2.2　水资源承载力评价体系

水资源评价内容一般包括水资源数量评价、水资源质量评价和水资源利用评价及综合评价。水资源评价工作要求在客观、科学、系统和实用的基础上,遵循地表水与地下水统一评价、水量水质统一评价、水资源利用和保护统一评价等原则。

2.2.1　量化指标体系的概念、结构及构建原则

2.2.1.1　量化指标体系的概念及结构

社会经济与自然环境相互作用,它们各自的状况对另一方具有重大的影响。这就需要建立一套综合反映社会经济活动和自然状况的指标体系。指标体系,也称评价体系,是指为完成一定研究项目的而由若干相互联系的指标组成的指标群。指标体系(Indication System,IS)的建立是进行预测或评价研究的前提和基础,它是将抽象的研究对象按照其本质属性和特征的某一方面的标识分解成为具有行为化、可操作化的结构,并对指标体系中每一构成元素(即指标)赋予相应权重的过程。指标体系的建立不仅要明确指标体系有哪些指标构成,更应明确指标之间的相互联系,即指标结构。指标体系可以看成是一个信息体系,该信息系统的构造主要包括系统元素的配置和系统结构的安排。系统的元素即指标,结构既指元素之间的相互关系。若用S表示指标体系,则指标体系是一个有序的二元组:S=(I,R)。其中I表示指标元素的集合,R表示指标元素之间的关系。

指标体系的基本结构可以是多指标集合、树型结构、丛型结构和矩阵结构形式。本次研究将采用树型结构,如图2-1所示,在其指标体系S=(I,R)中,I={I 1,I 2,…,In}对应树的节点集合,R是节点(指标元素)的无序偶对的多重集,既图中边的集合。R满足下列条件:图中任意两个不同的结点之间有唯一一条初等通路连接。

2.2.1.2　指标体系的量化原则

在构建水资源支撑社会可持续发展及水资源承载力评价指标体系时,应遵循以下原则。

1.体现可持续发展的内涵,突出水资源支撑社会可持续发展的目标

从可持续发展的概念可以看出,可持续发展的内涵十分丰富,涉及社会、经济、资源、人口、环境、科技、教育等各方面,但其实质是不但要处理好社会、经济、环境及水资源系统本身发展空间目标的实现,又要体现社会,经济生态环境系统与水资源各子系统协调发展以及各分区水资源实用及发展的公平性,对其评价几乎涉及社会生活多方面。因此,指标体系必须以一定的统计核算体系为计算,但又不能局限于统计指标本身,应有综合指标来体现水资源支撑社会可持续发展的内涵和目标。

(1)可持续发展指标体系的制定,首先需要对被评价对象进行系统分析和辨识,进而确定被评价对象需要解决的关键问题。事实上,指标体系中的指标所要判断或度量的问题正是被评价对象的主要方面,指标体系通过其总体效应来刻画被评价对象可持续发展的总体状况。

(2)可持续发展指标体系可以使决策者关注与可持续发展对象相关的关键问题和优先发展领域,同时也使决策者掌握这些问题的状态和进展情况。

(3)可持续发展指标体系可以引导政策制定者和决策者在制定各项政策和决策时,能够以可持续发展为目标或按可持续发展的原则办事,使各项政策相互协调,保证不偏离可持续发展的轨道。

(4)可持续发展指标体系可以简化和改进社会各界对可持续发展的了解,促进社会各界对国家可持续发展的相关计划和行动的共同理解,并采取比较一致的积极态度和行动。

(5)可持续发展指标体系可以反映可持续发展的发展情况和相关政策的实施效果,使人们可以随时掌握可持续发展综合国力的发展进程。这些信息的反馈使政策制定者和决策者及时地评估政策的正确性和有效性,进而对政策加以改进或调整。

(6)可持续发展指标体系是决策者和管理者的调控工具或预警手段之一。通过指标体系序列,决策者和管理者可以预测和掌握国家可持续发展的发展态势和未来走向,有针对性地进行政策调控或系统结构的调整。

2.体现维持生态环境良性发展的原则

生态环境建设的目标和动力源于经济建设和社会发展,认真考虑生态建设和环境保护,维持良好的生态环境并逐步改善,是社会经济可持续发展的基础,是人类生存发展的基本保障。保护生态环境、合理利用资源是可持续发展的基础,生态环境是融物质与精神文明于一体的特殊生产力,所以才常说:人类保护生态环境就是保护生产力,改善生态环境就是发展生产力。人类要想持续发展下去,必须保护好自己的家园。因此,必须保证生态环境良性循环发展,即要求人类必须在保证生态环境系统需水的前提下发展经济。

3.系统性原则

各指标之间要有一定的逻辑关系,它们不但要从不同的侧面反映出生态、经济、社会子系统的主要特征和状态,而且还要反映生态—经济—社会系统之间的内在联系。每一个子系统由一组指标构成,各指标之间相互独立,又彼此联系,共同构成一个有机统一体。指标体系的构建具有层次性,自上而下,从宏观到微观层层深入,形成一个不可分割的评价体系。

4.典型性原则

务必确保评价指标具有一定的典型代表性,尽可能准确反映出特定区域的环境、经济、社会变化的综合特征,即使在减少指标数量的情况下,也要便于数据计算和提高结果的可靠性。另外,评价指标体系的设置、权重在各指标间的分配及评价标准的划分都应该与高西沟的自然和社会经济条件相适应。

5.动态性原则

生态—经济—社会效益的互动发展需要通过一定时间尺度的指标才能反映出来。因此,指标的选择要充分考虑到动态的变化特点,应该收集若干年度的变化数值。

6.简明科学性原则

各指标体系的设计及评价指标的选择必须以科学性为原则,能客观真实地反映高西沟环境、经济、社会发展的特点和状况,能客观全面反映出各指标之间的真实关系。各评价指标应该具有典型代表性,不能过多过细,使指标过于繁琐,相互重叠,指标又不能过少过简,避免指标信息遗漏,出现错误、不真实现象,并且数据易获且计算方法简明易懂。

7.可比、可操作、可量化原则

指标选择上,特别注意在总体范围内的一致性,指标体系的构建是为区域政策制定和科学管理服务的,指标选取的计算量度和计算方法必须一致统一,各指标尽量简单明了、微观性强、便于收集,各指标应该要具有很强的现实可操作性和可比性。而且,选择指标时也要考虑能否进行定量处理,以便于进行数学计算和分析。

8.综合性原则

生态—经济—社会的互动“双赢”是生态经济建设的最终目标,也是综合评价的重点。在相应的评价层次上,全面考虑影响环境、经济、社会系统的诸多因素,并进行综合分析和评价。

9.指标体系要有代表性

由于可持续发展涵盖的范围很广,涉及人类活动的各个领域,但指标体系却不能包罗万象,有些无法量化或数据不易获得的指标可暂不列入指标体系。

10.实用性和可操作性原则

评价指标体系最终要被决策者乃至全体公民使用,要反映发展的现状和趋势,为制定政策和科学管理制度,因此指标体系的构建要考虑实用性原则。实用的指标体系应易于被使用者所理解和接受,易于收集数据,易于量化,并具有可评价性、可比较性,即具有可操作性。

2.2.2　基于水资源的可持续发展量化指标体系

关于可持续发展的量化指标体系,已建有很多套。如世界银行的可持续发展指标(1992)、英国的可持续发展指标(1994)、联合国的可持续发展指标(1995)等。可持续发展集中体现为“社会、经济、资源、环境的协调发展”,是社会—经济—资源—环境复杂大系统的一种良性发展模式。因此,需要把社会经济资源环境统一起来进行研究,在其量化研究中,必须综合考虑各因素。

从可持续发展的基础概念出发,它的评价体系具有如下所拟定的3个本质识别体系:

(1)它必须能表达和衡量一个国家或区域的“发展度”,即能够判别一个国家或区域是否在真正地发展,是否在健康地发展,以及是否在保证生活质量和生存空间的前提下不断地发展,它主要表达了可持续发展能力建设的“数量维”。

(2)它是衡量一个国家或区域的“协调度”,即要求定量地诊断或在同一尺度下去比较能否维持环境与发展之间的平衡,能否维持效率与公正之间的平衡,能否维持市场发育与政府调控之间的平衡,能否维持当代与后代之间在利益分配上的平衡。协调度更加强调内在的效率和质的概念,即强调合理地优化调控财富的来源、财富的积聚、财富的分配以及财富在满足全人类需求中的行为规范。它主要表达了可持续发展能力建设的“质量维”。

(3)它是衡量一个国家或区域的“公平度”,即反映流域分区间的资源使用以及发展的公平程度。

本指标体系共分为五层:第一层为总目标层;第二层基础系统、协调系统和潜力系统作为评定区域可持续发展的子系统;第三层为分区层;人口、资源、经济、社会是区域可持续发展的构成要素,在第四层指标层中紧紧抓住这几方面的问题进行了单项(基础系统中对每一要素系统作了单独分析与评价)与综合(协调系统中重点剖析了它们之间复杂的相互关系)、横向(彼此间的横向联系)与纵向(每一要素系统的过去、现在和未来的发展情况)的分析;第五层为要素层,是反映区域可持续发展的直接方面。体系结构如图2-2所示。

(1)各分区的发展度指标层。由各分区反映各子系统(即社会、经济、水资源)发展的指标组成。反映社会发展的分指标m1～m4分别为人口增长率、城市化程度、反映科技水平的在校人数及反映基础设施发展水平的单位面积的交通路线长度;反映经济发展的分指标m5～m8分别为人均GDP及三产比例;反映水资源系统发展的分指标m9～m11分别为供水量、农业用水定额。

(2)分区的协调度指标层。由社会、经济、生态环境子系统与水资源系统的协调指标组成,分指标为m13～m16。

(3)公平度指标层。由反映各分区水资源使用公平程度及反映各分区发展公平程度的分指标m17、m18。

由此可得可持续度的表达式为:

2.2.2.1　发展度

当指标为正向指标,取规划水平年与基准水平年之间年数,当指标为逆向指标,取年数的倒数;

x1( j,k,l)——规划水平年的第j分区第k个子系统第l分区指标值;

x2( j,k,l)——基准水平年的第j分区第k个子系统第l分区指标值;

r1( j,k,l)——第j个分区第k个子系统第l个分指标的发展系数。

由式(2-3)可以得到各分区的发展度,当表示相应的子系统得以发展,反之表示没有发展。相应也可以得到发展度以及流域的发展度用它们来评价各标准层和流域的发展与否。

2.2.2.2　协调度

选取如下的隶属度函数:

由式(2-7)可以得到各分区的协调度,当表示相应的子系统得以协调,反之表示没有协调。

相应也可以得到各标准层协调度以及流域的协调度用它们来评价各标准层和流域的协调与否。

2.2.2.3　公平度

公平度由两项组成,一是反映各分区资源使用公平程度的分区指标,二是反映各分区发展公平程度的分指标。

与协调系数一样,公平也是一个模糊概念,因而用模糊子集B代表这一概念,可用其隶属度函数μB表示公平度。由于每个公平指标仅一个分指标,因此指标层公平系数d3(j,k)等于相应分指标的公平度,即:

可持续发展判别:根据可持续发展度,对于发展中国家,为体现可持续发展原则,可持续发展度必须大于1,同时应满足水资源与各子系统的协调和各分区之间的公平,但实际区域水资源系统也是一个复杂的大系统,在水资源充足时,满足各用水部门的情况下,协调度可达到1.0,但对于具体年份或短缺情况,在目前水资源短缺、高新节水技术推广条件有限的情况下,协调度难达到1.0。因此,可持续发展判别可进一步放宽为:

其中,DD、dd1越大,可持续发展程度越高;dd2越大,水资源系统与用水部门协调程度越高;dd3越大,分区间公平程度越高。(张丽,2005;惠泱河,2001)。

2.2.2.4　权重的确定

权重是指标体系中各指标在完成、实现整体目标中的重要程度。权重主要取决于两方面:(1)指标本身在决策中的作用和指标价值的可靠程度。

(2)决策者对该指标的重视程度。指标权重的合理与否在很大程度上影响综合评价的正确性和科学性。

指标权数的确定一般有两种方法:

(1)主观赋权就是凭经验确定权重,即专家赋权,如Delphi法、AHP法等,这种方法的缺点是受人为因素的影响较大。

(2)客观赋权,是指从原始数据出发,通过一定的数学转换,运用数理统计方法取得指标权重的一种赋权方法。这种方法客观性强,没有人为因素的影响,如主成分分析、因素分析法等。

近些年来,用层次分析法确定权重越来越受到研究人员的重视,并在许多方面达到应用,这种多层次分别赋权法可避免大量指标同时赋权的混乱与失误,从而提高赋权的简便性和准确性。在此,根据本研究问题属于多目标决策问题的特点以及所建立的层次分析指标体系,将采用层次分析法确定各指标的权重。

具体方法如下:

(1)建立判别矩阵。根据层次分析指标体系确定上下层次指标间的隶属关系,对同一层次的指标进行两两比较,其比较结果以T.L.Saaty的1～9标度法表示(表2-1)。这样,对于同一层次的几个评价指标可以得到两两比较判断矩阵A[式(2-12)]。

它具有以下性质:①aij>0;②aij=aji;③aii=1。

(2)采用求和法计算各评价指标的相对权重(表2-2)。

本书中的水资源支撑社会可持续发展评价指标体系中,由于设立了分区层,使得可以对不同分区各层次的指标,根据其具体自然条件、社会、经济、生态环境的发展水平,采用不同的权重,以突出各分区所面临的主要问题。

2.2.3　流域水资源承载力指标体系

2.2.3.1　水资源承载力的影响因素

1.水资源总量、水质及水资源开发利用程度

水资源总量的确定是水资源承载力研究的基础资料,是决定流域水资源承载力的关键因素之一。水资源总量是指流域水循环过程中可更新恢复的地表水与地下水资源总量。在水资源评价中,将河川径流量作为地表水资源量,把地下水总补给量扣除井灌回归量作为地下水资源量,由于地表水和地下水密切联系而又互相转化,因而应扣除相互转化的重复水量。水量与水质密不可分,只有达到一定水质标准的水量才能满足人民生活。

水资源承载力是以一定的水资源开发利用水平为基础的,因此水资源的现状开发利用程度也是影响水资源承载力的主要因素之一。这包括现状水资源利用量、各类供水工程的供水量、污水回用量、各行业用水水平、入河排污量、河道水质状况等。

2.可供使用的水资源量

不是所有的水资源量都可以用来承载区域经济社会的可持续发展,只有可供使用的水资源量,即水资源可利用量才是实质意义上的承载主体。可供使用的水资源量是指可以直接提取用于工业、农业和生活的水资源量。从水资源可持续发展的角度来说,可供使用的水资源量是指在一定的用水结构和开发利用深度下可被开发利用的最大水资源阈值,是水资源承载力计算的基线。可供使用的水资源量在数值上不易确定。因为该量一方面要保证不挤占生态环境用水,要从水资源总量中扣除地下水总量、地表水对地下水的补给量及蒸发量;另一方面该量与水资源的需求关系及相应的水资源配置、流域的生产力水平、生产力发展水平、节水潜力、节水技术、社会消费水平及消费结构等因素有关,因为这些因素的变化影响了回水量及回水水质,从而对流域河道内水体产生了不同的影响,使可供使用的水资源量发生变化。

3.不同水平年水资源供需水平

由于水资源承载力是以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据的,因此,不同的时期水资源对人口、生态环境和经济的承载力是不同的。正是因为人口、生态环境和经济所涉及的生活水平、环境水平和科学技术发展水平不同;不同的生活方式和水平对于水的质量和数量的需求程度不同;导致了承载人口、需要环境、工业、农业、第三产业、城市化率等对水资源的需求存在很大差异。水资源承载力既是对现状的承载也是对目标人口、生态环境和经济能力的承载。由此决定了在研究区域水资源承载力时需要对不同水平年的区域发展指标进行预测,在此基础上完成区域水资源的需求分析;同时根据一定时期的科学技术发展水平和区域发展规划分析区域的可供水量;以此确定区域不同时期的水资源承载力。

4.生态环境需水

水资源承载力是以维护生态环境良性循环发展为条件的,这一前提条件的定量确定即是生态保护准则和生态环境需水量的确定。所谓生态环境是指一个区域或地区支持生命活动的能力。生态环境需水是为了维系生态系统,生物群落基本生存和一定生态环境质量的最小水资源需求量和基本水质要求。只有在满足生态环境需水量前提下的水资源承载力才能够是可持续的承载力。生态环境需水量包括天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量。渭河流域水量的丰枯取决于流域生态环境,水量的调配利用取决于流域经济发展程度。水质的优劣取决于流域水环境的保护。因此,必须保证生态环境的需水量。如果河流无水,沿河的地下水因得不到补充而枯竭,河流水生物因无水而灭绝,空气因蒸发减少而干燥,靠河水渗透补充的土壤水会降到枯萎点使植物枯萎,人们会因为失去一种独特的景观而烦恼,自然界的环境净化能力因此而降低等。生态环境需水不但要满足最小水资源量的需要,同时还应满足基本的水质要求。而水体流速与流量.流量与水质又有相互的联系。因此,在生态需水总量计算中应综合考虑。

5.水资源优化配置

研究水资源承载力就必须进行水资源优化配置,即要对水资源在部门间的分配,包括供水系统及用水结构进行调整优化,从而确定水资源对人口、生态环境及社会经济规模的最大支撑能力。对于同一个水资源系统而言,配置方式不同,其相应的对人口及社会经济规模的支撑能力不同。某些配置方式能够大大提高可持续承载力,而某些配置方式则会导致不可持续发展。可见,水资源的优化配置对水资源承载力的影响也是十分重要的。

2.2.3.2　评价指标体系分类

由下面的水资源可持续发展承载力评价指标体系看出该体系设计方面很多,但简化来说该体系的建立两个目的:一是用来衡量水资源承载力的大小;二是给定承载力评价的一般性指标,这些指标的作用是使水资源承载力评价方法与评价手段规范化、标准化。对于特定地区需要根据具体情况增加特定指标。所以水资源承载力还需根据计算要求建立一套计算性指标体系。

由表2-3、图2-3可以得出:度量性指标为根据各个子系统计算的需水量和可供应的水量;工业需水量、农业需水量、生活需水量及其他需水量等。而评价性指标有人口水平、经济效益、水环境质量、生态环境指标、社会经济协调发展指标体系。