凌新穎，馬金珠，于海超，楊 歡，齊 識(shí)，李宗杰

(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000)

0 引 言

近幾年隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn)，作為絲綢之路重點(diǎn)城市之一的敦煌市經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了迅速發(fā)展。由于敦煌盆地地處西北干旱地區(qū)、氣候惡劣、水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源一度成為制約其發(fā)展的“瓶頸”[1,2]。伴隨著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，日益惡化的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題凸顯，給區(qū)域可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。敦煌市水利電力局地下水位觀測(cè)報(bào)告顯示，近些年敦煌盆地地下水位平均每年下降30～40 cm，北部地區(qū)偏少(地下水位平均每年下降20～30 cm)，到目前為止總降幅在9～10 m以上[3]。基于目前敦煌盆地水資源短缺與生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、水資源合理配置、生態(tài)環(huán)境保護(hù)刻不容緩。

1992年, 主題為“世紀(jì)的發(fā)展與展望”的國(guó)際水和環(huán)境大會(huì)于愛(ài)爾蘭召開,提出水資源可持續(xù)性研究問(wèn)題；國(guó)內(nèi)學(xué)者開始對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的研究始于20世紀(jì)90年代[4]。隨著研究深入，Shepard 插值模型、多目標(biāo)決策層次分析法、多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型、粒子群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等[5-14]越來(lái)越多的數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用于水資源可持續(xù)評(píng)價(jià)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外在水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)方法上各有千秋，但截至目前，對(duì)于中國(guó)西北地區(qū)的研究頗少，還難以找到一套切實(shí)適合于西北干旱區(qū)脆弱生態(tài)條件的評(píng)價(jià)體系和方法來(lái)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，且現(xiàn)有體系中指標(biāo)選取與評(píng)價(jià)方法存在諸多不足之處，有待進(jìn)一步研究。運(yùn)用Bossel原理，參考大量相關(guān)文獻(xiàn)，針對(duì)敦煌盆地獨(dú)特自然環(huán)境與人文地理?xiàng)l件篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，為西北干旱地區(qū)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

敦煌是甘肅省酒泉市管轄區(qū)域內(nèi)的縣級(jí)市，位于甘肅、新疆、青海三省交會(huì)點(diǎn)。敦煌位于東經(jīng)92°13′～95°30′，北緯39°40′～41°35′ ，東鄰瓜州縣，西至甘肅西北部與新疆維吾爾自治區(qū)接壤，南靠祁連山[3]。土地總面積為3.12萬(wàn)km2，其中荒地、山地、戈壁、沙漠、鹽堿地等占土地總面積的93.15%；而綠洲面積僅占敦煌盆地總面積的6.85%。敦煌盆地海拔1 050～1 900 m，境內(nèi)丘陵、沙漠、戈壁兼而有之。深居西北干旱內(nèi)陸區(qū)的敦煌盆地，日照強(qiáng)烈，降水貧乏，是典型的大陸性氣候。多年平均降水量只有39.90 mm，但多年平均蒸發(fā)量卻高達(dá)2 486 mm，差距相當(dāng)懸殊。

敦煌市水資源總量由兩部分組成，一是天然河川徑流量和南湖泉水量4.18 億m3；二是地下水可開采量0.35 億m3。可利用水資源量4.53 億m3[15,16]。2014年敦煌市總用水量為3.54 億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為3.04 億m3，用水比例為85.78%；工業(yè)用水量為0.08 億m3，用水比例為2.28%；生活用水量為0.13 億m3，占總用水量的3.77%；生態(tài)用水量為0.25 億m3，占7.18%；政府預(yù)留水量為0.04 億m3。

2 資料與方法

2.1 研究資料

本文資料主要來(lái)源于敦煌市水務(wù)局、敦煌市水利電力局、敦煌市統(tǒng)計(jì)局等單位，敦煌市統(tǒng)計(jì)年鑒、甘肅省水資源公報(bào)[17-20]。

2.2 研究方法

本文運(yùn)用Bossel基本類定向指標(biāo)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將敦煌市復(fù)合系統(tǒng)劃分為水資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、人口、社會(huì)5個(gè)子系統(tǒng)，從發(fā)展協(xié)調(diào)性與發(fā)展態(tài)勢(shì)考慮，結(jié)合當(dāng)?shù)鬲?dú)特的自然環(huán)境與人文地理特征篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，因地制宜建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)氐乃Y源可持續(xù)性程度。

2.2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

Bossel星圖法基本原理為：設(shè)一個(gè)時(shí)間斷面上有m維數(shù)據(jù)，作一個(gè)圓并把圓周m等分，由圓心連接m個(gè)等分點(diǎn)，出現(xiàn)m個(gè)輻射狀半徑，作為m個(gè)坐標(biāo)軸，代表m項(xiàng)定向指標(biāo)。以圓心為原點(diǎn)，每個(gè)坐標(biāo)軸作4等分，坐標(biāo)分別為0、1、2、3、4，點(diǎn)繪各個(gè)子系統(tǒng)與復(fù)合系統(tǒng)基本類定向指標(biāo)評(píng)價(jià)值于相應(yīng)軸上，依次連接，形成復(fù)合系統(tǒng)或各子系統(tǒng)的星圖。Bossel基本類定向指標(biāo)的基本思想是:用生存、能效、自由等6個(gè)定向指標(biāo)描述系統(tǒng)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)的衡量系統(tǒng)的發(fā)展水平與程度[21,22]。Bossel星圖法見(jiàn)圖1。

圖1 Bossel星圖Fig.1 Orientor Stars

不同于其他水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)研究在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)劃分子系統(tǒng)不明確、指標(biāo)選取不完善的情況[3]，本文基于Bossel屬性細(xì)分理論模型與敦煌市實(shí)地情況，明確地將敦煌市復(fù)合系統(tǒng)劃分為水資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口 5個(gè)子系統(tǒng)，針對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源利用與管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展切實(shí)問(wèn)題，因地制宜選取敦煌市干旱指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、人口密度、居民基尼系數(shù)等30個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)評(píng)價(jià)框架。另外，各項(xiàng)指標(biāo)從不同側(cè)面綜合說(shuō)明敦煌市水資源可持續(xù)狀態(tài)，符合系統(tǒng)性與綜合性統(tǒng)一[23]。敦煌市復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系框架見(jiàn)表1。

表1 敦煌市復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系框架Tab.1 The sustainable utilization of water resources in composite system evaluation framework

2.2.2 定向指標(biāo)量化及系統(tǒng)評(píng)分值計(jì)算

為使評(píng)價(jià)科學(xué)、準(zhǔn)確，首先應(yīng)進(jìn)行定向指標(biāo)無(wú)量綱化。以Bossel法為基礎(chǔ)，采用五級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合敦煌市實(shí)地狀況，參考相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)法規(guī)、國(guó)際情況與專家打分、權(quán)威認(rèn)證，得指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表[1]，見(jiàn)表2。

表2 敦煌市指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表Tab.2 The evaluation standard in Dunhuang

設(shè)正向指標(biāo)分級(jí)值為a1

對(duì)于正向指標(biāo)，有：

(1)

對(duì)于逆向指標(biāo)，有：

(2)

2.2.3 系統(tǒng)指數(shù)值計(jì)算

國(guó)內(nèi)外普遍采用[0,1]區(qū)間數(shù)表示復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)程度?？沙掷m(xù)程度為1，最低為0。本文采用直線型法，其中A(t)表示各子系統(tǒng)以及復(fù)合系統(tǒng)在各定向指標(biāo)下的最小評(píng)價(jià)值，S(t)為各子系統(tǒng)及復(fù)合系統(tǒng)的基本定向指標(biāo)指數(shù)值，見(jiàn)公式(3)：

(3)

經(jīng)計(jì)算得出，敦煌市復(fù)合系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、社會(huì)子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)的指數(shù)值分別為：0.516 1、0.250 0、0.250 0、0.963 4、0.325 0、0.753 8。

2.2.4 評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 敦煌市復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)性等級(jí)劃分Tab.3 The grading of sustainability of composite system

3 結(jié)果與討論

3.1 定向指標(biāo)分析

由圖2可知，生存類定向指標(biāo)水資源、生態(tài)子系統(tǒng)評(píng)分值皆在1左右，表明敦煌市復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)利用的規(guī)范環(huán)境狀態(tài)會(huì)在本身情況惡劣(水資源短缺、生態(tài)問(wèn)題嚴(yán)峻)或在長(zhǎng)期掠奪式開發(fā)的影響下惡化，在很大程度上限制區(qū)域發(fā)展；能效類指標(biāo)敦煌市經(jīng)濟(jì)、人口系統(tǒng)能效類指標(biāo)發(fā)展指數(shù)為4，表明經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)所需要的物質(zhì)與信息情況處于優(yōu)良的狀態(tài)；自由類指標(biāo)水資源、生態(tài)、社會(huì)的評(píng)分值在[1, 1.3]，均處于威脅狀態(tài)，復(fù)合系統(tǒng)(2.064 3)本身受到的其他環(huán)境系統(tǒng)的影響多樣，自身發(fā)展受到其他系統(tǒng)(如生態(tài)、水、社會(huì))的限制；安全類指標(biāo)各子系統(tǒng)以及復(fù)合系統(tǒng)的評(píng)分值多數(shù)在2.5以上，說(shuō)明在敦煌市復(fù)合系統(tǒng)中，因規(guī)范的環(huán)境狀態(tài)波動(dòng)而導(dǎo)致系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)遠(yuǎn)離規(guī)范狀況的概率較小，即安全性較高；適應(yīng)指標(biāo)數(shù)值在子系統(tǒng)與復(fù)合系統(tǒng)中大多介于[3, 4]，表明系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài)發(fā)生突變，由一種規(guī)范環(huán)境狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種規(guī)范狀態(tài)可能性較小，但生態(tài)子系統(tǒng)的適應(yīng)指標(biāo)較低，說(shuō)明了當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境狀況，受到大規(guī)模破壞之后生態(tài)崩潰可能性不容忽視；共存類指標(biāo)發(fā)展指數(shù)皆在[3, 4]，說(shuō)明復(fù)合系統(tǒng)與子系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的性能狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)本身影響較小[1]。

6個(gè)定向指標(biāo)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)程度的貢獻(xiàn)率為共存(3.803 0)>安全(3.191 1)>適應(yīng)(3.084 0)>能效(3.058 2)>生存(2.598 8)>自由(2.064 3)。說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)共存類指標(biāo)變化極敏感，安全、適應(yīng)、能效類指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)較敏感，生存、自由類指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)影響較小。

圖2 子系統(tǒng)與復(fù)合系統(tǒng)各定向指標(biāo)評(píng)分值Fig.2 The evaluation of orienter indexes in subsidiary and composite systems

3.2 綜合評(píng)判分析

敦煌市區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)處于弱可持續(xù)狀態(tài)。由圖3知，系統(tǒng)的可持續(xù)利用狀態(tài)對(duì)經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)的依賴程度較高。5個(gè)子系統(tǒng)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)利用貢獻(xiàn)率依次為：經(jīng)濟(jì)(0.963 4)>人口(0.753 8)>社會(huì)(0.325 0)>生態(tài)(0.250 0)=水資源(0.250 0)，其中，經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)為可持續(xù)狀態(tài)，而生態(tài)、水資源子系統(tǒng)為不可持續(xù)，社會(huì)子系統(tǒng)為弱不可續(xù)。

圖3 綜合評(píng)判圖Fig.3 The evaluation of synthesis

敦煌市的水資源和生態(tài)子系統(tǒng)指數(shù)值皆偏小，處于危險(xiǎn)狀態(tài)。這與敦煌市本身自然地理特征有關(guān)，敦煌市干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，自然狀態(tài)下水資源短缺，季節(jié)性匱乏；人為因素更加劇這種趨勢(shì)：敦煌市水資源開發(fā)利用率達(dá)90%以上，逐年增加的國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水直接擠占生態(tài)環(huán)境用水，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮Y源更加短缺，天然植被退化，荒漠化加劇，生態(tài)平衡受到威脅。

經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)指數(shù)值皆處于[0.75,1]，說(shuō)明敦煌市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口社會(huì)處于優(yōu)秀的狀態(tài)。敦煌市統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014年敦煌全市GDP、人均GDP、城市人均可支配收入均處于較高水平，從事實(shí)角度吻合了評(píng)價(jià)結(jié)果。但當(dāng)?shù)厣鐣?huì)子系統(tǒng)指數(shù)值為0.325 0，處于威脅狀態(tài)，社會(huì)子系統(tǒng)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)程度有限制。從社會(huì)子系統(tǒng)選取指標(biāo)來(lái)看，主要是居民基尼系數(shù)(0.470 0)處于較不利狀態(tài)，表明敦煌市雖經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好，但居民貧富差距大。

4 結(jié) 語(yǔ)

敦煌市區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)處于弱可持續(xù)狀態(tài)，系統(tǒng)的可持續(xù)利用狀態(tài)對(duì)經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)依賴程度較高。其中，經(jīng)濟(jì)、人口系統(tǒng)處于可持續(xù)狀態(tài)，而生態(tài)、水資源子系統(tǒng)為不可持續(xù)，社會(huì)子系統(tǒng)為弱不可續(xù)狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)影響敦煌復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)利用狀態(tài)的定向指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)共存類指標(biāo)的變化極敏感，系統(tǒng)對(duì)安全、適應(yīng)、能效類指標(biāo)較敏感，生存、自由類指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響較小。

綜合來(lái)看，敦煌市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活雖處于較高水平，但水資源短缺、生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象仍在加劇。大量的水資源被用于農(nóng)業(yè)灌溉與工業(yè)生產(chǎn)以發(fā)展經(jīng)濟(jì)，僅有極少量水資源用于生態(tài)用途，暗示了敦煌市的經(jīng)濟(jì)是用生態(tài)環(huán)境換來(lái)的，說(shuō)明以旅游業(yè)為主要收入來(lái)源的敦煌市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。政府及相關(guān)用水部門應(yīng)重視水資源科學(xué)合理配置與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展科技用水，提高農(nóng)業(yè)效率，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將高耗水產(chǎn)業(yè)逐漸向低耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展。另外，雖然敦煌市經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于優(yōu)良狀態(tài)，但貧富差距大。因此，敦煌市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，還應(yīng)該注重先富的一部分帶動(dòng)后富的一部分，減少貧富差距，達(dá)到共同富裕，促進(jìn)和諧發(fā)展。