资源型缺水地区水资源可持续利用评价

1、第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛资源型缺水地区水资源可持续利用评价以德州市为例作者：XXXX、XXXXX 指导教师：XXXX、XXXXXX摘 要：随着经济社会的快速发展，水资源已成为事关全局的重要资源要素之一。从当前和21世纪的发展来看，我国的洪涝灾害、干旱缺水和水环境恶化三大问题，特别是水资源短缺问题，将成为我国经济和社会可持续发展的重要制约因素。目前我国正全面推进小康社会建设，实现水资源的的可持续利用，发挥水资源的经济、社会、生态效益，以水资源的可持续利用支持经济社会的可持续发展，是当前和今后长时期的重要战略任务。德州市是一个资源型缺水地区，水资源供需失衡、人均水资源占有量少且

2、时空分布不均、地下水过度开采、水资源利用率低和水质污染严重等问题严重制约了德州市的可持续发展。因此，探讨现阶段德州市水资源利用中存在的主要问题，寻找水资源有效利用的对策，对于构建德州市水资源发展战略体系以及促进可持续发展具有重要的意义。结合德州市环境与社会经济现状及发展规划，以可持续发展思想为指导，构建了适合德州市的水资源可持续利用评价指标体系，并采用定性和定量相结合的方法，进行了德州市水资源可持续利用评价。结果表明：德州市水资源可持续利用总体水平为0.5434，处于中等偏下水平，水资源可持续利用能力较低。通过对德州市水资源可持续利用水平的解析，结合水资源开发利用现状，发现现阶段德州市水资源可

3、持续利用中存在的问题，提出实现德州市水资源可持续利用对策。关键词：水资源；可持续利用；评价；德州市1 引言在人口、资源、环境三大全球性问题中，水资源短缺问题最为严重。水资源危机日益成为全球性问题，水资源能否可持续利用是关系到人类生存和永续发展的关键。德州市是一个资源型缺水地区，人均水资源占有量为211m3，仅为全省平均水平的61%，全国平均水平的10%。全市每年至少缺水15亿立方米，平均每年因旱受灾的耕地面积达200多万亩。近几年来，德州市城区及引黄灌区下游地区浅层地下水逐年超采，漏斗区范围以每年30多km3的速度向周边延伸，现已达到1902km2，占全市面积的18.43%，地下水文地质环境逐

4、渐恶化。漏斗中心井水位埋深达18m，造成区域淡水资源不足，浅层水源面临枯竭，人畜吃水严重困难。水资源问题已成为制约德州市可持续发展、全面实现小康社会的主要瓶颈。因此，如何实现德州市水资源的可持续利用已经成为一项具有战略意义的工作。针对德州市水资源可持续利用实际，本文提出了应用层次分析法对德州市水资源可持续利用进行评价。在对水资源现状、水资源利用效率、水资源利用压力和水资源可持续利用能力等一系列指标值分析计算的基础上，得出德州市水资源可持续利用总体水平，以此来衡量德州市水资源可持续利用水平的高低，以期为制定德州市水资源可持续利用方案和社会经济发展规划提供决策依据。2 水资源可持续利用理论与方法2

5、.1 水资源可持续利用的定义与内涵水作为人类必需而不可替代的一种资源，是实现经济社会可持续发展的重要物质基础。当今世界，水资源不足和水污染构成的水资源危机已成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题。水资源危机的缓解依赖于水资源的可持续利用和保护，而水资源的可持续利用和保护只有通过建立科学的管理系统才能实现。因此，有必要从可持续发展的的角度来重新认识水资源，评价水资源利用状况，真正实现对水资源的可持续利用。水资源可持续利用的定义是：在维持水的持续性和生态系统整体性的条件下，支持人口、资源、环境与经济协调发展和满足代内和代际人用水需要的全部过程。该定义涵盖了以下五方面内容：第一，水资源

6、可持续利用的模式和途径与传统水资源开发利用只重视经济基础价值，不顾生态环境价值和社会价值的方式有本质的区别。第二，水资源可持续利用是在人口、资源、环境和经济协调发展下进行的。第三，水资源可持续利用目标明确：要满足世世代代人类用水需求。体现了代内与代际之间的平等，人类共享环境、资源和经济、社会效益的公平原则。第四，水资源可持续利用的实施应遵循整体、协调、优化与循环的思路，应用系统方法和高新技术，实现公平和高效发展。第五，节约用水是水资源可持续利用的长久之策，也是解决我国缺水、贫水的当务之急。合理用水、节约用水和污水资源化是水资源可持续利用的必走之路和最佳选择。2.2 水资源可持续利用的特征水资源

7、可持续利用既要保证水资源开发利用的连续性和持久性，又要使水资源的开发利用尽量满足社会与经济不断发展的需求，两者必须密切配合。作为可持续发展中的一个重要子系统，水资源可持续利用具有如下特点。（1）区域性。区域是一个多层次的空间系统，既有等级差异，如国家级、省级、地市级和县级；又有类型之别，如城市和乡村、平原和山地等。对于不同的区域来说，它们的水资源禀赋、水资源利用效率、水资源可持续利用压力和水资源可持续利用能力差别很大。每个区域必须探索适合自己特点的水资源可持续利用模式，不可能千篇一律的套用同一种模式。（2）复杂性。水资源可持续利用是一个复杂的巨系统，涉及要素很多，不能只就水论水，而要从整体观念

8、出发，各方协作，才能实现。能够使人类长期利用的水是在自然界通过全球水文循环可恢复、更新的淡水，水资源可持续开发利用应限制在其恢复、更新能力以内。因此，水资源可持续利用不仅仅涉及当地的水资源禀赋条件，而且还涉及到当地水资源利用方式、废污水处理能力、城市化水平、经济条件等多方面内容，只有将各方面内容都协调好，才有可能实现水资源可持续利用。（3）相对性。水资源可持续利用是相对于传统发展模式而提出了一种新的发展模式，因此，是否可持续只是相对而言，量化后的结果只是一种相对值，而不是绝对值。目前不同评价水资源可持续利用水平高低的指标体系，只能表示各水资源可持续利用水平的相对高低，而不是水资源可持续利用的绝

9、对水平。2.3 水资源可持续利用评价的步骤（1）确定具体的评价区域，在此基础上选取评价区域的地表水、地下水及可调配的水资源作为评价目标。（2）根据可持续利用原则和该区域自身的特点来建立合适的评价区域、评价目标的指标体系。（3）确定评价指标的诊断标准。由于水资源可持续利用系统涉及自然、经济、社会等各个方面，在确定指标时要定量描述和定性描述并举。（4）根据指标体系的具体情况以及指标的诊断标准来确定评价方法，做到定性与定量相结合。（5）根据评价所得的结果，指出现实的水资源利用状况与持续利用方向之间存在的差距，从而提出水资源可持续利用的措施。3 德州市社会经济与自然环境概况3.1 社会经济概况德州市辖

10、一区二市八县（132个乡镇），幅员总面积10356平方公里，2009年末全市户籍总人口569.0万人，其中农业人口402.41万人，非农业人口166.59万人，人口密度549.4人/km2。2009年全市实现地区生产总值（GDP）1545.35亿元，按可比价格计算，比上年增长12.7%，其中第一产业增加值191.0亿元，增长3.9%；第二产业增加值844.09亿元，增长12.3%；第三产业增加值510.26亿元，增长16.6%。三次产业比例由上年的12.1：55.9：32.0调整为12.4：54.6：33.0，产业结构进一步优化。2009年全市规模以上工业企业（年主营业务收入1000万元及以上

11、的工业法人企业）3138家，实现主营业收入3275.56亿元，实现增加值835.98亿元，增长15.2%。全市境内财政总收入106.7亿元，实现地方财政收入55.3亿元。全市城市居民人均可支配收入15706.13元，人均消费性支出10164.29元；全市农民人均纯收入达到6138.41元，人均生活消费支出2602.24元，城镇居民生活水平进一步提高，农民生活进一步改善。2009年末德州市全市实有耕地面积53.83万公顷，其中有机耕地面积50.11万公顷，农业有效灌溉面积43.49万公顷，旱涝保收面积29.95万公顷。年末粮食总产量达到572.48万吨，比上年增长23.5%，粮食总产创历史最高水

12、平。3.2 自然环境概况德州市处于渤海凹陷的偏南部，东经115°4524117°3602、北纬36°242538°0041之间，南靠黄河与济南市隔河相望，西北部及北部以卫运河、漳卫新河为界与河北省毗邻，东部、南部分别与滨州、济南、聊城三市接壤，总面积10356 km2。德州市属黄河下游冲积平原，基地为奥陶纪灰岩。浅层沉积物均系长期以来黄河冲积物质，地形变化受黄河近期迁移泛滥的直接作用，形成了垄岗地形、缓平坡地、洼地及河槽洼地四种地貌形态。全市地势较为平坦,地形自西南向东北倾斜，坡降约1/7000，地面标高介于1824 m之间。3.2.1 气象条件德州市位

13、于鲁北中部，属暖温带季风性气候，具有温度适宜、光照充足，四季分明的特点。春季大风多，气温回升快，蒸发量大，降水量少，常有春旱和干热风发生。夏季受季风环流影响，气候特征显著，表现在降水集中，雨水明显。多年平均气温12.9，多年平均干燥度1.29，太阳辐射125.5 kcal/cm2，日照2 660.6 h，湿度65.38%，无霜期204 d，平均风速3.3 m/s。全市多年（19562004）平均降水量为554.8mm，年际变率大，枯水年份地表水资源量仅占多年平均值的13.2%，丰水年份地表水资源量是枯水年份的十倍多以上。全市多年平均蒸发量为1086mm，大约为年降水量的2倍。3.2.2 河流水

14、系德州市跨省大河主要有黄河、卫运河、漳卫新河；跨市的骨干排涝河道有：徒骇河、德惠新河和马颊河。以上河流除黄河外，均系海河流域，境内河流均属雨水补给型河流。除上述跨省、市大河外，市内流域面积大于1 000 km2的较大支流有两条：一是赵牛新河，位于禹城南部、齐河西部，属徒骇河水系；二是六五河，位于陈公堤两侧，属卫运河水系。流域面积介于3001 000 km2的支流有12条，介于100300 km2的支流有53条，介于30100km2的有114条。全市基本形成了干支相通、流域相连、能排能调的河流水利系统。3.3 德州市可利用水资源现状德州市当地水资源总量为11.53×108m3（不包括引

15、黄水量），平均年降水量为554.8mm（折合成水量为57.5×108m3），平均地下水资源量为108564×104m3（不计跨流域引水形成的地下水资源量），地下水资源量模数为10.48×104m3/km2，人均水资源占有量为211m3，仅占全省平均水平的61%，全国水平的10%。年供水总量18.94亿m3(不包括深层地下水)，其中农业15.03亿m3，工业1.81亿m3，林牧渔业2.0亿m3，城镇生活1054.2万m3。年末德州市实有耕地面积929.0万亩，有效灌溉面积为657.6万亩，其中节水灌溉面积114万亩，节水灌溉率为17.3%，灌溉水生产效率仅为1.2k

16、g/m3，灌溉水利用系数仅为0.51，均低于山东省的平均水平。德州市可利用的水源主要包括地表水资源、地下水资源和客水（主要为黄河水）资源。多年（1956-2000年）平均地表径流量4.294×108m3，多年(1956-2000年)地下水资源量平均为1.254×109m3，可利用地下水资源量为1.007×109m3。多年平均水资源总量为1.358×109m3，50%年份的水资源总量是1.206×109m3，75%年份的水资源总量是7.56×108m3，95%年份的水资源总量是3.38×108m3。作为最主要的客水资源，现在，

17、黄河水已成为工农业和居民用水的主要水源。1980-2000年总引黄河水3.828×1010m3，年均引水1.822×109m3，大大缓解了水资源紧张的问题。3.4 德州市在开发利用水资源方面存在的问题近年来，德州主要依靠调引黄河水和开采地下水支撑全市各类用水需求。随着经济社会的迅猛快速发展，水资源需求总量不断增加，而水资源的无序开发利用、水污染等，造成德州水资源供需矛盾突出，水已成为全市可持续发展的“瓶颈”。主要表现在五个方面：（1）地表水资源短缺。德州属暖温带季风性气候，境内河流水系均属季节性排洪河流，非降水丰年不产生径流。水资源年际年内变化大、受污染威胁严重、调蓄能力薄

18、弱，导致水源性、水质性、工程性缺水问题并存，无法满足德州的用水需求，每年水资源缺口约15亿立方米。（2）客水资源不稳定。随着小浪底水库加大调节力度、黄河部门控制引黄指标、沿黄各地用水量持续增加，作为德州主要可供水源的黄河水量呈现减少趋势，可用不可靠的局面仍将长期存在。（3）污水处理率低，水质不断恶化。工农业、生活排污等直接或间接地影响生态环境的恶化，加速水资源质量变劣，可利用水量锐减。据20002008年水质资料综合分析，在评价的10个河段中，除有时部分河干外，各站均为超类水。此外，根据对34个浅层地下水水质监测井的监测结果，浅层地下水污染物总体含量呈上升趋势，污染区主要分布在工业和生活集中取

19、水点。（4）地下水资源超采严重。自备水源比重过大，无序开采地下水资源，已出现了夏津武城、宁津两个浅层地下水超采区，面积达1724平方公里，地下水深层降落漏斗面积达3000多平方公里，个别地方已经出现地面沉降等地质灾害。（5）水资源利用效率不高。节水意识淡薄、用水效率低下、中高耗水产业比重偏大等因素，也制约着水资源的可持续利用。德州市农业、工业和建筑、第三产业及其他的用水结构为83.5:10.1:6.4，而三产增加值结构为17.2:52.5:30.3。农业生产用水占总用水量的83.5%，创造出的产值仅为总产值的17.2%，农业用水效益尤其低下。4 德州市水资源可持续利用评价体系4.1 德州市水资

20、源可持续利用评价指标体系建立的原则基于有关研究的思想，结合德州市的具体实际情况，本论文在选择指标，构建指标体系时，遵循了以下原则：(1)全面性和概括性相结合的原则区域水资源可持续利用系统是一个复杂的复合系统，这就要求建立的指标体系具有足够的涵盖面，全面反映区域水资源可持续利用内涵。同时，为了避免信息重叠性，从而影响评价结果的精度，尽可能地选择综合性强、覆盖面广的指标。(2)系统性和层次性相结合的原则建立的指标体系要系统性强，层次分明，将复杂的问题用简洁、精练的、层次感较强的指标体系表达出来，避免建立的指标体系过于庞大复杂。(3)科学性和可操作性相结合的原则指标体系的建立以可持续发展理论为基础，

21、在选择指标时，不能脱离指标相关资料信息条件的实际，即考虑指标数据收集的方便性。(4)定性与定量相结合的原则建立的区域水资源可持续利用指标要尽可能量化，而对于难以量化的，采用定性指标描述。(5)可比性与灵活性相结合的原则指标的选取和计算尽可能采用国内外通行口径，同时指标的选取要考虑到区域自然条件，社会经济发展水平的差异，应具备灵活性。4.2 德州市水资源可持续利用评价指标体系的建立建立区域水资源可持续利用指标体系的目的在于评价区域水资源复合系统的可持续状况。通过分析被描述对象的系统结构和要素，建立综合目标与系统结构及要素间的对应关系。根据水资源可持续利用的量度需求，可将水资源可持续利用指标体系分

22、为几个层次。指标体系最上为目标层，反映研究对象的总体目标，以下依次为二级子系统、三级子系统、四级子系统层，分别表示分目标、具体指标和计算方法。一般的指标体系分24层，实际运用中超过4层的很少，也不便于使用。基于以上分析，结合影响区域水资源可持续利用的关键因素，本文设计了如下水资源可持续利用评估指标体系(图1)。图1 水资源可持续利用评价层次结构4.2 指标权重的确定指标体系是对水资源可持续利用系统的合理抽象和模拟，但各个指标对系统的贡献是不同的，这可以用一组归一化的权重W1，W2，Wn来刻划。传统的权重分配常用Delphi专家咨询法和层次分析法(AHP)。其中Delphi法不仅对咨询专家要求较

23、高，而且多轮咨询的工作量较大。AHP采用九标度刻划比较判断结果，使人感到操作困难，而且计算复杂，还需要进行一致性检验。在保证科学性的前提下，为了计算的简便，本文采用改进的三标度层次分析法，其计算步骤如式(1)(3)。构造主观比较矩阵：， （1）其中n为指标个数，元素Cij表示对于Sk而言，Ci相对于Cj的相对重要性，其含义为：建立感觉判断矩阵： （2）其中，,计算客观判断矩阵： （3）其中，。P为使用者定义的标度扩展值范围，如p=3或7，本文取3。对矩阵R的任意一列进行归一化处理就可以得到权重向量W1，W2，WnT。对于准则层的4项指标，经过咨询和计算，得出它们的权重，其中水资源现状为0.27

24、65，水资源利用效率为0.1917，水资源可持续利用压力为0.1329，水资源可持续利用能力为0.3988。然后对指标体系中下一层次的各项指标进行打分计算，得出指标体系中最后一层各指标因素的权重(表2)。表1 层次分析法矩阵构造表SkC1C2CnC1c11c12c1nCncn1cn2cnn4.3 水资源可持续利用评价计算方法水资源可持续利用评价计算方法是在无量纲化基础上进行的加权综合评价，所以评价模型分为无量纲化计算和综合评价两部分。4.3.1 无量纲化计算模型在水资源可持续利用评价过程中，各个指标的量纲不同，其评价标准也不同。要对其进行综合评价，就要将水资源可持续利用各评价指标进行无量纲化处

25、理。无量纲化计算是为了消除不同量纲之间的差别，使不同的指标之间可以相互叠加。这里采用极值无量钢化处理方法，公式如下：4.3.2 综合评价模型综合评价模型一般采用加权求和的计算方法。设第i个指标的无量纲化指标值为，对应的权重为，则综合评价计算模型为： （4）该模型强调指标的群体性，即个别指标的落后对系统整体功能不会造成太大影响。表2 水资源可持续利用具体评价指标权重目标层准则层权重指标层指标权重水资源可持续利用总体水平水资源现状（S)0.2765人均水资源（S1)0.3126水资源密度（S2)0.1857地表水资源比重（S3)0.1072降水量（S4)0.2444径流量（S5)0.1411水资源

26、利用效率（E）0.1917GDP用水量（E1）0.2693工业增加值用水量（E2）0.1393工业用水比例（E3）0.0898农田综合灌溉定额（E4）0.2161农业用水比重（E5）0.1118城镇居民人均生活用水量（E6）0.1736水资源可持续利用压力（P）0.1329水资源利用程度（P1）0.3216GDP废水排放量（P2）0.2444工业废水排放量（P3）0.1072人均废水排放量（P4）0.1857城市污水排放量（P5）0.1411水资源可持续利用能力（C）0.3988工业废水排放达标率（C1）0.3216工业用水重复率（C2）0.1411城镇生活污水处理率（C3）0.2444污水处

27、理投资比重（C4）0.1072节水灌溉比重（C5）0.18574.4 水资源可持续利用评价等级标准的确定水资源开发利用是一个不断发展的动态过程，不同地区社会经济发展水平不同，所处的开发利用程度也不同。参照其他可持续发展评价模式，将区域水资源可持续利用度划分为五个等级：。水资源可持续利用评价的综合指数值越小，其可持续利用的能力越差，否则相反。具体分级见表3。（1） 一级综合水资源可持续利用好（基本未开发），综合指数为0.81.0。（2） 二级综合水资源可持续利用较好（可持续），综合指数为0.60.8。（3） 三级综合水资源可持续利用一般（基本可持续），综合指数为0.40.6。（4） 四级综合水资

28、源可持续利用较差（维持可持续利用困难），综合指数为0.20.4。（5） 五级综合水资源不能可持续利用（不能持续利用），综合指数为00.2。表3 区域水资源可持续利用综合指数标准分级表分级级别五级四级三级二级一级综合指数00.20.20.40.40.60.60.80.81.0所处状态不能可持续利用可持续利用困难基本可持续可持续基本未开发5 德州市水资源可持续利用水平解析为了充分验证评价方法的实用价值以及展示德州市水资源可持续利用水平，进而更加合理的开发、调配水资源，做到水资源的可持续利用。本研究以2009年的统计资料（表4）对德州市进行水资源可持续利用评价，即根据划分好的评价等级，利用相对隶属度

29、公式，将指标数据值转化为评价矩阵。通过已确定的权重和评价矩阵，以加权平均为运算模型，分别进行一、二级模糊综合评判(式4)，得到评价结果如表5所示。表4 2010年德州市水资源可持续利用指标数据值指标层计算方法单位指标数据值人均水资源（S1)水资源总量/总人口m3/人211水资源密度（S2)水资源总量/国土面积m3/亩143地表水资源比重（S3)地表水资源量/水资源总量%25.2降水量（S4)统计口径mm554.8径流量（S5)统计口径108m38.95GDP用水量（E1）用水总量/GDPm3/(x104元)157工业增加值用水量（E2）工业用水量/工业增加值m3/(x104元)%49工业用水比

30、例（E3）工业用水量/用水总量%7.51农田综合灌溉定额（E4）农业灌溉用水/农业灌溉面积m3/亩217农业用水比重（E5）农业生活用水量/农村人口%88.08城镇居民人均生活用水量（E6）城市生活用水/城市人口L/人·d108水资源利用程度（P1）用水量/水资源量%167GDP废水排放量（P2）废水排放总量/GDPm3/元1.7工业废水排放量（P3）工业废水排放量/工业产值m3/(x104元)2.3人均废水排放量（P4）废水排放总量/总人口L/人·d140城市污水排放量（P5）城市污水排放量/城市人口104m3/人6.02工业废水排放达标率（C1）工业废水排放达标量/总排

31、放量%95工业用水重复率（C2）重复用水/工业用水%70城镇生活污水处理率（C3）城镇污水处理量/城镇生活污水%98污水处理投资比重（C4）污水处理投资/污染治理投资%85节水灌溉比重（C5）节水灌溉面积/总灌溉面积%15各指标数据均由作者根据2010年德州市统计年鉴整理表5 德州市水资源可持续利用指标表类型省市水资源现状水资源利用效率水资源利用压力水资源可持续利用能力总体水平中等德州0.11810.46150.34340.59890.5434德州市位于黄河下游，山东省西北部，地处鲁西北干旱缺水地区，干旱少雨，蒸发强烈，产水模数很低，水资源紧缺是当地的现实条件。目前德州市水资源开发利用程度已经

32、很高，在现状工程条件下，全市平水年(P=50%)的可供水量约为19.25亿m3，其中地表水为1.94亿m3，引黄水为10.5亿m3，地下水为6.62亿m3，再生水为0.19亿m3。经对全市水资源供需平衡分析，近期2010年平水年(P=50%)缺水8.03亿m3，缺水率29%；远期2020年平水年(P=50%)缺水8.76亿m3，缺水率31%，超过了水资源承载能力。水资源缺口主要依靠引黄水量解决，多年平均引水量16亿m3左右。近几年，为保证黄河不断流，全市引黄水量呈现下滑趋势。自2000年以来,全市平均引黄水量为13亿m3，比多年平均值减少3亿m3。由于黄河水可用不可靠，许多企业过量超采地下水，

33、地下水位急剧下降,造成地下漏斗、地面沉陷等一系列地质环境问题。加之近年来，全市工业废水和生活污水排放量逐年增加，主要河道的大部分河段水质劣于类，不仅污染了地表水,也在一定程度上污染了地下水,进一步加剧了水资源短缺的状况。因此，对德州市水资源可持续利用状况的评价结果为“中等偏下”是合适的。6 水资源可持续利用对策通过以上分析，我们知道：德州市属于资源型缺水地区，水资源可持续利用能力较低。一是德州市地处鲁西北，属于干旱缺水地区，区域水资源禀赋条件较差，水资源过度开发利用现象严重；二是区域人口密度大，人均水资源占有量很少，且节水意识不强，水资源浪费严重；三是产业结构配置不合理，结构性矛盾突出，高耗水企业过多过强；四是盲目追求经济的高增长，不能正确处理好经济用水和生态用水的关系，导致生态用水率过低，水体污染严重，环境恶化加剧。要解决缺水问题，实现水资源可持续利用，必须从以下几个方面采取措施：（1）强化节水意识，建立节水型社会：德州市人均水资源占有量仅为211m3，仅为全省平均水平的61%，全国平均水平的10%，水资源紧缺的状况决定了工、农业和生活的发展必须走节水之路。通过水资