摘要：針對山西省水資源系統存在的水資源短缺、節水潛力挖掘不足、河川基流不能保障和地下水超采嚴重等問題，構建多層次水資源系統矩陣，以最嚴格水資源管理、節水評價技術要求和地下水壓采計劃等為依據選取各個指標的模糊評判標準，采用改進的模糊劃分隸屬函數模型，逐層計算山西省水資源系統3個子系統14個指標154個因子對應于劣、中、優模糊等級的隸屬度，得出3個子系統16個指標11個地市的排序結果及綜合系統的3個子系統11個地市的模糊級別和排序結果。結果表明，太原、晉中和運城水資源綜合評價模糊級別較差，其余地市相對較好。

　　關鍵詞：模糊劃分理論;隸屬度;高質量發展;水資源系統;水資源開發;水資源節約;水資源保護

　　1引言

　　山西省為極度缺水的省份，人均擁有水資源量323m3。超指標取用地下水、大量發展高耗水產業、河湖污染嚴重和地下水超采、巖溶泉斷流等問題嚴重。為貫徹落實“加強生態環境保護、推進水資源節約集約利用和黃河流域高質量發展”重要精神，科學有效地制定山西省水資源高質量發展規劃，完善區域內水資源系統的空間布局，有必要客觀、全面地評價山西省水資源系統。目前，水資源評價常見方法有灰色關聯法[1]、神經網絡評價法[2]、模糊綜合評價法[3]等。

　　其中灰色關聯法和神經網絡法適合缺少標準約束的情況，通過數據間的關聯推理完成，更適用于時空預測;模糊數學方法適用于具有定量評判標準，相關指標比較復雜的水資源系統評價。本文在水文水資源系統模糊識別理論[3]的基礎上，以山西省水資源高質量發展和山西省節水型社會“十四五”規劃為基礎研究內容，構建小區間的多層變權重模糊評價模型，選擇子系統和評價指標時針對山西省水資源系統存在的突出問題，選擇評價標準時綜合考慮國家和山西省在水資源發展和管理方面開發、節約和保護的嚴格要求，旨在為水資源系統發展的宏觀決策和水資源指標的微觀管理提供可靠的技術支撐。

　　2研究方法

　　2.1評價體系構建

　　遵循全面性、層次性、客觀性的原則，基于山西省水資源系統復雜性和層次性的特點，重視當前節水優先及水生態保護的要求，構建多層次的水資源評價體系。本文選取水資源開發利用子系統X1、水資源節約子系統X2、水資源保護子系統X3共3個子系統。設水資源系統為X，子系統為Xk，則：X=(Xk)(1)Xk=()xi，j(2)式中，k為子系統排序，k=1，2，…，b，本文選取3個子系統，b=3;xi，j為第i個指標第j個因子的數值;i為第k子系統第i個指標的排序，i=1，2，…，m，不同子系統的m取值不同;j為第k子系統第j個因子的排序，j=1，2，…，n，不同子系統n取值相同(11個地市)。

　　2.2評價指標選取

　　針對山西省水資源系統存在的問題選取各個子系統的評價指標，其中水資源開發利用子系統X1選4個指標(m=4)，水資源節約子系統X2選5個指標(m=5)，水資源保護子系統X3選5個指標(m=5)。人均水資源量、地表水資源開發利用率和地下水資源開發利用率依據《山西省第三次水資源評價》初步成果和《山西省水資源公報》[5]計算得出;地下水超采區依據《山西省人民政府辦公廳關于加強地下水管理與保護工作的通知》[6]中各地市超采面積;其余數據均來自2018年《山西省水資源公報》。

　　2.3各指標模糊評價

　　對水資源系統X的3個子系統Xk的各個指標分別對照各自的標準進行評價，評價結果用隸屬于模糊級別劣、中、優的隸屬度描述。由此計算系統綜合評價的權重，作為針對存在問題微觀控制各項指標的依據。

　　2.3.1構建模糊評判矩陣

　　模糊評判矩陣為不同子系統、不同指標相對于不同模糊級別的評價標準矩陣：Yk=()yi，h(3)式中，Yk為第k個子系統的模糊評判標準矩陣;yi，h為第k個子系統第i個指標對應于第h個模糊級別的評判標準;h為模糊評判級別序號，h=1，2，…，c，本文模糊評價分為3級，c=3。2.3.2計算模糊評判矩陣步驟1人均水資源標準參考聯合國系統制定的缺水標準，選擇難以維持生存標準300m3/人、極度缺水500m3/人和中度缺水1000m3/人。步驟2地表水開發利用率、城鄉生態用水利用率和城市污水排放率標準根據《2018年中國水資源公報》北方6區、黃河流域和海河流域的數據，選取最小數值為劣級，平均數值為中級，全國平均數值為優級。

　　步驟3農業灌溉每公頃取水量、節水灌溉率、萬元工業增加值取水量標準均依據《規劃建設項目節水評價技術要求》附表中統計數據，全國最劣值、華北分區的平均值和先進值分別代表劣、中和優的標準。步驟4城鎮居民生活和農村居民生活人均日用水量，依據山西省用水定額中特大城市、大城市和中等城市的定額。步驟5地下水超采面積比率，依據《山西省人民政府關于山西省地下水超采區綜合治理實施方案(2018～2020年度)的批復》中的實施目標。步驟6地下水占農業灌溉取水比率和地下水占工業生產取水比率的標準，依據山西省到2025年壓采地下水7×108m3，2030年壓采地下水9×108m3的壓采計劃分級確定。步驟7外調水利用率標準依據《關于開展山西大水網縣域供水規劃設計工作的通知》黃河干流水分配到相關地市的結果分級確定。

　　2.3.3指標隸屬函數的選用

　　本文在《水文水資源系統模糊識別理論》[3]中隸屬函數公式的基礎上進行改進，將原隸屬函數改進為劃小區間的隸屬函數。對于數值越大模糊級別越優的指標(如人均水資源量、節水灌溉率)。

　　2.4水資源綜合系統模糊評價

　　水資源綜合系統不同子系統存在指標之間涵義跨度大、量綱不一致、評判標準依據來源不統一等問題，因此不能用以往簡單的模糊聚類分析方法進行評價，應采用考慮不同子系統不同指標的小區間變權重進行評價。

　　①水資源開發利用子系統中陽泉、晉城、忻州、呂梁和臨汾模糊級別優的隸屬度較大，太原、大同、長治、朔州、晉中、運城模糊級別中的隸屬度較大。②水資源節約子系統中大同、長治、晉城、朔州、忻州、呂梁、晉中、臨汾、運城模糊級別優的隸屬度較大;太原和陽泉模糊級別劣的隸屬度較大。③水資源保護方面，晉城、忻州、臨汾模糊級別優的隸屬度大;陽泉、長治、呂梁、運城模糊級別中的隸屬度較大;太原、大同、朔州和晉中模糊級別劣的隸屬度偏大。

　　太原、晉中、運城水資源綜合評價模糊級別較差，其余地市相對較好，但這只是地市間的相對比較，全省水資源系統仍存在各種問題。由此建議：①針對全省普遍缺水的現狀，優化配置水資源，充分利用非傳統水源，優先使用當地地表水，采用跨流域調水替代地下水。

　　②每公頃灌溉取水量高的太原、陽泉、忻州、呂梁和臨汾，節水灌溉率低的忻州、朔州和運城，應加快農業高效節水的發展步伐;針對全省萬元工業增加值取水量均高于華北區先進水平的現狀，應調整產業結構，限制高耗水產業發展;對城鎮居民生活日用水量高的太原和陽泉等地應控制人口高速增長。③地下水超采較嚴重的太原、大同、晉中、晉城、運城等地區，應加大地下水超采區綜合治理和巖溶大泉保護力度;各地均應加強廢污水和礦坑水的處理及回用。

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　　3結論

　　a.從水資源開發、節約和保護出發，所選指標突出山西省水資源的短板，依據國家和山西省對水資源的定量約束，構建模糊評判矩陣，采用小區間多層次計算隸屬度，比簡單的模糊聚類方法更加客觀科學。

　　b.本文方法對其他區域水資源評價有借鑒作用，但地市分區相對宏觀，應對縣域分區進行深入研究。

　　參考文獻：

　　[1]王先慶，李博，鄭建.基于灰色關聯-網絡層次分析模型的水資源安全綜合評價[J].南水北調與水利科技，2019，17(4)：87-93.

　　[2]余金龍.基于BP神經網絡的水環境承載力研究[D].寧夏：寧夏大學，2018.

　　[3]陳守煜.水文水資源系統模糊識別理論[M]，大連：大連理工大學出版社，1992

　　作者：楊士榮，狄帆