辽宁省农业水资源安全评价

雷书姗

(昌图县水利事务服务中心，辽宁 昌图 112599)

0 引 言

20世纪90年代基于能源和食品安全理论提出了水资源安全这一新的概念，相关研究主要从自然环境、经济与社会安全的角度分析水资源状态。当前，尚未形成统一、完善的水资源安全定义，依据相关研究成果将水资源安全的内涵概括为：在特定的历史发展阶段和水环境破坏、水质污染、洪水灾害和干旱缺水等对国家或区域利益不产生严重损失的条件上，水资源能够持续维持色会与国民经济发展需要的状态[1]。

关于水资源安全的概念、理论方法和模型探讨等，国内外诸多学者取得了一定的研究成果，如周安康等运用综合评判模型和实测评价指标，宝鸡峡灌区的农业水资源安全及其关键性影响因子进行科学的分析；刘布春等从人为、社会和自然因素3个子系统分析了农业水安全的基本构成要素；王鹏等对灌区农业水资源安全运用模糊综合评判法和AHP法进行科学评价，结合工程实践和文献资料提出了切实可行的建议措施[2-4]。也有学者针对模型评价方法开展了研究，主要侧重于数据统计分析、理论推到与工程实例相结合、定性分析与定量计算等方面。文章结合水资源管理和水安全相关研究成果，将农业水资源安全水平依据生态环境、社会经济、供水、用水与水资源之间的关系进行分析，从而确定水资源安全关键性影响因子，依据评价结果和区域水资源利用实际提出有效的决策建议[5]。

1 研究方法

1.1 水资源安全评价目标

水资源安全是农业灌区用水状况的直接反映和城市水资源管理的核心内容，它体现了区域社会经济发展和群众生活用水的需求水平，可用于描述农业水安全存在的隐患和水资源所处的良好状况，为区域水资源管理规划和水安全科学评价提供一定的数据支撑。

1.2 构建数学模型

1.2.1 指标赋权

1) 指标赋权。AHP层次分析法是一种将定量计算和定性分析相结合的多因素、多层次决策分析法，能够实现复杂系统的量化分析和模型化运算。该方法主要是对梯阶层次体系间的非序列关系按照主观经验和模型理论分析，从而为决策者的有效判断提供科学的依据。其基本流程为：将研究问题按照一定的原则分解为若干个层次，从而构建因素层、准侧层和目标层的梯阶框架模型，通过分析任意2个因素之间的重要性关系，按照标度准则构造的判断矩阵，计算确定各因素的单排序、总排序及其权重的大小，最终优选出最佳的方案。该方法具有误差小、可靠性高等优点，为当前权重计算较为常用的方法之一。

2) 梯阶层次体系。将梯阶框架模型的第1层设定为农业水资源安全评价，评价体系的第2层有水资源、生态绩效、社会经济、供水和用水子系统；结合区域水资源利用实际情况选择典型的评价指标，通过相关性分析构造第3层结构体系。

3) 构造判断矩阵。不同指标对农业水安全评价的贡献率存在差异，判断矩阵的构造考虑选用1-9标度法和专家咨询法确定，即：

式中：aij=vi/vj——为评价因子j因子i的重要程度，且αij应满足的条件有：aij=1/αji(j=1,2,…,n)；αii=1，aii≥0(i=1,2,…,n)。

4) 权重计算。一般情况下，不同指标对水资源安全评价的影响不尽相同，个别指标对评价结果的贡献率较高，而有些指标的贡献率较小，所以有必要对各因素赋予相应的权重反映其对评价结果的贡献率大小。其中，单层次排序计算公式为：

对各评价指标权重值Vi利用上述公式分别计算，从而得到相对于上一层该层次各指标的相对重要度比，由此确定水资源安全各因素单层次排序。

依据单层次排序的计算结果及其权重值，采用下式确定多层次总排序，即：

式中：θi、θij——为k层因素的总排序权值和k-1层第j个因素关于第k层的单排序权值；αj、m——为k-1层中因素j的总排序权值及其所包含的因素个数。

5) 一致性检验。根据1-9标度准则对m个元素的权重进行单排序，从而构造构造相应的权向量，然后利用Matlab相关软件对最大特征根利λmax计算。从数学的角度能够很容易证明矩阵C属于正互反矩阵，通过计算可确定某一正实数λmax。对农业水资源安全评价分析时，按照专家赋分构造的判断矩阵并不完全符合一致性要求，所以需要利用CI指标衡量其一致性程度。一致性指标CI值为0，则水资源安全评判矩阵满足一致性检验；否则，采用指标RI重新检验其一致性，其表达式为：

司马迁对“至圣”孔子之关注，是出于继承孔子“作《春秋》”伟大事业的遗志，也是出于对孔子的情感认同。那么司马迁心中的“至圣”又有着什么样的内涵？他笔下的“至圣”孔子又有怎样的特点？

判断矩阵C符合平均随机一致性检验的标准为CR≤0.10，在该条件下认为各参数权值符合实际情况可用于水资源评价；若不符合上述条件则应重新调整，重复以上计算流步骤直至满足检验要求停止运算。对于不同的阶数矩阵，平均随机一致性RI的判别标准如表1所示。

表1 平均随机一致性RI检验指标值

1.2.2 综合评价模型

水资源安全评价属于多约束、多层次和多因素的综合评价问题，目前较为常用的有神经网络、单因子分析、模糊综合法和层次分析法等。通常情况下，为便于计算分析可按照某种属性将评判因素集划分为多个层级，通过对每一层参数的评价分析最终给出综合评价结果，文章对农业水资源安全评价考虑利用多层次模糊数学法，其表达式为：

式中：Xa、Y为a类系统评价结果值和系统综合评价值；Vj、θi为因素层总排序权重值和单层次排序权值；Pi、Pj为矩阵及其对应指标的评定系数。

考虑区域水资源开发利用情况和农业用水特点，将评价等级划分为非常危险、危险、基本安全、安全和较高安全5个级别，所对应的标准值为<1、1-2、2-3、3-4、>4。根据理想标准等级和评判结果，反映不同评价等级下农业水资源的安全水平。

1.3 评价指标体系及等级划分

文章依据辽宁省农业水资源分布特点和水安全评价方法及其内涵，综合考虑国内外研究成果和相关资料，从生态环境、社会经济、水资源、供水及用水5个方面选择17项典型评价指标，遵循代表性、层次性、科学性、可获取性、区域性、独立性和整体性等原则建立多层次多要素综合评价体系。其中，目标层反映了农业水资源与环境、经济、人口、资源等系统之间的协调关系，系统层体现了研究区各影响因子与子系统之间的复杂关系，因素层主要有安全各评价指标[6]。

根据农业经济发展规划、国际和国家认可的标准、行业规范等确定农业水资源安全等级，将评价等级划分为Ⅰ-Ⅴ级5个标准，各评价指标的等级区间和等级划分参考文献资料，划分标准如表2所示。

表2 水资源承载力评价体系及等级划分

2 农业水资源安全综合评价

2.1 区域概况

辽宁省地处温带大陆性季风气候区，年均气温为8-12.6℃，主要有饶阳河、大凌河、浑河、太子河、大洋河、辽河等支流，降水充沛，水资源丰富。气候特点为：春秋季短、冬长夏暖、平原风大、寒冷期长、雨量集中、雨热同期、四季分明、光照丰富，年降水量600-1100mm之间。由于特殊的地理环境和复杂的水文气象，降水呈明显的区域性与季节性特征，不同时间尺度上的降水量存在较大的差异，每年的7、8、9月份为降雨集中期且多暴雨或强降雨；在空间分布上，中部平原区相对于东部山地丘陵区较少，与渤海相邻的东南部降水量充足，而西北地区风沙干旱严重且降水稀少[7-9]。

2000-2010年统计资料显示，全省年均降水量986.67亿m3，地表水与地下水量分别为238.6、130.2亿m3，由于降水的年际变化和季节性变化使得地表水资源量存在较大的年际变化特征。农业用水占总用水量的49.8%，统计期间农村生活用水基本不变，为95L/d。全省农田灌溉水有效利用系数仍需要进一步提高，当前仍处于0.510的较低水平。

2.2 数据来源

农业水资源安全评价各指标数据来源于2018年辽宁省各地市农业统计年鉴、水资源公报、各地市水资源统计公报及相关资料，部分指标依据农业水资源实际情况和专家意见获取。

2.3 综合评价分析

2.3.1 权重的计算

N=(0.3082,0.2751,0.2145,0.1357,0.0665)；

M1-3=(0.2988,0.2633,0.4379)；

M4-6=(0.2971,0.1638,0.5392)；

M7-9=(0.2205,0.3528,0.1178,0.1769)；

M10-13=(0.3530,0.3530,0.1176,0.1764)；

M14-17=(0.5328,0.1785,0.1785,0.1102)。

2.3.2 结果分析

以基准水平年2018年为例，依据辽宁省农业统计年鉴和水资源相关资料，将该区域农业水资源安全状态选用环境影响程度、农村经济与人口发展、当地农作物面积及类型、水利设施现状和水资源等指标评价。水资源安全评价体系各子系统和综合系统的评价值利用多因子模糊综合评判模型计算，即X1、X2、X3、X4、X5和Y值分别为2.695、2.261、2.218、1.922、3.526。

依据评价等级划分标准确定综合系统的水资源安全处于基本安全水平，社会经济、用水、供水和水资源子系统处于偏低的安全状态，生态环境为影响水资源安全评价结果的重要因素且其评价值最小为1.922。结合区域农业用水状况，引起该区域生态环境评价值较小的原因有面源污染和农业生产活动，且评价结果受灌溉水源水质和河流污染等因素影响显著，在未来的治理过程中应注重对环境的分析。水利工程设施完好率和耕地灌溉率处于2级标准，由此表明供水系统对农业水安全评价的贡献较大。另外，水资源大于供水系统的评价值，说明该区域仍存在进一步的水资源开发空间，要采取有效的工程措施提高水资源利用效率和承载力；用水子系统评价值处于中等的供需平衡水平，但仍存在节水意识薄弱、渠系用水效率低和灌溉措施落后等问题；较其他子系统而言，社会经济系统处于中等的较高状态。综上分析，水资源安全和隐患共存为辽宁省农业水当前的状态，为保证农业用水安全要综合考虑各个方面的额影响采取有效的措施。

3 结 论

将辽宁省农业水资源安全状态利用多因子模糊综合法进行科学评价，水资源安全和隐患共存为该区域农业水当前的状态，水资源整体处于基本安全水平，由于污水处理能力低、节水意识薄弱、再生水利用率低以及耕地灌溉率低等使得水资源可持续发展水平低，这也是引起农业水安全评价较低的关键原因。