太子河流域水资源开发利用潜力评价分析_康雪琼.pdf

文章以太子河流域为例，从灌溉率、水资源利用率、渠系水利用系数、人均水资源量、开发利用程度和供水模数等角度，采用层次分析与模糊数学法定量评价葠窝水库以上段、辽阳区间段和辽阳以下段的水资源开发利用潜力。结果表明：葠窝水库以上、辽阳区间和辽阳以下段综合评价值依次为0.7958、0.7983、0.7187，总体上太子河流域水资源仍具有一定的开发利用潜力。关键词：太子河流域；水资源；开发潜力；计算评价中图分类号：TV213.4文献标识码：B随着当今世界极端气候事件频发、环境恶化、资源短缺和人口压力，资源、发展、人口与环境之间的矛盾日趋突出。如何处理好资源、经济、生态、人口、开发与保护之间的关系，利用有限的资源实现可持续发展等逐渐成为科学研究的热点之一1-2。太子河流域地处辽宁中部的工农业生产基地，经济发展迅速，受降水时空分布不均、用水效率低、地下水超采、水质污染和生态破坏等影响，对水资源开发利用面临着严峻的形势。因此，研究评价水资源开发利用潜力，可为水资源承载力分析、产业结构优化配置和水资源保护规划提供科学依据，对于实现流域内经济与资源环境的协调协调可持续发展具有重要意义。目前，比较常用的水资源评价方法有投影寻踪法、能值分析法、灰色关联度法、系统动力学法、主成分分析法和模糊数学法等3-8。考虑到水资源的自然、经济、生态和社会等属性，不同属性之间具有极为复杂的交互耦合关系，以单一的方法难以反映流域水资源的全面性和客观性。所以，文章利用层次分析与模糊数学相结合的方法，定量评价太子河流域典型区段的水资源开发利用潜力。1 流域概况太子河流域地处 E122 26 124 53、N40 29 41 39，全长 413km，总面积 13883km2。太子河发源于红石砬子，呈东西走向，流经抚顺、本溪、辽阳、沈阳、鞍山、丹东等地后于海城市三岔河与浑河汇流成大辽河，主要支流包括海城河、南沙河、北沙河、运粮河、汤河、兰河和细河。太子河流域属温带季风气候，干湿分明、四季寒暖，温度变化较大，年均相对湿度 70%，年均气温 59，蒸发量自西北向东南递增，多年平均值 11001900mm。流域年均降水量 700900mm，上游离黄海较近，降水量较高 900mm，年内降水量分配不均衡，其中70%80%发生在 69 月。流域内地势东高西低，太子河葠窝水库以上山岭连绵，地势陡峭，植被较好，该部分占全流域面积的 60%；葠窝水库至辽阳区间为丘陵地带，地势较缓，植被较差，土壤侵蚀较严重，该部分占全流域面积的4%；辽阳以下属平原区，坡度缓，断面浅，河道弯曲，泄洪能力差，每逢雨季常因内涝成灾。太子河流域包含丹东、抚顺、沈阳的部分地区以及本溪、辽阳、鞍山的大部分地区。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.038 207 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）2 研究方法2.1 确定指标水资源开发利用潜力评价涉及因素多、覆盖范围广，应遵循科学性、代表性、系统性和可获取性等原则合理选择相应的指标。文章结合太子河流域水资源特征，参考水资源承载力相关研究成果9-10，最终选择 6 个典型指标，其中葠窝水库以上段、辽阳区间段和辽阳以下段各指标数据，如表 1 所示。表 1 参评指标初始数据参评指标葠窝水库以上段辽阳区间段辽阳以下段水资源利用率 X1/%12.541.836.2灌溉率 X2/%56.242.032.6人均水资源量 X3/m3人-1148.1285.7410.3渠系水利用系数 X40.580.620.68供水模数 X5/104m3km-21.753.422.46开发利用程度 X6/%25.1759.3241.472.2 计算方法依据模糊数学理论，对于给定的有限论域按照一定的顺序排列所确定的 n 个参评指标，从而构造因素集 X=X1，X2，Xn，然后结合流域实际情况将计算结果划分成 m 个等级，并构造评价集V=V1，V2，Vm。因此，可以利用下式确定模糊评判结果，即：RWB=（1）式中：W、B 为因素集 X 和评价集 V 上的模糊子集，其中 W=1，2，i，n，0 i 1，ai为所有参评指标中各单因子的比例，B=b1，b2，bj，bm，0 bj 1，bj为等级模糊子集 B 隶属于等级 Vj的程度，即评价结果；R 为评价矩阵，数学表达式如下：（2）2.3 等级划分将各指标实测数据划分成 V1、V2、V3三个等级（见表 2），其中 V1级代表水资源开发潜力很大，开发利用程度较低；V2级代表水资源具有一定开发潜力，但开发利用程度较高；V3级代表水资源利用达到极限状态，必须提高水资源利用效率并做相应的调整。表 2 等级划分标准参评指标V3级V2级V1级水资源利用率 X1/%755075 50灌溉率 X2/%501550 15人均水资源量 X3/m3人-1 100100150 150渠系水利用系数 X4 0.750.550.75 0.55供水模数 X5/104m3km-2 151015 10开发利用程度 X6/%703070 30为了定量描述流域水资源开发利用潜力，按1 分制对 V1、V2、V3级进行赋分，其中 1=0.95、2=0.50、3=0.05，对各参评指标数据按不同等级划分，利用下式计算综合评分 T，T 值越大则水资源开发利用潜力就越大。=3131jjjjjbbT （3）3 结果分析3.1 指标权重首先，邀请领域内专家按照19标度准则(表3)两两比较各参评指标的相对重要度，设参评指标 Xi相对于 Xj的重要性标度为 aij，则构造的判断矩阵A 如下：（4）表 3 19 标度准则标度值 aij评语含义1相同重要因素 Xi与 Xj重要程度相同3稍微重要因素 Xi重要程度略高于 Xj5明显重要因素 Xi明显重要于 Xj7强烈重要因素 Xi强烈重要于 Xj9极端重要因素 Xi极端重要于 Xj2、4、6、8相邻标度中间值以上相邻判断的中值倒数反比较分析因素 Xi与 Xj相比取 aij、Xj与 Xi取 1/aij然后按照层次分析法计算流程确定最大特征根，判断矩阵 A 的行乘积 Hi及 n 次方根iW计算公式如下：（5）niiHW=（6）208 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）将判断矩阵 A 的 n 次方根iW进行归一化处理，并建立特征向量 W，W 所对应的各分量就是参评指标的权重 i，即：=miiiiWWW1 （7）为保证指标权重的科学合理性，必须进一步计算判断矩阵的最大特征根 max和一致偏离程度，相关公式为：（8）（9）CR=CI/RI （10）式中：RI 为同阶矩阵；CR 为判断矩阵 A 的随机一致性比率。不同阶数矩阵的 RI 值，如表 4 所示。若 CR0.10 则判定符合一致性检验要求，由此计算的权重科学合理，否则应调整判断矩阵再次检验直至符合要求。表 4 离散一致性指标值RI阶数 m12345678910RI 值0.00.00.580.901.121.241.321.411.451.49邀请领域内专家按照 19 标度准则两两比较各参评指标的相对重要度，并构造的判断矩阵 A，如表 5 所示。表 5 判断矩阵AX1X2X3X4X5X6X1165231X21/611/21/511/4X31/5211/51/31/6X41/255151/3X51/3130.211/5X6146351经计算指标权重为W=（0.35，0.05，0.05，0.16，0.05，0.34），经计算检验 CR=CI/RI=0.028，满足CR0.10 的一致性检验要求。3.2 水资源开发利用潜力根据所有参评指标数值（表 1）隶属于 V1、V2、V3等级的程度构造太子河流域各段的评价矩阵R，具体如下：采用模糊数学公式RAB=综合评价太子河流域水资源开发利用潜力，经归一化处理则有 B 葠窝水库以上段=（0.4076，0.2124，0）、B 辽阳区间段=（0.4177，0.1823，0.012）、B 辽阳以下段=（0.3262，0.2605，0.0288）。表 6 太子河流域水资源开发利用潜力综合评价值地区V1V2V3综合评分值葠窝水库以上段0.40760.212400.7958 辽阳区间段0.41770.18230.0120.7983 辽阳以下段0.32620.26050.02880.7174 依据以上计算结果，利用公式（3）综合评价太子河流域水资源开发利用潜力，如表 6 所示。结果表明，太子河流域葠窝水库以上段、辽阳区间段、辽阳以下段水资源开发利用潜力相差不大，各段综合评价值依次为 0.7958、0.7983、0.7187，葠窝水库以上段和辽阳区间段评分值较高，开发利用潜力相对较大。为了更加直观地揭示太子河流域水资源开发利用状况及其空间分布规律，将各段开发利用潜力综合评价值利用 ArcGIS 软件进行可视化分析。结果发现，太子河流域辽阳以下段的开发利用潜力相对较低，这可能与该地区经济社会发展相对较快、209 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）人口密度较大和降水量较少等因素有关，从而加速了水资源的开发利用，这也说明区域经济发展状况与流域水资源开发密切相关。总体而言，该流域水资源整体具有一定开发潜力，但开发利用程度较高，评价结果与太子河流域水资源管理实际情况相符，可为提升流域水系统可持续利用潜力和水生态保护提供一定参考。为进一步增强流域水资源开发潜力，应加强生态环保和节水宣传，促进资源型、生态型、效益型水利发展，加快构筑节约保护、开发利用和优化配置一体的综合体系，逐步实现流域水资源系统的协调发展；另外，要严格控制排污量，加强废水回用和节约用水，加大水利投资建设，逐步缓解当前所面临着用水短缺问题11-12。4 结 论流域水资源开发利用潜力评价是一个涉及经济、技术、资源、环境等诸多因素的系统性问题，必须合理选择参评指标。文章结合流域水资源特征和实际情况，遵循数据可获取性、代表性和科学性等原则选择 6 个指标，并利用层次分析与模糊数学法综合评价流域水资源开发利用潜力，主要结论如下：1）太子河流域葠窝水库以上段、辽阳区间段、辽阳以下段水资源开发利用潜力相差不大，该流域整体具有一定开发潜力，但开发利用程度较高，应加强管理实现可持续利用，该评价结果与太子河流域水资源管理实际情况相符。2）为进一步增强流域水资源开发潜力，提出加强生态环保和节水宣传，促进资源型、生态型、效益型水利发展，加快构筑节约保护、开发利用和优化配置一体的综合体系等对策。参考文献：1 赵春红，黄跃飞，韩京成，等疏勒河流域灌区水资源开发利用潜力研究 J水文，2016，36(05)：29-32，912 王建华生态大保护背景下长江流域水资源综合管理思考 J人民长江，2019，50(10)：1-63 杨广，何新林，李俊峰，等投影寻踪技术在水资源可持续利用评价中的应用研究J 中国农村水利水电，2010(11)：1-34 邓锦山，向晓宇，丁鹏凯，等基于能值分析的绵阳市城市生态经济系统健康评价 J湖北农业科学，2020，59(03)：158-164，1695 吴先明，蔡海滨，邓鹏基于灰色关联度的改进TOPSIS 模型在水质评价中的应用 J三峡大学学报：自然科学版，2018，40(02)：24-286 陈媛媛，朱记伟，周蓓，等基于系统动力学的西安市复合生态系统情景分析 J水资源与水工程学报，2018，29(06)：31-407 肖杰，郑国璋，郭鹏军，等基于主成分分析的关中天水经济区水资源承载力评价 J中国农业资源与区划，2018，39(07)：159-1678 王旋旋，陈亚宁，李稚，等基于模糊综合评价模型的中亚水资源开发潜力评估 J干旱区地理，2020，43(01)：126-1349 卞锦宇，宋轩，耿雷华，等太湖流域水资源承载力特征分析及评价研究 J节水灌溉，2020(01)：73-78，83.10 张有贤，李二强，罗东霞，等基于 AHP 熵权法的兰州市水环境安全模糊综合评价J 安全与环境学报，2020，20(02)：709-71811 李冰瑶，陈星，周志才，等缺水地区水资源可持续利用评价与对策探讨 J水资源与水工程学报，2017，28(06)：104-10812 郭超.太子河水质时间及空间变化趋势分析 J.黑龙江水利科技，2021,49(04)：4-7，109.往无法按规划实施河道，河道的生态治理着眼于现状整治。在现状基础上加强水安全、提升水动力、美化水景观，以提升改善为重点。4）对新建区的河道，应尽可能按规划要求，以河道生态性、亲水性为重点，在规划陆域控制线内进行水系的全面建设。参考文献:1 上海市水务规划设计研究院.长兴岛水利专项规划 R.上海：上海市水务规划设计研究院，2009.2 左倬，朱雪诞，胡伟,等.上海城市生态河道符合度评价 J.生态学杂志，2012，31(09):2437-2442.（上接第 188 页）