摘要：針對山西省水資源系統(tǒng)存在的水資源短缺、節(jié)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(tǒng)矩陣，以最嚴格水資源管理、節(jié)水評價技術要求和地下水壓采計劃等為依據(jù)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(shù)模型，逐層計算山西省水資源系統(tǒng)3個子系統(tǒng)14個指標154個因子對應于劣、中、優(yōu)模糊等級的隸屬度，得出3個子系統(tǒng)16個指標11個地市的排序結果及綜合系統(tǒng)的3個子系統(tǒng)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(fā)展;水資源系統(tǒng);水資源開發(fā);水資源節(jié)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(fā)展高耗水產(chǎn)業(yè)、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(tài)環(huán)境保護、推進水資源節(jié)約集約利用和黃河流域高質量發(fā)展”重要精神，科學有效地制定山西省水資源高質量發(fā)展規(guī)劃，完善區(qū)域內水資源系統(tǒng)的空間布局，有必要客觀、全面地評價山西省水資源系統(tǒng)。目前，水資源評價常見方法有灰色關聯(lián)法[1]、神經(jīng)網(wǎng)絡評價法[2]、模糊綜合評價法[3]等。

　　其中灰色關聯(lián)法和神經(jīng)網(wǎng)絡法適合缺少標準約束的情況，通過數(shù)據(jù)間的關聯(lián)推理完成，更適用于時空預測;模糊數(shù)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(tǒng)評價。本文在水文水資源系統(tǒng)模糊識別理論[3]的基礎上，以山西省水資源高質量發(fā)展和山西省節(jié)水型社會“十四五”規(guī)劃為基礎研究內容，構建小區(qū)間的多層變權重模糊評價模型，選擇子系統(tǒng)和評價指標時針對山西省水資源系統(tǒng)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(fā)展和管理方面開發(fā)、節(jié)約和保護的嚴格要求，旨在為水資源系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)復雜性和層次性的特點，重視當前節(jié)水優(yōu)先及水生態(tài)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(fā)利用子系統(tǒng)X1、水資源節(jié)約子系統(tǒng)X2、水資源保護子系統(tǒng)X3共3個子系統(tǒng)。設水資源系統(tǒng)為X，子系統(tǒng)為Xk，則：X=(Xk)(1)Xk=()xi，j(2)式中，k為子系統(tǒng)排序，k=1，2，…，b，本文選取3個子系統(tǒng)，b=3;xi，j為第i個指標第j個因子的數(shù)值;i為第k子系統(tǒng)第i個指標的排序，i=1，2，…，m，不同子系統(tǒng)的m取值不同;j為第k子系統(tǒng)第j個因子的排序，j=1，2，…，n，不同子系統(tǒng)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(tǒng)存在的問題選取各個子系統(tǒng)的評價指標，其中水資源開發(fā)利用子系統(tǒng)X1選4個指標(m=4)，水資源節(jié)約子系統(tǒng)X2選5個指標(m=5)，水資源保護子系統(tǒng)X3選5個指標(m=5)。人均水資源量、地表水資源開發(fā)利用率和地下水資源開發(fā)利用率依據(jù)《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(qū)依據(jù)《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(shù)據(jù)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(tǒng)X的3個子系統(tǒng)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(yōu)的隸屬度描述。由此計算系統(tǒng)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(jù)。

　　2.3.1構建模糊評判矩陣

　　模糊評判矩陣為不同子系統(tǒng)、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(tǒng)的模糊評判標準矩陣;yi，h為第k個子系統(tǒng)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(lián)合國系統(tǒng)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(fā)利用率、城鄉(xiāng)生態(tài)用水利用率和城市污水排放率標準根據(jù)《2018年中國水資源公報》北方6區(qū)、黃河流域和海河流域的數(shù)據(jù)，選取最小數(shù)值為劣級，平均數(shù)值為中級，全國平均數(shù)值為優(yōu)級。

　　步驟3農(nóng)業(yè)灌溉每公頃取水量、節(jié)水灌溉率、萬元工業(yè)增加值取水量標準均依據(jù)《規(guī)劃建設項目節(jié)水評價技術要求》附表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國最劣值、華北分區(qū)的平均值和先進值分別代表劣、中和優(yōu)的標準。步驟4城鎮(zhèn)居民生活和農(nóng)村居民生活人均日用水量，依據(jù)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(jù)《山西省人民政府關于山西省地下水超采區(qū)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(nóng)業(yè)灌溉取水比率和地下水占工業(yè)生產(chǎn)取水比率的標準，依據(jù)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(jù)《關于開展山西大水網(wǎng)縣域供水規(guī)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(shù)的選用

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

　　2.4水資源綜合系統(tǒng)模糊評價

　　水資源綜合系統(tǒng)不同子系統(tǒng)存在指標之間涵義跨度大、量綱不一致、評判標準依據(jù)來源不統(tǒng)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(tǒng)不同指標的小區(qū)間變權重進行評價。

　�、偎�資源開發(fā)利用子系統(tǒng)中陽泉、晉城、忻州、呂梁和臨汾模糊級別優(yōu)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(jié)約子系統(tǒng)中大同、長治、晉城、朔州、忻州、呂梁、晉中、臨汾、運城模糊級別優(yōu)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(yōu)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(tǒng)仍存在各種問題。由此建議：①針對全省普遍缺水的現(xiàn)狀，優(yōu)化配置水資源，充分利用非傳統(tǒng)水源，優(yōu)先使用當?shù)氐乇硭�，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(jié)水灌溉率低的忻州、朔州和運城，應加快農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的發(fā)展步伐;針對全省萬元工業(yè)增加值取水量均高于華北區(qū)先進水平的現(xiàn)狀，應調整產(chǎn)業(yè)結構，限制高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展;對城鎮(zhèn)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(qū)，應加大地下水超采區(qū)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(fā)、節(jié)約和保護出發(fā)，所選指標突出山西省水資源的短板，依據(jù)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(qū)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(qū)域水資源評價有借鑒作用，但地市分區(qū)相對宏觀，應對縣域分區(qū)進行深入研究。

　　參考文獻：

　　[1]王先慶，李博，鄭建.基于灰色關聯(lián)-網(wǎng)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.

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　　[3]陳守煜.水文水資源系統(tǒng)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