基于层次分析法的椒江流域水量分配研究
Research on Water Allocation of Jiaojiang River Basin Based on Analytic Hierarchy Process
王丽婷，田传冲，马海波，周 芬
（浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州）
【来源】 (Source) |
《tpy111太平洋在线学报》2023年第1期 P1-5页 |
【分类号】 |
TV213.4 |
【文献标识码】 (Doi) |
10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2023.01.001 |
【分类导航】 |
工业技术->水利工程->水资源调查与水利规划 |
【关 键 词】 (KeyWords) |
椒江流域；水资源可利用量；用水总量；层次分析法；水量分配方案；可分配水量；控制指标 |
【摘要】 (Abstract) |
以椒江流域为研究区，以流域水资源可利用量和用水总量控制指标为约束，综合考虑水资源禀赋、供水安全保障、经济安全保障、粮食安全保障、用水效率与效益、规划用水需求等因素，基于层次分析法建立水量分配指标体系，在计算研究区可分配水量的基础上，确定了各县级行政区生活生产取用水份额。 |
【基金】 (Foundation) |
浙江省水利厅科技计划项目:浙江省中小河流生态流量核算方法及监管研究(RA2008) 浙江省水利厅科技计划项目:椒江流域水量分配及水量调度关键技术研究(RB1910) |
【引用本文】 |
王丽婷，田传冲，马海波，等.基于层次分析法的椒江流域水量分配研究[J].tpy111太平洋在线学报,2023,01:1-5 |
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基于层次分析法的椒江流域水量分配研究
王丽婷，田传冲，马海波，周 芬
（浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002）
摘 要：以椒江流域为研究区，以流域水资源可利用量和用水总量控制指标为约束，综合考虑水资源禀赋、供水安全保障、经济安全保障、粮食安全保障、用水效率与效益、规划用水需求等因素，基于层次分析法建立水量分配指标体系，在计算研究区可分配水量的基础上，确定了各县级行政区生活生产取用水份额。
关键词：椒江流域；水资源可利用量；用水总量；层次分析法；水量分配方案；可分配水量；控制指标
0 引言
开展江河流域水量分配是有效控制用水总量、实现水资源空间均衡的重要手段， 是强化水资源监管、落实最严格水资源管理制度的重要抓手，也是推动区域经济发展与水资源配置统筹协调的重要措施，更是维系生态环境良性循环、实现水资源可持续利用的迫切需要［1］。 2019 年全国水利工作会议明确要求“抓好江河分水，做好跨省江河水量分配工作，加快推进跨市县河流水量分配， 做到应分尽分”［2］。通过水量分配方案确定各县级行政区用水份额是实施用水总量控制和定额管理相结合制度的重要基础，也是促进流域水资源有序开发利用的重要基础，对于维系生态环境的良性循环、 促进水资源的节约保护具有重要意义。
近年来，流域水量分配研究成果越来越多。王洪淼等根据《水资源综合规划》配置成果和用水总量控制指标，确定了辉发河流域各市地表水可分配水量［3］；胡美红等分别采用用水定额预测法、 分类权重法及面积权重法对沩水流域进行水量分配， 并将其平均值作为分配成果［4］；肖仕宏采用比例分配法对南渡河流域进行水量分配，主要考虑产水量占比、人口占比、GDP 占比、节水条件下用水份额等因素［5］。 由于水量分配涉及的因素较多， 目前尚未形成较为成熟的计算方法。本研究拟采用层次分析法，从水资源禀赋、供水安全保障、经济安全保障、粮食安全保障、用水效率与效益、 规划用水需求等6 个维度综合构建水量分配体系，开展椒江流域水量分配研究。
1 研究区概况
椒江流域位于浙江省中部沿海，流域面积6 672 km2，涉及台州市的仙居县、天台县、临海县、黄岩区、椒江区，以及温州市永嘉县、绍兴市新昌县、金华市磐安县、丽水市缙云县。 考虑到温黄平原、玉环市部分用水需由椒江流域统一调配解决， 故本次将温黄平原和玉环岛一并纳入本次椒江流域水量分配范围，合计总面积8 329 km2，具体情况如表1 所示。 分配范围主要为台州市各区县，面积比重达到94.1%，人口、GDP、 农田灌溉面积比重均达到98%以上；金华市磐安县、丽水市缙云县、绍兴市新昌县和温州市永嘉县位于椒江流域干支流源头区， 区域内人口和耕地等生产力要素较少。
表1 研究区行政区情况统计表
Tab.1 Statistics of administrative district in the study area
2 研究方法
2.1 技术路线
系统收集椒江流域水资源及其开发利用现状资料，结合第三次水资源调查评价成果，分析流域水资源开发利用状况及其变化趋势。 以水资源节约保护与利用总体规划为基础， 科学分析流域未来经济社会发展对水资源的需求。 以流域内各县级行政区为分配对象，在厉行节水优先、生态优先的前提下，以流域水资源可利用量和用水总量控制指标为约束，统筹考虑调入与调出水量、河道内与河道外用水、各级行政区用水关系，建立水量分配指标体系，研究拟定流域水量分配方案，并进行方案的合理性评价。椒江流域水量分配方案技术路线如图1 所示。
图1 椒江流域水量分配技术路线图
Fig.1 Technology roadmap of water allocation of Jiaojiang River basin
2.2 水量分配方法
目前， 常用的水量分配方法有用水定额法、分类权重法、层次分析法等［6-9］，其中，用水定额法基于需水预测成果进行分配，主要适用于水资源比较丰富地区；分类权重法对不同类别用水（生活、工业、农业）赋予不同的权重和优先序，根据各用水区各类用水的分水权重进行分配，主要适用于水资源比较短缺地区；层次分析法根据建立的水量分配指标体系进行水量分配，主要适用于复杂的模糊综合评价系统。 新时期水量分配不仅要求分水权利基本均等、合理，还要考虑节水优先、水资源集约节约利用以及区域可持续发展等因素。 因此，本研究采用层次分析法进行水量分配。 在综合考虑保障区域水资源禀赋、用水效率和效益、供水安全、经济安全、粮食安全、 未来经济社会发展供水安全保障等条件下，选取多年平均地表水资源量、万元GDP 用水量、常住人口、国内生产总值、农田有效灌溉面积、规划需水量等6 个分配指标。 具体计算步骤为：
（1）构建水量分配指标体系，建立指标特征值矩阵A。设有m 个用水区域、n 个分水指标组成系统指标集，aij（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）为第i 用水区域第j 类用水指标特征值， 则指标特征值矩阵A 如式（1）所示。
（2）将矩阵A 进行无量纲化处理，结果如式（2）所示。
（3）设置分水指标的权重wj。
（4）应用式（3）计算各用水区域分水总权重Wi。
式中：Wi 为第i 用水区域分水比，%；rij 为第i用水区域j 类用水指标权重值；wj 为第j 类用水指标权重值。
（5）应用式（4）计算各用水区域分配水量Qi。
式中：Qi 为第i 用水区域分配水量， 亿m3；qi 为第i 用水区域基准年分配水量， 亿m3；Qd 为流域可分配水量，亿m3。
3 可分配水量分析
可分配水量不应超过水资源可利用量和区域用水总量控制指标［10］。
3.1 地表水资源可利用量
研究区多年平均地表水资源量为32.15 亿m3。根据台州市第三次水资源调查评价成果， 地表水资源量中扣除维护生态环境的最小需水量和不能控制利用而下泄的水量， 估算出研究区在50%、75%、90%、95%频率下地表水资源可利用量分别为31.65亿m3、27.21 亿m3、23.60 亿m3、21.60 亿m3。
3.2 用水总量控制指标
根据浙江省下达的各设区市2025 年和2030 年用水总量控制指标， 结合各设区市近年来实际用水情况及其在椒江流域内的用水量占用水总量比例（2018～2020 年平均值）， 确定各设区市涉及研究区内的用水总量控制指标， 从而得到流域用水总量控制指标，具体如表2 所示。 由表2 可知，研究区2025年、2030 年用水总量控制指标分别为18.33 亿m3 和18.78 亿m3。
表2 研究区用水总量控制指标
Tab.2 Control index of total water consumption in the study area
3.3 可分配水量
为落实节水优先的要求， 本次可分配水量取地表水资源可利用量和流域用水总量控制指标中的较小值。 根据研究区地表水资源可利用量和用水总量控制指标，确定研究区2025 年、2030 年不同保证率下的可分配水量分别为18.33 亿m3 和18.78 亿m3。
4 水量分配方案
4.1 指标体系
（1） 水资源禀赋。 重点关注区域本地水资源情况，选择区域多年平均地表水资源量指标，反映水资源禀赋条件。（2）用水效率与效益。重点关注区域整体用水水平，选取单位GDP 用水量指标，反映用水效率。（3）供水安全保障。重点关注居民生活用水得以充分保障，选择区域常住人口指标，反映生活用水规模。（4）经济安全保障。重点关注经济发展用水安全保障，选取各区域国内生产总值，反映生产用水的规模。（5）粮食安全保障。重点关注农业用水安全保障，选取农田有效灌溉面积指标，反映农业用水的规模。（6）规划用水保障。重点关注各区域规划的需水情况，选择规划水平年各分区需水总量指标，反映区域用水规模。
椒江流域各县级行政区水量分配指标特征值如表3 所示。
表3 研究区各县级行政区水量分配指标特征值
Tab.3 Characteristic value of water allocation index for each county-level administrative district in the study area
4.2 指标权重
为消除各指标权重差异带来的不足，本研究设各分水指标的权重相同，即每个指标的权重均为1／6。
4.3 分配结果
以《浙江省水利厅关于印发2020 年市、县（市、区） 用水总量和强度双控指标的函》（浙水函〔2020〕213 号）中椒江流域各县级行政区2020 年分配水量为基准，以确定的可分配水量为总量控制，根据各县级行政区分水指标特征值和权重计算出各县级行政区不同频率条件下的分配水量，如表4 所示。
由表4 可知， 同一用水区域同一水平年不同来水频率的分配水量差别不大， 主要由于椒江流域属于丰水地区， 不同来水频率的可分配水量均以用水总量控制指标为约束；如遇枯水年份，分配水量受本地水资源禀赋指标影响较大，仙居县、天台县等源头水资源充沛地区分水比例较大，温岭市、玉环市等水资源不足地区分水比例较小。
表4 研究区水量分配成果表
Tab.4 Water allocation in the study area
5 成果合理性分析
5.1 水资源开发利用程度分析
目前， 国内外公认的水资源开发利用率极限为40%，合理阈值为30%。 椒江流域多年平均地表水资源总量为78.80 亿m3，2020 年椒江流域水资源利用量为13.0 亿m3，水资源开发利用率为16.50%。 在多年平均来水情况下，2025 年分配水量为18.33 亿m3，水资源开发利用率为23.26%；2030 年分配水量为18.78 亿m3，水资源开发利用率为23.83%。由此可见，随着经济社会的发展，椒江流域需水量不断增加，水资源开发利用程度也在逐步提高，但仍处于合理范围内。
5.2 水资源承载能力分析
参考《建立全国水资源承载能力监测预警机制技术大纲》对水资源承载状况的判别标准，以年用水总量占可分配水量比例为参数， 对各分区规划水平年水资源承载能力进行评价， 得出2025 年和2035年各分区水量要素均不超载，承载力指标在0.7～0.9之间， 各分区均能以充足的水量支撑经济社会发展的结论。这也表明，研究区内水量分配成果是公平合理且可持续的。
5.3 分配水量与经济社会发展匹配性分析
本研究引用水资源分布基尼系数量化水资源要素与经济要素的空间匹配程度， 分析推荐方案分配水量与各分区GDP、人口、耕地面积等经济社会发展要素匹配程度，其计算公式为式（5）［11］。
式中：G 为分配水量-经济要素基尼系数；xi 为第i 个单元的水资源要素累计比例；yi 为第i 个单元的经济要素累计比例。
参考有关资料，基尼系数在0.2 以下时，表示分配水量与经济社会发展高度匹配或绝对匹配； 在0.2～0.4 时，表示其相对匹配；大于0.4 时，表示不匹配，且基尼系数越大，匹配性越差。
经计算，分配水量与各分区GDP、人口、耕地面积等经济社会发展要素匹配程度如表5 所示。
表5 分配水量-经济要素基尼系数
Tab.5 Water allocation and Gini coefficient of economic factor
根据表5 可知， 分配水量-经济要素基尼系数总体较低，均小于0.2，其中分配水量与经济发展水平（GDP）的基尼系数为0.04，与人口的基尼系数为0.01，与耕地面积的基尼系数为0.04，各分区分配水量与经济社会发展水平处于“高度匹配”状态。 这表明，水量分配方案与各分区经济社会发展是匹配的。
6 结语
本研究以流域水资源可利用量和用水总量控制指标为约束，综合考虑水资源禀赋、供水安全保障、经济安全保障、粮食安全保障、用水效率与效益、规划用水需求等因素， 基于层次分析法建立水量分配指标体系，确定各县级行政区生活生产取用水份额。从水资源开发利用程度、水资源承载能力、分配成果与经济社会发展匹配性等角度分析， 该分配方案是基本公平合理的。
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Research on Water Allocation of Jiaojiang River Basin Based on Analytic Hierarchy Process
WANG Liting， TIAN Chuanchong， MA Haibo， ZHOU Fen
（Zhejiang Design Institute of Water Conservancy ＆ Hydro-electric Power Co.，Ltd.， Hangzhou 310002，Zhejiang， China）
Abstract： Taking Jiaojiang River basin as the research area， according to the amount usable of basin water resources and the control index of total water consumption， it comprehensively considered the water resources endowment， water supply security， economic safety security， food safety security， water use efficiency and benefit， planned water demand and other factors. Based on the water allocation index system of analytic hierarchy process， according to the calculation of the allocatable water in the study area， it determined the share of water used for domestic production in each county-level administrative district.
Key Words： Jiaojiang River basin； amount usable of water resources； total water consumption； Analytic Hierarchy Process； scheme of water allocation； allocatable water； control index
作者简介：王丽婷（1989—），女，江苏南通人，工程师，硕士，主要从事水资源规划、水利工程规划与设计工作。
[责任编辑 杨明庆]
