鄂尔多斯市水资源承载力评价*

中国环境学会  2011年 03月31日


   佟长福,李和平
  (水利部 牧区水利科学研究所(内蒙古呼和浩市大学东路128号),内蒙古 呼和浩特市 010020)
   
  摘要:水资源承载力是进行区域生态环境建设和确定社会经济发展方向的基础。本文以鄂尔多斯市水资源承载力为研究对象,选取了水资源开发利用率、地表水控制率、耕地灌溉率、工业用水重复利用率、人均水资源可利用量、人均供水量、排污率、供水模数和生态用水率9个主要因素作为评价因素,应用灰色关联度分析法对鄂尔多斯市及各分区水资源承载力进行了评价,结果表明:目前水资源开发利用已经达到相当规模,在现有经济技术条件下,该地区的水资源承载潜力已相对较小,水资源供需矛盾突出。从社会、经济的进一步发展和保护生态环境出发,通过调整产业结构、节水工程建设、增加非常规水利用量、水权转换工程和节水型社会制度建设等措施提高水资源承载能力,合理利用本地水资源。
  关键词:灰色关联度分析法;鄂尔多斯市;水资源承载力;评价
   
  水资源不仅是一种控制生态环境的基础自然资源和一切社会发展的物质基础,而且是一种战略性的经济资源,是一个国家综合国力的有机组成部分。随着社会经济的发展、人口的增长以及工业化、城市化进程的不断推进,对水的需求量不断增加,水资源供需矛盾日益突出,水资源短缺已逐渐成为制约社会经济可持续发展的“瓶颈”。目前,区域水资源承载力研究是2l世纪区域水资源安全战略研究中的一个基础课题,而且水资源承载力已经是衡量区域可持续发展的一项重要指标。因此,本文运用灰色关联分析方法建立了综合评价模型,评价区域水资源的承载力,对合理充分地利用水资源以及促进区域社会经济的可持续发展具有重要的现实意义[1]。


  1.灰色关联分析模型


  灰色关联评价系统根据所给出的评价标准或比较序列,通过计算参考序列与各评价标准或比较序列的关联度大小,判断该参考序列与哪级比较序列的接近程度来评定该参考序列的等级[2-3]。灰色关联评价系统模型建模包括4个步骤:
  (1)确定参考序列和比较序列
  设实测样本序列数即参考序列有m个,包含n个评价指标,则有第i实测样本序列:
         其中:i=1,2,…,m
  设分级标准作为比较序列,共分s级,因此有第j级标准的比较序列:
         其中:j=1,2,…,s
    (2)数据的无量纲化处理
  由于评价指标体系的量纲、功能各不相同,并且指标间数量差异较大,使得不同指标间在量上不能直接进行比较,因此,需对指标进行无量纲化处理:
    式中:Xmax=max(X实际值);Xmin=min(X实际值)。
  (3)关联系数
  (4)关联度排序
  关联度分析实质上是对序列数据进行空间几何关系比较,通过对两序列关联度大小的比较,得到 ,即可确定该实测评价样本所属的等级。然后根据不同实测评价样本序列与比较序列即标准序列比较所得的 ,即可以对评价样本进行排序,从而实现排序和等级分类。


  2.变异系数法确定权重[4]


  变异系数法是根据指标数据求指标权重,反映了指标数据变化的客观信息,是一种客观的求权重的方法。
  设有M个比较对象,评价指标为N个,每个对象的评价指标值用向量表示,记作Xi=(xi1, xi2, xi3,……xiN,i=1,2,3…...M),从而得到原始的评价矩阵X=(xij)M×N。变异系数法计算指标权重的基本步骤为:
  数据处理采用公式(1),消除量纲的影响。
  3.实例分析


  (1)评价指标的确定
  水资源承载能力受诸多因素影响,涉及到水资源系统的各个方面,根据具体区域的社会发展要求选定特定的指标体系,能反映“社会-经济-自然复合生态系统”的发展规模与质量、水资源供需关系以及开发利用状况。
  通过对区域水资源系统及各影响因素的综合分析,参照全国水资源供需分析中的指标体系,在充分考虑不同区域水资源自然储存量的差异及开发利用方式不同的基础上,选用以下9个指标作为评价因素,各因素的含义如下:① 水资源开发利用率(%):现状水平年75%保证率的供水量与可利用的水资源总量之比;② 灌溉率(%):灌溉面积与耕地面积之比;③ 地表水控制率(%):当地地表水蓄水工程入库水量与当地地表水资源量之比;④ 工业用水重复利用率(%):工业重复利用水量与总用水量之比;⑤ 人均水资源可利用量(m3/人):可供水资源量与总人口数之比;⑥ 人均供水量(m3/人):现状水平年75%保证率的供水量与总人口数之比;⑦ 排污率(%):污水排放量与总用水量之比;⑧ 供水量模数(万m3/km2):供水量与土地面积之比;⑨ 生态用水率(%):生态用水总量与总需水量之比[5-6]。


  (2)评价标准分级
  水资源系统是自然和社会交互的动态系统,其开发利用程度随着社会需求的增长和经济技术水平的提高而不断增加。根据评价因素对区域水资源承载力的影响程度,将9个因素对水资源承载能力影响程度划分为3个等级:①等级I:表示水资源有较大的承载能力,其开发利用程度和发展规模都较小,工农业及整个经济都处于用水低效型,水资源综合管理水平较低,因而区域国民经济发展对水资源的需求是有保障的;②等级Ⅱ:表示水资源开发已具有相当的规模,经济类型由用水低效型逐步向用水高效型过渡,并开始重视水资源综合管理,水资源开发仍具有一定的潜力,区域国民经济发展对水资源供给需求有一定的保证;③等级Ⅲ:表示水资源承载能力处于饱和值,水资源开发利用程度接近极限,工农业及整个经济处于用水高效型,水资源综合管理达到相当水平,水资源的进一步开发潜力较小,水资源将制约国民经济发展,这时应采取相应的对策[7-9]。其综合评价指标的分级值,见表1。
  表1   综合评价指标的分级值

  等级

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X8

X9

<50

<15

<5

<50

>2000

>1500

<10

<10

>4

50~75

15~50

5~25

50~80

1500~2000

950~1500

10~15

10~15

4~2

>75

>50

>25

>80

<1500

<950

>15

>15

<2


  (3)水资源承载力评价
  本文以鄂尔多斯市及其各行政分区为研究对象进行研究,该区域的原始指标数值,见表2。
  表2  鄂尔多斯市各评价因素原始数据表  

  行政分区

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X8

X9

鄂尔多斯市

90.06

2.31

38.55

66.70

1239.44

1116.24

10.40

2.09

2.41

东胜区

242.94

2.87

17.02

61.50

136.26

331.02

28.57

5.21

8.37

达拉特旗

127.59

8.23

7.15

77.50

1139.37

1453.76

6.98

6.18

0.05

准格尔旗

131.08

1.87

19.61

65.90

427.74

560.68

23.50

2.34

0.11

鄂托克前旗

89.62

1.37

35.90

53.20

1866.76

2378.83

3.17

1.42

1.85

鄂托克旗

75.61

0.58

38.53

62.10

1774.33

1341.50

16.88

0.63

3.47

杭锦旗

47.42

2.14

16.96

65.80

4301.45

2039.56

2.32

1.49

2.99

乌审旗

48.55

2.22

53.21

57.50

4354.16

2113.79

5.89

1.83

3.60

伊金霍洛旗

220.55

3.07

68.81

53.90

585.52

1291.36

13.86

3.70

1.26


  根据公式(5)~(7)计算各指标权重,结果如下:
        w=[0.1210, 0.1089,0.0926, 0.0919, 0.1346, 0.0979, 0.1126,0.1174,0.1232]
  根据灰色关联评价模型的计算步骤,首先将鄂尔多斯市各行政分区作为参考序列,评价标准作为比较序列,然后对评价标准和各行政分区的实测资料进行归一化处理。根据上述步骤计算鄂尔多斯市各行政分区关联度结果见表3。
  表3  关联度计算结果表  

  行政分区

鄂尔多斯市

东胜区

达拉特旗

准格尔旗

鄂托克前旗

鄂托克旗

杭锦旗

乌审旗

伊金霍洛旗

关联度

0.6022

0.5672

0.6036

0.5433

0.6261

0.7174

0.8503

0.8931

0.5377

0.7785

0.5722

0.6871

0.5938

0.7037

0.7717

0.6646

0.6593

0.6814

0.5112

0.8014

0.7155

0.7901

0.6329

0.5572

0.3362

0.3956

0.6913

等级

I

I


  (4)评价结果及解决措施
      根据表3可知:鄂尔多斯市各级评价标准的关联度 最大,则鄂尔多斯市水资源开发利用程度属于等级Ⅱ。从整体上看,鄂尔多斯市水资源开发尚处于发展阶段,已经具有一定的规模,仍具有一定的潜力,但局部地区水资源承载力已接近饱和。
      在各行政分区中,东胜区、达拉特旗、准格尔旗和伊金霍洛水资源开发利用程度属于等级Ⅲ,水资源开发已经具有相当规模,地下水超采,水资源承载力相对较小,水资源供需矛盾突出。从社会经济的进一步发展和保护生态环境出发,各行政分区应加强地下水管理,实行取水审批制度,严格控制超采、滥采地下水。严格限制高耗水、高污染项目的审批,加速淘汰浪费水资源、污染水环境的落后生产工艺、技术、设备和产品。全面推行清洁生产,大力发展循环经济。实施水资源替代战略,大力推广城市污水处理回用、疏干水和雨洪水利用技术。此外,达拉特旗和准格尔旗正在实施二期水权转换工程,将农业节约的水量置换给工业,满足工业用水需求。
  鄂托克前旗和鄂托克旗水资源开发利用程度属于等级Ⅱ,水资源开发已经具有一定规模,仍具有一定的潜力。通过节水型社会的建设和水权转换工程的实施,水资源基本满足社会经济发展对水资源的需求。
  杭锦旗和乌审旗属于等级I,水资源开发利用程度较低,具有较大的承载能力。
  鄂尔多斯市水资源空间分布不均,除了采取上述各项措施外,实施跨区域调水工程,解决区域水资源紧缺的问题,提高水资源利用率,保障鄂尔多斯市社会经济的可持续发展。
   
  参考文献:
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  [4]赵宏,马立彦,贾青.基于变异系数法的灰色关联分析模型及其应用[J].黑龙江水利科技,2007,2(35):26-27.
  [5]王群,张和喜.区域水资源承载力的研究进展[J].农业网络信息,2008,7:118-123.
  [6]周波,贾晓红,于凤存.模糊综合评价在区域水资源承载力研究中的应用[J].水利科技与经济,2007,10(13):739-741.
  [7]谷红梅,郭文献,等.区域水资源开发利用程度的灰色关联分析评价[J].人民黄河,2006,1(28):47-48,51.
  [8]徐建新, 郭文献,卢双宝.区域雨水资源开发利用潜力的灰色关联分析与评价[J].灌溉排水学报,2005,3(24):50-52.
  [9]闵庆文,余卫东,张建新.区域水资源承载力的模糊综合评价分析方法及应用[J].水土保持研究,2004,3(11):14-15,129.
   
  
  *基金项目:水利部公益性行业科研专项项目(200801034);国家“十一五”科技支撑项目(2006BAD01B09-5)。
   作者简介:佟长福(1979-),男,博士研究生,主要从事节水灌溉理论与技术的研究。电话:13948519335
   

 
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