 2 期水利技术监督建设与管理果及分析，如图 3 所示。图 3状态子系统贴近度计算由图 3 可知，丹东市水资源承载力评价指标体系中的状态子系统达到峰值是在 2016 年，虽然丹东市境内存在鸭绿江的支流，但是该年丹东市的自然降水量较少。因此，造成丹东市水资源承载力评价指标体系中的状态子系统达到峰值。丹东市水资源承载力影响子系统贴近度计算结果及分析，如图 4 所示。图 4影响子系统贴近度计算由图 4 可知，丹东市水资源承载力评价指标体系中的影响子系统变化主要分为 2 个阶段:第一阶段为 20112015 年，整体处于相对比较低的水平;第二阶段为 20162019 年，产生了较大的波动。丹东市的工业产值的增长水平远远大于废水的排放量增长水平，并且随着经济发展和政府的重视，可以看出万元产值污水排放量在不断的降低。丹东市水资源承载力响应子系统贴近度计算结果及分析，如图 5 所示。图 5响应子系统贴近度计算由图 5 可知，丹东市的水资源承载力评价指标中的响应子系统也明显分为 2 个阶段:第一阶段为20112016 年，在这个时间段内，响应子系统处于较低水平;第二阶段为 20162019 年，响应子系统在该段时间内上升迅速。其主要原因是丹东市高度重视污水的排放问题，并采取了有效措施，如扩容污水处理厂等。丹东市水资源承载力管理子系统贴近度计算结果及分析，如图 6 所示。图 6管理子系统贴近度计算由图 6 可知，丹东市水资源承载力评价指标体系中管理子系统呈现逐年上升趋势，并且在 2018年，管理子系统指标达到峰值，在 2019 年稍微下降。在丹东市政府的积极推进下，丹东市的森林面积不断增加，地下水开发逐渐降低。值得注意的是2019 年丹东市水资源承载力评价指标中的管理子系统下降主要是政府对公共管理的投资有所降低造成的。3.3丹东市水资源承载力总体水平情况丹东市水资源承载力贴近度计算结果及分析，如图 7 所示。图 7丹东市水资源承载力贴近度计算由图 7 可知，丹东市水资源较为丰富，处于可承载状态。在 20112012 年处于临界超载状态，总体来看，丹东市水资源承载力水平呈现逐年上升的趋势。丹东市为了达到城市的可持续发展和社会、经济与环境的协调发展，缓解经济发展与水资源供需之间存在的矛盾，采取了诸多措施，如扩容污水处理厂，提高污水处理效率，提高废水重复利用率以及水资源配置效率等，取得了良好的成绩。3.4指标因子障碍度分析对丹东市水资源承载力障碍因子进行计算，按照评价指标障碍度数据大小进行排序，本次只对前3 项进行排序，具体结果见表 5。尽管近年来丹东市水资源承载力障碍因子在不断的变化，但是可以看出，未来影响丹东市水资源承载力水平的主要障碍因子为人口的密度、城镇生活用水以及地下水开发。虽然丹东市水资源丰富，但是随着经济发展，水资源并不是无限的。因此，丹东市应当做好节约用水的宣传工作，09建设与管理水利技术监督2023 年第 2 期营造良好的节水氛围。同时，在现有水价的基础上，根据实际情况分析提高水价的可行性，为长期大量用水的企业造成一定的压力;在公共场所推广节水器具，发展节水器具市场，以此达到水资源的充分利用。表 5丹东市水资源承载力指标障碍度年份排序1232011X14X1X130.390.310.282012X14X15X10.390.380.252013X1X13X100.250.230.222014X7X8X100.260.230.222015X10X8X70.280.250.252016X4X11X20.270.260.192017X2X11X40.230.210.152018X4X2X110.310.270.212019X11X4X20.310.270.234结论将 DPSIM 模型引入到丹东市水资源承载力研究工作中，建立了符合丹东市实际情况的水资源承载力评价指标体系;同时，将熵权法与 TOPSIS 法相结合，建立基于组合赋权的丹东市水资源承载力评价方法，极大丰富了水资源承载力评价理论。同时，在对水资源承载力进行评价时，应重点关注所在区域的特点，将政府政策、地理气候等因素充分考虑进去。最后，本文研究存在一些不足之处，如识别的水资源承载力影响因素不全面，还需要进一步完善。在未来的工作和研究中，将重点关注经济发展、水资源优化配置与水资源承载力之间关系的研究。参考文献 1于国宝 基于神经网络算法的水资源生态承载力智能监测方法J 水利技术监督，2022(10):97-100，125 2金菊良，刘东平，周戎星，等 基于投影寻踪权重优化的水资源承载力评价模型J 水资源保护，2021，37(3):1-6 3郑江丽，李兴拼 基于协调性的区域水资源承载力评估模型J 水资源保护，2021，37(5):30-35 4赵东，严家家，陈林林，等 基于物元可拓模型的邳城灌区水环境承载力评价 J 水利技术监督，2021(8):153-156 5李少朋，赵衡，王富强，等 基于 AHP-TOPSIS 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