广州市水资源可持续利用评价

广州市水资源可持续利用评价刘德地陈晓宏中山大学水资源与环境研究中心广东广州 510275摘要根据可持续发展观念和广州市的实际情况，建立了广州市水资源可持续利用综合评价的指标体系，利用模糊评判对广州市2000年水资源的利用情况进行了评价，结果表明，广州市五个区中的从化市、花都区、增城市水资源都是可持续利用的，而广州市区和番禺区是不可持续利用的，且对过境水依赖程度较高。

这对广州市的水资源可持续利用有着十分重要的指导意义。

关键词水资源，可持续，模糊评价，广州市水是生命之源，人类的生存之本，水资源的可持续开发利用是社会、经济可持续发展的基础，因此只有水资源的可持续性才会有社会、经济的可持续发展。

20世纪60年代以来，对水资源可持续利用的研究虽然在水资源可持续利用的基本涵义、基本原理和基本模式框架上已经取得了一些研究成果，但作为一个新的研究领域，由于问题的复杂性，使得对水资源可持续利用的理论研究和应用研究还远远满足不了发展的需要，尤其是在如何实现水资源可持续利用的定量化而使其结果具有可衡量性和可操作性方面[]1，本文以广州市为例来研究水资源的可持续利用综合评价问题。

1广州市概况广州市地处珠江三角洲的中北部，广东省的中南部，濒临南海，毗邻香港和澳门（见图1），总面积7434.4 km2。

地处南亚热带，属南亚热带的季风海洋气候，降水量十分丰富，多年平均降雨量为1758mm，但年内分布不均，冬春少，夏秋多，汛期4～9月雨量占年总量的80%以上，其中又以5、6两月降水量最为集中。

广州市域范围内的主要水系有流经从化市、花都区和白云区的流溪河，上游来自龙门县、流经增城市的增江以及流经花都区的白坭河等；南部则为珠江三角洲河网区，主要为西、北、东江下游水道和珠江前、后航道汇流交成的河网。

河网区主要水道总长度416km，其中前、后航道纵贯广州市城区；陈村水道、市桥水道、沙湾水道以及上、下横沥等交错使番禺区成为有名基金项目：国家自然科学基金资助项目（50579078）作者简介：刘德地（1980－），男，湖南石门人，博士生，主要从事水文变异和水资源配置方面的研究。

E-mail：dediliu@的水乡。

珠江八大口门中的三个口门：虎门、焦门、洪奇沥在本市境内。

全市集雨面积在2000km2以上的河流有珠江正干流和流溪河及增江；集雨面积在100～1000km2的小河或支流共有19条。

广州市境内多年平均产水量81.29亿m3，过境水1245亿m3，水资源量较为丰富。

图1 广州市行政分区图改革开放以来，广州市国民经济保持持续快速增长的趋势，主要经济指标和增长速度一直处于全国的前列，2005年广州市国内生产总值达5154.23亿元，总人口750.53万人（户籍人口），经济的快速发展和人口的大量增加使得广州市的用水量也大量增加。

因此为了保证社会经济的可持续发展就必须要保障水资源的可持续开发和利用。

2 水资源可持续利用评价指标体系2.1建立评价指标体系的原则水资源的可持续性开发和利用概括为：①适度开发。

对资源利用后不应该破坏资源的固有价值, 并且尽可能地回避开发对资源的不利影响；②不妨碍后人未来的开发并留下各种选择的余地；③不妨碍他区的开发利用及其对水资源的共享利益；④水的利用率和投资效益是策略选择中的主要准则；⑤不能破坏因水而结合的地理系统（包括自然系统和社会人文系统）。

进一步概括地讲，水资源可持续利用至少包括：①水资源开发利用不仅考虑当代，而且应将后代纳入考虑的范畴；②水资源可持续利用应与人口、资源、环境和经济密切协调起来, 相互促进；③水资源可持续利用要实现整体、协调、优化与高效。

水资源可持续利用是一个反映区域水资源状况（包括水质、水量、时空变化等) 、开发利用程度、水资源工程状况、区域社会、经济、环境与水资源协调发展，近期与远期不同水平年对水资源分配竞争,地区之间、城市和农村之间水资源的受益差异等多目标的决策系统。

水资源可持续利用指标体系是衡量水资源高效持续利用水平的各种指标组成的有机整体，它直接影响到资源利用水平评价结果。

因此该指标体系的完备性是正确评价水资源可持续利用程度的前提。

因此在设置水资源可持续利用评价指标体系时必须遵循5个原则：科学性原则、可操作性原则、独立性原则、层次性原则、动态性原则。

2.2 评价指标体系的构建在水资源可持续利用评价指标体系构建过程中，遵循以下几个步骤：①对水资源可持续利用系统进行层次分析；②对描述基本层次状态指标进行“海选”；③通过主观预断、理论分析和频度统计法，初步确立指标体系；④采用独立分析和主成分性分析进行最后一次筛选，最终确立评价指标体系。

本论文采用的指标体系有包括三个部分内容[2]：总量指标，比例指标，强度指标。

总量指标用来表征地区在某时段内水资源、人口、经济总的规模或总的水平，主要包括可利用水资源总量[3]、可供水总量[4]、人口总量、国内生产总值GDP等4个指标；比例指标是用来表征地区水环境和水资源复用率及分质用水的程度，包括2个指标：水质达标率r；水资源重复利用率t。

强度指标是用以表征科学用水水平及水资源利用效率与水资源利用的经济效益，一般包括人均生活用水；第一产业耗水系数[5]；第二产业耗水系数；第三产业耗水系数；环境耗水系数等5个指标。

水资源可持续开发利用综合评价指标体系框图如图2所示。

3 水资源可持续利用综合评判模型目前，国内外学者从各自不同的研究领域出发，提出了众多的多指标综合评价方法，其中最常用的有专家Delphi法、综合评判法、时间序列法、层次分析法和空间分析法等[6][7][8]，而本文利用模糊综合评判法对水资源可持续利用进行综合评价。

3.1 水资源可持续利用模糊综合评判的原理所谓模糊评判，就是根据给出的评价标准和实测值，经过模糊变换对事物作出评价的一种方法。

水资源的可持续利用受到生态环境、经济和社会发展的综合影响，因此评价水资源的可持续利用必须同时考虑多种因素，这种评价难以用一个简单的数值表示，图2 水资源可持续开发利用综合评价指标体系图即常常带有模糊性，这时就可以采用模糊综合评价。

模糊综合评判的理论认为[9]: 设给定两个有限域U = {U 1, U 2, ,U n }， V = {V 1, V 2, , V m } （1）其中U 代表综合评判的因素所组成的集合，V 代表最终评语所组成的集合。

取U 上的模糊子集A 和V 上的模糊子集B ，通过模糊关系矩阵R ，则有如下模糊变换：A R •=B （2）其中A 为U 中诸因素U i 按其对各事物影响的程度，分别赋予不同权重所组成的模糊子集；R 为总的单因子判别矩阵；模糊向量B = (B 1, B 2, , B m ) 即为最终综合评价的结果，由模糊向量A 与模糊关系矩阵R 合成而得。

3.2 水资源可持续利用模糊综合评判的步骤综合考虑区域水资源可持续利用的各方面因素，得出区域水资源可持续利用水平的总体评价结果，其步骤如下：（1）分析影响因素，建立区域水资源可持续利用指标体系及单项指标的评价标准。

（2）计算评价指标权重，建立权重模糊矩阵A 。

用评价因素贡献率的方法确定权重向量。

考虑各种指标对水资源可持续利用的影响，根据其在综合作用中的大小分别给予不同的权重，其计算公式为0/ij ij j W X S = （3）式中X ij 表示第i 个地区第j 个指标的特征值；S j 0表示第j 个指标标准值的平均值；W ij表示第i 个地区第j 个指标的权重值，1 ≤i ≤n , 1 ≤ j ≤m 。

由于利用式（3）计算出的权重值可能出现大于1的情况，而模糊数学运算只允许在[0，1]区间连续取值，故各单项权重值还需作归一化处理。

归一化公式为：011/1mij ij j j m ij j A W W A====∑∑ （4）以此求得各项指标的权重值后，组成一个权重值的模糊矩阵A 。

（3）计算隶属度，建立模糊关系矩阵R 。

进行水资源可持续利用评价的因子有j 个, 评价标准由k 个类别组成, 用S jk 表示第j 个指标的第k 级标准值，用r jk 表示第j 个指标可以被评价为第k 级标准的可能性，即j 对k 的隶属度(k = 1, 2, , p )，构成的水资源可持续利用评价因子与评价标准的模糊关系矩阵R 为111212122212n n j j jn r r r r r r R r r r ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦L L M M M M L （5） . 对于i 地区来说, 其隶属函数的公式如下:(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)0, , << > , , << > ,1, ij ip ij jp ij j k j k ij jk j k ij jk jk j k jk j k ij jk ij j k jk ij j k j k jk X S X S X S S X S S X S S S r S X S X S S X S S S −−−−++++≤≥−>−=−>−或 ,或或11ij j ij j X S X S ⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪≥≤⎩或 （6） 式中r jk 为指标j 的特征值对第k 级标准的隶属度；S j 1，S j (k - 1) , S jk , S j (k + 1) ，S jp 分别代表指标j 的第1级，k - 1 级, k 级, k + 1 级, p 级的标准值。

（4）建立综合评判模型进行模糊子集合成，求得综合评判值B = A × R （7） 最后根据最大隶属度原则, 判定具体区域的水资源可持续利用的等级。

4 广州市水资源的可持续利用综合评价4.1 评价指标的选取及评价等级的确定根据前面2所建立的水资源可持续利用综合评价模型，结合广州市的实际情况，建立适用广州市实际情况的水资源可持续利用指标体系（见图2所示）。

但由于资料条件的限制，指标体系中的一些指标数据难以获得，因此根据作者收集的数据资料，以2000年广州市水资源利用状况为评价对象，选定以下指标进行评价，见表1。

表1 广州市各区的水资源指标特征值总量指标强度指标比例指标行政区人均水资源量x1/m3每hm2水资源量x2/m3人均用水量x3/m3万元GDP用水量x4/m3万元工业用水量x5/m3水资源利用率x6/%市区317 9095 553 147 79 174.41% 从化市5034 13497 638 369 125 12.67% 花都区1959 12257 759 264 123 38.74% 增城市2365 11008 798 380 82 33.76% 番禺区1140 8038 1586 383 133 139.18%目前，国内外对水资源可持续利用评价还没有一个统一的标准体系，本文给定6项指标4级评价标准值（见表2），即为可持续利用好（Ⅰ级），可持续利用一般（Ⅱ级），可持续差（Ⅲ级），不可持续利用（Ⅳ级），它们是在文献[10]的基础上确定的，其标准值是参考了全国平均水平一级国内部分经济、社会、环境协调发展，水资源可持续利用良好地区的水资源利用实际水平的基础上，咨询专家的意见而形成的，评价标准多采用已有的国家标准或国际上通用的衡量标准，尽量与国家、地方现有的相关研究的目标值相一致[11]。