殷 強，蘆 倩，吳彥霖，張恒嘉，紀永福，任曉燕，梁 超，王 永

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省治沙研究所，甘肅 民勤 733300)

0 引言

水資源作為自然界最重要的資源之一，是人類和其他生物相互依存時必不可少的資源。隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展及人口增長，對水資源的需求量持續(xù)上升，水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化的問題日益顯現(xiàn)，尤其對于干旱地區(qū)來說，水資源短缺越來越成為阻礙經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[1-3]。因此，水資源可持續(xù)利用已成為干旱地區(qū)人類生存、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

水資源可持續(xù)利用評價方法的出現(xiàn)經(jīng)歷很長一段時間的研究?？沙掷m(xù)發(fā)展理念于1972年的人類環(huán)境研討會中正式提出，以此為基礎(chǔ)，歷經(jīng)20年于都柏林國際水和環(huán)境大會中提出水資源可持續(xù)問題。該問題一經(jīng)提出后，水資源可持續(xù)利用的研究方向就主要集中在指標體系的建立和評價方法的探索。在國外，有研究者提出水貧困指數(shù)，從水資源、獲取途徑、水管理、用水類型和環(huán)境5個方面分析了水資源利用情況，該方法已在國家和區(qū)域間得到廣泛利用[4-6]。WALMSLEY Jay等[7]以流域管理為目標制定了水資源可持續(xù)利用的綜合指標體系，該指標體系還考慮了該國政策框架和集水區(qū)系統(tǒng)的實際特點，更加全面地評價水資源可持續(xù)利用情況。國內(nèi)對水資源可持續(xù)利用的研究相對較晚，主要集中在水資源優(yōu)化配置上。楊建強等[8]運用系統(tǒng)動力學(xué)對城市的環(huán)境經(jīng)濟損失、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和農(nóng)業(yè)供需水量進行模擬預(yù)測并提出最佳方案。薛小杰等[9]利用多目標模型從水資源利用和經(jīng)濟發(fā)展兩方面來研究不同水平年關(guān)中地區(qū)水資源配置的最優(yōu)方案。汪峽[10]基于可持續(xù)發(fā)展理論提出了水資源可持續(xù)利用的目標函數(shù)和指標內(nèi)涵，從社會、經(jīng)濟和自然3方面來構(gòu)建水資源可持續(xù)利用評價指標體系。此后，國內(nèi)研究的重點從水資源優(yōu)化配置方面轉(zhuǎn)向水資源可持續(xù)利用的定性和定量評價方法[11]。目前評價方法有很多種，本文選取最常用的方法進行分析。

1 水資源可持續(xù)利用水平評價

隨著人們對水資源可持續(xù)利用越來越關(guān)注，水資源可持續(xù)利用的評價方法發(fā)展迅速。目前，評價水資源可持續(xù)利用的方法多種多樣，且無統(tǒng)一的標準。評價水資源可持續(xù)利用的過程：根據(jù)地域的相關(guān)要求(水資源開發(fā)利用的區(qū)域特點、管理規(guī)劃和水環(huán)境保護等要求)從水資源、社會、經(jīng)濟和環(huán)境4個方面挑選帶有地域特征的指標構(gòu)建評價指標體系；選擇相應(yīng)的評價方法。

1.1 構(gòu)建水資源可持續(xù)利用評價指標體系

構(gòu)建水資源可持續(xù)利用評價指標體系是為滿足特定時間段在特定區(qū)域內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展要求。根據(jù)該區(qū)域水資源開發(fā)利用過程中存在的問題，結(jié)合水資源可持續(xù)發(fā)展理念，建立有代表性的評價指標體系，為區(qū)域水資源利用情況進行評價及后續(xù)開發(fā)利用提供合理建議。目前，評價指標體系構(gòu)建的方法尚不統(tǒng)一，其理論基礎(chǔ)多從可持續(xù)發(fā)展指標體系演變而來。歸納國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于指標體系構(gòu)建的研究，主要是從社會、經(jīng)濟、環(huán)境和水資源4個層面篩選能夠代表區(qū)域特點的指標。

根據(jù)構(gòu)建的指標體系對該方法進行分類如下。一是水資源與水環(huán)境兩方面構(gòu)建指標體系，如鄒君[12]從水資源和水環(huán)境兩方面中篩選能夠代表湖南省水資源開發(fā)利用情況的指標構(gòu)建指標體系，對湖南省水資源可持續(xù)利用進行評價。二是水資源、社會經(jīng)濟和環(huán)境3方面構(gòu)建指標體系，典型代表為驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)指標(DPSIR)，DPSIR是在社會經(jīng)濟和環(huán)境之間根據(jù)因果關(guān)系篩選出相關(guān)指標,反映了經(jīng)濟、社會和環(huán)境間的相互作用，明確了社會經(jīng)濟對環(huán)境的影響作用，而環(huán)境反過來推動社會經(jīng)濟的發(fā)展[13]。DPSIR指標體系選取的指標代表性和可操作性較強，能更好地反映區(qū)域水資源開發(fā)利用情況，但其線性因果關(guān)系對區(qū)域?qū)嶋H情況過于簡化，尚不能準確評價水資源可持續(xù)利用情況。三是水資源、社會、經(jīng)濟和環(huán)境4個方面構(gòu)建指標體系，常見的指標體系為歸納法，歸納法是首先從經(jīng)濟、社會、環(huán)境和水資源4個方面選取評價因子，然后根據(jù)該區(qū)域相關(guān)要求將其進行挑選和等級劃分，最后使用這些指標構(gòu)建指標體系。該方法根據(jù)地域特點選取指標，篩除數(shù)據(jù)中重復(fù)的指標，使指標體系具有更強的代表性。

1.2 水資源可持續(xù)利用評價方法

1.2.1 層次分析法

層次分析法(AHP)首先根據(jù)從屬關(guān)系構(gòu)建指標體系如目標層、準則層和指標層，利用德爾菲法(專家咨詢法)和判斷矩陣從定性和定量兩個方面計算各層次與各指標層之間的權(quán)重，并據(jù)此進行評價。指標體系中目標層為水資源可持續(xù)利用情況，準則層指從社會、經(jīng)濟、環(huán)境和水資源4個方面篩選代表區(qū)域宏觀指標進而表征水資源可持續(xù)利用狀態(tài)，指標層為準則層的具體指標。該評價方法簡單明了，能夠更加全面地代表某地區(qū)的地域特征，但篩選指標時，不可避免帶有較強的主觀性。楊世杰等[14]運用層次分析法對山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)的水資源可持續(xù)利用潛力進行計算并提出改善水資源可持續(xù)利用潛力的對策。

1.2.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是將水資源系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系用隸屬度函數(shù)進行指標量化，結(jié)合評價指標體系中相關(guān)指標構(gòu)成評判矩陣，同時計算參評因子的權(quán)重，最后對兩者進行模糊計算得到綜合評價結(jié)果。布謠[15]為緩解水資源供需失衡和水污染等突出問題，以寶雞市隴縣為例，運用模糊綜合評價法篩選出約束水資源承載力的制約因子，并提出相應(yīng)的改進措施。

1.2.3 系統(tǒng)動力學(xué)法

系統(tǒng)動力學(xué)法基于系統(tǒng)互饋理論將水資源可持續(xù)利用分解為相互關(guān)聯(lián)、相互作用的子系統(tǒng)，根據(jù)因果關(guān)系研究系統(tǒng)動態(tài)變化，進而模擬系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢，并據(jù)此提出相應(yīng)對策。張雄[16]根據(jù)天津市水土資源利用存在的問題，運用系統(tǒng)動力學(xué)對天津市水土資源開發(fā)利用情況進行模擬，提出了5種方案對其未來趨勢進行動態(tài)仿真，最后據(jù)此提出相應(yīng)的對策建議。

1.2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是以神經(jīng)元工作方式為基礎(chǔ)的一種信息處理系統(tǒng)。通過對樣本進行反復(fù)訓(xùn)練得出未知數(shù)據(jù)。與其他方法相比，該評價模型具有操作簡單、評價結(jié)果較客觀的優(yōu)點，且評價結(jié)果的精確性隨樣本數(shù)量增加而增大，同時由于其太過依賴樣本數(shù)導(dǎo)致評價結(jié)果與實際不相符[17]。姜宇[18]為分析區(qū)域水資源供給能力，以黑龍江省肇州縣為例，運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了水資源承載力評價指標體系并得出該區(qū)域水資源承載力水平。

1.2.5 生態(tài)足跡法

生態(tài)足跡法由加拿大Ree等在1992年提出，用來分析區(qū)域水土資源可持續(xù)利用能力并不斷完善和推廣，具有操作簡單和結(jié)果可靠等特點。其具體評估方法是以土地為度量單位，通過比較人類對自然資源的需求量與自然界對人類的供給量來衡量區(qū)域生態(tài)可持續(xù)性。周悅等[19]運用生態(tài)足跡法對遼寧省生態(tài)盈虧和用水效率進行了研究，并通過與其他區(qū)域進行對比分析，為遼寧省水資源開發(fā)利用提供對策建議。

2 旱區(qū)水資源可持續(xù)利用評價方法

旱區(qū)水資源開發(fā)利用的問題主要有水資源稀少且供需時空分布不均勻，水資源利用效率低下，節(jié)水意識弱，節(jié)水措施未落到實處，地下水超采，進一步惡化脆弱的生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，抗風險能力低，干旱和洪澇等水資源災(zāi)害問題突出等[20]。本文基于對以上幾種指標體系構(gòu)建和評價方法的歸納總結(jié)，結(jié)合干旱區(qū)水文氣象及水資源開發(fā)利用情況，提出適宜干旱區(qū)水資源可持續(xù)利用的評價方法，并根據(jù)水資源可持續(xù)利用研究目的將評價方法分為3類：①可運用層次分析法、模糊綜合評價法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對水資源可持續(xù)利用現(xiàn)狀進行分析；②運用生態(tài)足跡法構(gòu)建水資源可持續(xù)利用指標體系和評價方法，比較不同區(qū)域間水資源可持續(xù)利用現(xiàn)狀；③運用系統(tǒng)動力學(xué)模擬區(qū)域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀并研究水資源可持續(xù)利用未來發(fā)展狀況，提出不同發(fā)展模式并預(yù)測未來水資源可持續(xù)利用狀況。

3 結(jié)束語

水資源可持續(xù)利用評價是一種涉及不同時空尺度下的跨領(lǐng)域和多層次問題，關(guān)鍵是其評價方法選擇。水資源可持續(xù)利用的評價對旱區(qū)水資源開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義，但不同旱區(qū)的社會文明程度、經(jīng)濟發(fā)展狀況和生態(tài)環(huán)境皆對水資源可持續(xù)利用評價產(chǎn)生相應(yīng)的影響。因此，在今后的研究中要根據(jù)不同地區(qū)的實際情況來選取不同的評價方法，以期為旱區(qū)的水資源開發(fā)利用提供相應(yīng)的建議和對策。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的信息獲取渠道必將落伍。在今后的研究中可以利用最新的信息技術(shù)與水資源可持續(xù)利用的評價方法相結(jié)合，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用評價的自動化、數(shù)字化和科學(xué)決策化，全面提升水資源開發(fā)利用的綜合效益。