孫 娟

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

當(dāng)前，城市用水矛盾日益突出，城市水權(quán)的合理優(yōu)化分配對(duì)于城區(qū)水資源的可持續(xù)利用具有重要的參考價(jià)值。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)流域初設(shè)水權(quán)的定量分配展開(kāi)一定程度的研究[1- 6]，但是大都集中于對(duì)初設(shè)水權(quán)的一次分配，而進(jìn)行水權(quán)二次優(yōu)化分配的研究成果還較少，近年來(lái)，多目標(biāo)層次分析方法在多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化中得到較為成熟的應(yīng)用[7- 10]，但在城市初設(shè)水權(quán)優(yōu)化分配中應(yīng)用還不多見(jiàn)，特別是在北方城市應(yīng)用還較少。北方城市由于缺水率較高，城市用水矛盾相比于南方城市更為突出，為此本文采用多目標(biāo)層次分析方法對(duì)沈陽(yáng)市的初設(shè)水權(quán)進(jìn)行二次優(yōu)化分配。研究成果對(duì)于城市初設(shè)水權(quán)的二次優(yōu)化分配具有較好的參考價(jià)值。

1 多目標(biāo)層次分析方法

多目標(biāo)層次分析方法，主要以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效益為目標(biāo)函數(shù)，分層對(duì)各用水需求進(jìn)行水權(quán)的二次優(yōu)化分配，通過(guò)分層反復(fù)調(diào)試使得各用水目標(biāo)效益達(dá)到最優(yōu)。首先為社會(huì)效益目標(biāo)函數(shù)，社會(huì)效益是城區(qū)初設(shè)水權(quán)分配重點(diǎn)內(nèi)容，其目標(biāo)函數(shù)方程為：

(1)

(2)

(3)

在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)分析時(shí)，應(yīng)保證區(qū)域分配后的水量小于原分配水量的20%，生態(tài)效益目標(biāo)則需要保證區(qū)域分配生態(tài)水量的保證率大于1。

2 實(shí)例研究

2.1 沈陽(yáng)市水資源概況及分配指標(biāo)

沈陽(yáng)市屬于典型的北溫帶氣候，降雨年內(nèi)時(shí)空分布十分不均勻，沈陽(yáng)市多年水資源總量為34.3億m3，水資源人均占有量?jī)H為全國(guó)水平的20%。隨著當(dāng)前國(guó)家東北老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略的實(shí)施，區(qū)域的水資源供需矛盾日益緊張。區(qū)域的水資源補(bǔ)給方式主要為降水補(bǔ)給，全市地表水供水總量約占總供水量的20%左右，地下水供水量約占67.5%左右。結(jié)合多目標(biāo)層次分析方法對(duì)沈陽(yáng)市初始水權(quán)進(jìn)行分配，并對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行了收集，初始水權(quán)分配指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 沈陽(yáng)市水權(quán)分配指標(biāo)值

表2 沈陽(yáng)市各指標(biāo)水權(quán)分配權(quán)重值

2.2 各指標(biāo)分配權(quán)重設(shè)置

根據(jù)各水權(quán)分配指標(biāo)在各行政曲線的重要性，進(jìn)行分配權(quán)重的設(shè)置，各指標(biāo)分配權(quán)重見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，在沈陽(yáng)行政縣農(nóng)業(yè)耕地用水相關(guān)指標(biāo)設(shè)置權(quán)重較高，而工業(yè)GDP相關(guān)指標(biāo)的設(shè)置權(quán)重較小，這主要是因?yàn)樯蜿?yáng)市的各行政縣主要以農(nóng)業(yè)為主體經(jīng)濟(jì)。而在其他行政市區(qū)工業(yè)GDP相關(guān)指標(biāo)的設(shè)置權(quán)重大于農(nóng)業(yè)耕地用水相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重，這主要是在各行政市區(qū)工業(yè)是其主體經(jīng)濟(jì)。從表中還可看出，人口增長(zhǎng)率對(duì)區(qū)域水權(quán)分配影響也較大。

2.3 沈陽(yáng)市初始水權(quán)分配結(jié)果

根據(jù)各指標(biāo)的分配權(quán)重進(jìn)行各行政縣區(qū)綜合水權(quán)分配權(quán)重的設(shè)置，并結(jié)合各分配權(quán)重，對(duì)各行政縣區(qū)的水量進(jìn)行定量分配，見(jiàn)表3，并按照不同行業(yè)進(jìn)行了初始水權(quán)的分配，見(jiàn)表4。

從表3中可看出，各行政市區(qū)分配水量要高于各縣區(qū)，這主要是因?yàn)楦餍姓袇^(qū)工業(yè)用水和城市生活用水逐年大幅度增加，因此分配水量較高。而各行政縣由于主要以農(nóng)業(yè)用水為主，而由于新農(nóng)村建設(shè)發(fā)展，農(nóng)村人口增長(zhǎng)率較低，農(nóng)村生活用水有所下降，因此各行政縣分配水量較低。從表4中可看出，各行政縣農(nóng)業(yè)和生活分配水量較高，而各行政市區(qū)工業(yè)和生活分配水量較多，生態(tài)用水比例均較低。

表3 沈陽(yáng)市各區(qū)縣水權(quán)分配結(jié)果

表4 沈陽(yáng)市各行業(yè)初始水權(quán)分配結(jié)果

2.4 初始水權(quán)優(yōu)化分配結(jié)果

考慮到一次初始水權(quán)分配存在一定的主觀性，結(jié)合社會(huì)、生活以及生態(tài)等多個(gè)目標(biāo)，采用多目標(biāo)層次分析方法對(duì)沈陽(yáng)市各行業(yè)的初始水權(quán)進(jìn)行二次優(yōu)化分配，優(yōu)化分配結(jié)果見(jiàn)表5，如圖1所示。

從表5和圖1中可較為直觀的看出，相比于優(yōu)化前，各行政縣的農(nóng)業(yè)用水都有一定程度的提高，但是和需水量較為接近，而生活用水各行政區(qū)縣都有一定程度的降低，這主要是因?yàn)樽裱讼壬a(chǎn)后生活的原則，先保障工農(nóng)業(yè)正常生成所需水量，再保障居民的生活用水。此外，從表5和圖1中可看出，沈陽(yáng)市各行政區(qū)縣優(yōu)化后的生態(tài)分配水量都較優(yōu)化前有明顯提高，但接近城市的生態(tài)需水。

表5 沈陽(yáng)市各行業(yè)初始水權(quán)優(yōu)化分配結(jié)果

3 結(jié)論

基于多目標(biāo)層次分析方法，可對(duì)初始水權(quán)進(jìn)行二次優(yōu)化分配，結(jié)合區(qū)域一次初始水權(quán)的分配方案從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)多個(gè)效益目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證表明優(yōu)化分配方案后各用水主體的需水量都有所增加，用水滿意度提高。在水權(quán)分配上可一定程度激勵(lì)用水主體進(jìn)行節(jié)水措施，使得區(qū)域水權(quán)分配方案目標(biāo)效益最優(yōu)化。

圖1 優(yōu)化前后的沈陽(yáng)市初始水權(quán)分配結(jié)果