大连市水资源开发利用风险评价

DOI：1 0266 1 6/j.cnki.20-1326/TV. 2020.02.05大连市水资源开发利用风险评价宏瑾靓（辽宁省大连水文局，辽宁大连116023）【摘 要】 随着沿海地区的开发建设，大连市水资源开发利用在经济发展进程中发挥着越来越重要的作用。为更

加科学、合理地开发利用该区域水资源并探讨其风险现状，本文分别从水资源开发利用状况、水资源现状、社会经 济水平等方面建立评价体系，根据不同的突变类型确定各指标的风险值，然后运用突变理论对水资源开发利用风 险进行评价。研究表明：大连市水资源开发利用处于高度风险状态，评价结果基本能够反映区域水资源利用现状;

所建立的评价体系和风险等级标准具有较强的科学性、合理性，可为该区域水资源管理规划和风险决策提供参考 依据。【关键词】水资源；开发利用；风险评价;指标体系；大连市中图分类号：TV213. 4 文献标志码：B 文章编号：2096-0131 （2020） 02-018-04Risk assessment of water resources development and utilization in DalianHONG Jinliang(Dalian Wat OffaOs Bureau $ Dalian 116023 , China)Abstract: With the development and construction of coastal areas, the development and utilization of wateo resources in

Dalian is playing an increasingly irnpoOant ole in the process of economic development. In oOer te develop and utiliee the

water resources in this ogion more scientifically and otionally , as well as te explore its risk status quo, this papeo establishes evaluation systems from the aspects of water resources development and utilization status, water resources status

quo, social and economic level, etc. The risk value of each index is determined according ta diieont mutation types, and

then eeayuatestheossk ;ewateooes;uocesdeeeypmentand utsyseatsn bymutatsn the;oyLTheoeseaoch sh;wsthatthe development and utilization of water resources in Dalian is at a high risk, and the evaluation osults can basically oeect the

cu oentsstuatson oeoegsonaywateooesouocesutsyseatsonLTheestabysshed eeayuatson system and ossk goadestandaod aoe scientific and reasonable, which can provide reference basis for water resources management planning and risk decision­

making in the ogion.Key woiTs: water resources ； development and utilization ； risk assessment ； index system ； Dalian水资源过度开发利用、全球气候变化异常、水环境

一⑴。许多学者针对水资源利用问题开展了大量研

系统破坏以及水体浪费严重等使得部分区域水资源短 缺问题日趋突出,目前对于水资源开发利用风险的研 究已成为国内水文领域研究的热点和主要方向之收稿日期：2019-01-11究，并建立了多种理论模型和分析方法,如王颖等2归 类总结了水资源风险的基本内涵，并在此基础上提出 了初步的数学化定义;张建龙等⑶采用B/S系统架构

，-作者简介：宏瑾靓（1980-），女,工程师，学士，主要从事工程水文、水利工程施工、水资源管理等工作・18・___________________________________________________________________宏瑾靓/大连市水资源开发利用风险评价o水资管管理和事例推理理论,运用信息实体与事例推理网集合对 矿井水资源开发利用风险进行了分析;周璞等⑷针对 我国各省区的水资源开发利用合理性,运用模糊综合 法和协调度指数法进行了科学评价;吕宝华等⑸研究

31.09亿m3 o全市河网发育水平较高,共有大小河流

200多条,主要有庄河、英那河以及碧流河等,水资源 总量受季节性特别是汛期的影响较大。该区域经济发 展速度较快,工业增长稳定,人口密集,水资源使用量 较大，随着沿海地区的不断开发建设，水资源利用问题

认为辽宁省处于严重缺水状态,水资源供需矛盾紧张

且开发利用程度较高,未来水资源供需矛盾将更加突 出。综上分析，本文结合相关资料和区域水资源状况, 从多个方面建立了评价体系,运用突变理论对大连市 水资源开发利用风险进行科学研究。在进行评价分析

日趋突出⑹。2突变理论简介2. 1突变理论20世纪70年代突变理论被提出，并被用于动态系

时，主要运用归一化公式中各指标的机制、影响和作用 判定其对评价结果的影响程度,采用定量与定性相结 合的方法,降低人为主观性的影响并提高风险评价的

统的不连续现状分析，它是一种描述连续性变量跳跃

性演变成质变的数学理论⑺。此理论所涉及的数学基 础知识相对较深,但所应用的数学计算模型比较简单,

准确性、合理性与科学性,并且该方法所需要的计算样 本相对较少。通常所应用的突变理论其本质是一种初等的突变理

1大连市区域概况大连市是东北地区沿海城市，面积12573. 85km2, 位于辽东半岛的南端。其地形地貌以山地丘陵为主,

论。在初等突变理论中对于临界点的分类可根据势函 数的变化来确定,并利用不连续的临界点特征对相关

数据进行深入分析。在势函数体系中主要包含控制与 状态变量,其中反映系统行为状态的参数即为状态变

地势结构由北向南整体呈现降低趋势。全市水资源总 量较少并且在时空分布上极不均衡,属于严重缺水型

量，因此也可称为行为变量;而控制变量是影响行为状 态的特征要素。控制变量个数不超过4个时,所对应 的状态变量不超过2个，并且突变类型共有7个。尖

沿海城市;近邻海洋，海岸线较长，为具有海洋性气候

特点的性季风气候,全市多年降水量在550〜 950―之间，且主要集中在夏季，年均水资源总量为

点突变、燕尾突变、折叠突变和蝴蝶突变是突变模型中

常有的集中形式，各形式特征要素和表达式见表1。表1常用的突变模型的特征要素和势函数模型突变类型折叠突变控制变量维数状态变量维数势

121111J — <^-3 + $-(函 数尖点突变— < *- ^2-$— + b-燕尾突变3Jabc —

(<

K ~3~a— K +-—

+ CX蝴蝶突变4Ja-cd ( — < ~1~— K +$—4 K +-— K +C—2 + d—影响水资源开发利用风险的因素较多且各因素之

并导致系统状态的破坏⑻。所以，在水资源开发利用

间相互影响,用于风险分析的方法与指标参数存在一 定差异，因此准确、客观地判定系统处于突变状态还是

风险分析过程中突变理论具有良好的可行性与适用

性，许多学者对此进行了大量的分析研究。如李继清 等⑼以长江流域为例，利用突变评价理论建立了流域 洪灾风险评价指标体系,并评估了 1995—2000年该流

连续稳定状态仍存在较大的困难;另外,开发利用危害 与突变理论具有良好的一致性,如果水资源供需差值

未落在系统的稳定发展保障区域,则很可能产生突变 域的洪灾风险状态;Chen等10以大连市为例,利用突,-・1 9・水咨源开发与管理2020年•第2期变评价模型客观、科学地评价了该区域水资源可持续 利用状态。尖点突变模型在分析评价水资源利用风险以及影 响因素之间的响应模式方面，具有广泛的应用前景并容

易被人接受,通过对区域水资源开发利用风险的分析能 够为水资源科学管理和可持续利用提供一定参考依据。

2.2尖点突变模型尖点突变模型主要是由两个控制变量和一个状态

变量组成的势函数，其表达式为V(x)二：4 + u： + vx

(1)式中:X为水资源系统的状态变量；u、分别为水资源

系统的主、次控制变量。该方程的几何图形是由势函数的临界点所决定

的,结合上述函数特征可知,该图形为一个曲面并称为 平衡超曲面，表达式为4x3 + 2 ux + x 二 0 (2)对势函数进行二次求导得到相应的奇点方程,然

后联立方程消除,从而可得到分歧集方程,表达式为B < 8 M +27 V2 二 0

(3)分歧集B即为在平面上平衡超曲面的投影，在折 叠曲线边缘位置上平衡超曲面上的点可发生突跳,平

衡超曲面随着控制变量的变化逐渐出现扭曲并形成折 叠。最终,可能在超曲面上形成两个稳定的和一个不

稳定的平衡位置，稳定位置发生在上、下两个部分，而

中间部分为不稳定的突跳位置。系统状态在跨越中间

折叠线后将出现突变，因此对其是否发生突变可按照 判别公式进行分析，判别公式！二8 M +27 V2 < 0时,

则可判定系统为突变状态。所以，找出突变区间即为

水资源开发利用风险评价模型的主要内容,通过系统 管控有效防止水资源系统突变的发生。2.3评价准则运用突变理论对水资源开发利用风险进行综合评 价分析时,应结合区域水资源实际状况选择合适的评

价准则:控制变量互补准则，各控制变量如果在系统中 可以弥补彼此之间的不足,则可选择较大：均值，即选

择Xa、Xb、Xc、X>的平均值分别与控制变量a#L、c、d相

・20・对应;控制变量非互补准则，变量在系统中无法达到彼

此的互补或者不可相互替代时,应根据“大中取小”的 原则确定相应的值，即系统中：值应选择突变级数值

最小的控制变量。另外，在假定某一阈值的条件下，变 量达到这种状态时方可出现互补准则。3水资源开发利用风险评价3.1开发利用风险的概念水资源的过度开采利用致使生态环境与水资源问

题更加突出，并且由于水资源管理措施不当、认识深度

不够以及监测不到位等,对水环境质量和供需水量造 成不利影响，从而使得水源污染、断流、缺水等水安全 事件频繁发生,11-。在水资源开发过程中这些不利后

果与影响因素均具有一定的不确定性，因此必须考虑 其风险影响作用。水系统是一个涉及生态、经济、社会

及其本身的庞大体系，并且各因素之间相互耦合、互相

影响，具有一定的复杂性与结构性特征，外部环境与系

统内部各要素之间时刻存在着信息传递、能量传输以

及物质交换等过程，因此其概念内涵极其复杂且内容 丰富。对水资源开发利用风险可概括为:在指定的时

空环境条件下各种不确定性影响因素对水资源开发利 用活动产生一定的影响作用,并可能发生不利事件及

造成不同程度损失。其中不利事件及其发生风险的概

率、成因对经济、社会、生态以及环境造成的危害程度 和影响作用主要有生态功能退化、地下水位下降、水资

源枯竭、水土流失等，12- O3.2构建评价体系与分级标准水资源开发利用问题是一个涉及生态、经济与人

类活动的多层次复杂问题，因此在选取评价指标时不 仅要考虑水资源数量与社会经济方面的内容,而且还

涉及水资源开发利用效率及开发利用水平等方面的指 标。本文结合已有文献资料和大连市水资源现状，在

遵循层次性、系统性、代表性、科学性原则的基础上建

立了风险评价体系，见表2 o目前，由于还未形成较为系统、完善的水资源开发 利用风险评价标准，本文将其风险等级划分为I〜V

级5个标准体系，见表3 o___________________________________________________________________宏瑾靓/大连市水资源开发利用风险评价o水资管管理表2大连市水资源开发利用风险评价体系目标层准则层指标层指标内涵属性C11/mm年均降水量+水资源现状Ci2/（m3/人）人均占有量+C13/（ m3/m2 ）用水模数+大连市水 C21/%开发利用程度-资源开发

利用风险 开发利用\"22/（m3/人）人均用水量-水平评价I9C2s/（ m3/亩）亩均灌溉用水量-C24/（ m3/万元）万元GDP用水量-社会经济C31/%GDP增长率-水平9C32/Z0O人口增长率-表3大连市水资源开发利用风险等级标准风险等级IV综合值<0.30.3 〜0.50.5 〜0.80.8 〜0.95>0. 95风险水平微度轻度中度高度极度3. 3突变级数转换根据大连市2016年水资源公报、工作报告、

统计年鉴等数据资料,对上述各指标初始数值进行提 取,然后结合各指标基本内涵及其属性分别采用相应

公式进行归一化处理，计算方法如下：对于正向指标即评价值越大则水资源开发利用风 险越低型指标,其归一化处理公式为J ( — ) max — ( — ) min对于负向指标即评价值越小则水资源开发利用风险越低型指标,其归一化处理公式为式中:%为第'个评价样本中的第(项评价指标的标准

值；(—J mx、( — ) mi分别为在不同样本中同一评价指 标—的最大值和最小值。对各指标初始值分别运用式(4 )、式(5)进行归一

化处理，可得到大连市各分区水资源开发利用风险指 标的隶属度，见表4。3.4结果分析根据各指标之间的相互关系和重要性准则，按照

从下至上的顺序进行递归计算,分别得到评价体系各 层次的风险程度，结果见表5。表4大连市各行政区水资源开发利用风险指标隶属度指标层长海县瓦房店市普兰店市庄河市全市C110. 4250. 4860. 5250. 5680. 530C120. 4780. 5570.9160. 5620. 558C130. 20. 7820.7880. 3370. 482C210. 4810.6040.7820. 1560. 426C220. 5980. 5850. 1510. 1420. 424C230. 2860. 3800.6740. 5350. 351C240.6030. 8260. 0670. 2330. 407C310. 2880. 5570.6820. 5610. 402C320. 7210. 8020. 1350. 3440. 493表5大连市各分区水资源开发利用风险值评价结果指标层长海县瓦房店市普兰店市庄河市全市C110.6520. 7230. 7720. 7520. 728C120. 7840. 9710. 5480. 8300. 826C130.7150. 9360. 7610. 7700. 835C210.6960. 8850. 5240. 3960.2C220. 8450. 5320. 9360. 5210. 773C230. 7330. 9070. 7510. 8560. 836C240. 9060. 5860. 9680. 7440.635C310. 5380. 8210. 7700. 7480. 791C320. 20. 5080. 7420. 7050. 79690.7150. 8780.6910. 7800. 75090. 7920. 7250. 7960.6320. 750.7170.6610. 7520. 7240.712I0. 20.9120. 60. 8870. 905由表5计算结果可知，评价指标\"2在瓦房店市测

为0. 971，达到极度风险，由此表明该区域人均水资源量 较低,其可开发利用水平较弱;该指标在其他各分区范

围处于0. 548〜0. 830,整体处于中等水平；同理,依次分

析其他各项指标在各分区的水平。大连市水资源开发

利用综合评价结果显示：各分区整体处于0. 88〜0. 91

范围,处于较高的风险状态，并以瓦房店市风险水平最 为突出，全市风险评价综合值为0. 905，为高度风险。4 结 论本文结合相关资料和区域水资源状况，分别从开 发利用状况、水资源现状、社会经济水平等方面建立评

价体系, 运用突变理论对大连市水资源开发利用风险 进行科学研究，得出如下结论：

(下转第29页)・2 1・__________________________________________________陆晶晶/ “城市双修”理念下营山老城区河道整治规划策略管理 保生态保保5 结 语“城市双修”理念对河道整治提出了新的要求,作

计策略一一以宜昌市沙河综合整治工程为例:J] •华中建

筑,2018,36(7) ：73-77.[3 ]刘学红，范学军，“城市双修”视角下的黑臭河道治理方

为城市中最具生命力和活力的区域,河道及滨水空间 是“城市双修”的重要实践对象。本文从水体治理和

案一一以南京铁心桥街道为例[J].规划师,2017,33 ( S2 )：

15-21.[4 ]姜乖妮,张坦•基于“城市双修”理念的城市滨水空间设计

修复、沿岸功能提升两方面出发，结合营山县老城区 “城市双修”工作，提出截污纳管、补水保水、护岸设 计、海绵设施布局等规划措施,改善河道及沿岸区域的

策略一一以张家口市清水河滨水空间为例[J] •城市问题, 2018(3) ：42-7.[5 ]倪敏东，陈哲，左卫敏•“城市双修”理念下的生态地区城市

整体风貌，提升城市品质和人居环境。营山县于2018

设计策略一一以宁波小浃江片区为例[J] •规划师,2017,

33(3) ：31-36.[6 ]葛扬•复合型河道曝气工艺对黑臭河道的净化效果研究

[J] •安徽农学通报,2016,22(6)：108-110.年11月成立“城市双修”指挥部，已开展沿岸房屋评 估、征收、拆除等工作，逐步推进河道整治及其他双修

工作。!参考文献:1 ]黄经南，徐蒙潇,张子玉•“城市双修”背景下潍坊城区河道

[7] 王美丽•曝气对黑臭河道水体污染修复的影响研究[D].

石家庄:河北科技大学,2015.整治规划实施探索,J] •规划师,2017,33(S2)：22-26.:2 ]涂丁,刘尹祯•“城市双修”理念下的海绵城市生态绿地设[8] 李涵，耿晓明.LID低影响开发理念在城区雨水径流控制

管理中的运用[J].水资源开发与管理,2019(6) ：36-40.%上接第21页)a. 评价指标C12在瓦房店市测为0.971,达到极度 风险，由此表明该区域人均水资源量较低其可开发利 用水平较弱；该指标在其他各分区范围处于0. 548〜 0.830，整体处于中等水平。全市风险评价综合值为

型构建及应用[J].东北师大学报(自然科学版),2014,46

(2) ：125-131.[5 ]吕宝华，郭纯一,高世斌，等•辽宁省水资源承载能力的探

讨分析[J].地下水,2008(1 )： 109-111.[6 ]孙道成，武术，孙丹•辽宁省水能资源开发管理问题的探讨

[J] •中国水能及电气化,2008(12)：8-12.[7 ]张玉山，李继清,梅艳艳，等•基于突变理论的天津市水资

0. 905，为高度风险,其他各分区整体处于0. 88〜0. 91 范围,处于较高的风险状态，并以瓦房店市风险水平最

源安全阈值分析模型[J] •辽宁工程技术大学学报(自然科 学版),2013 ,32(4) ：562-567.[8 ]郦建强,王建生，颜勇•我国水资源安全现状与主要存在问

为突出。b. 本文所构建的评价体系和计算方法具有一定

的科学性与合理性，评价结果与区域水资源实际状况

题分析[J] •中国水利,2011 (23 )：42-51.[9 ]李继清，张玉山，纪昌明，等•突变理论在长江流域洪灾综

基本一致,可为其他区域水资源开发利用评价提供一 定借鉴。参考文献[1 ]卢丹•基于改进的多元模糊综合评价数学模型的河流水质

!合风险社会评价中的应用[J] •武汉大学学报(工学版), 2007(4) ：26-30.[10] Chen Y,Zhang S,Zhang Y,et al. Comprehensive assessmentand hierarchical manaaement of the sustainable utilization of

urban watee resources based on catastrophe theory [ J]. Journai ot the Taioan In-stitute of Chemicai Engineerr, 2016 ( 60 ):

评价研究[J].水利规划与设计,2016(4) ：66-68,71.

[2 ]王颖,马莉媛，郁尧，等•关于水资源风险评价数学模型的

430-437.[11 -全占东•基于生态水文理念下的流域水资源评价[J] •黑

讨论[J] •南水北调与水利科技,2010,8(2) ：69-72.[3 ]张建龙，解建仓•矿井水资源开发利用风险管理平台研究[J] •水利信息化,2013(2)：11-14.[4 ]周璞，侯华丽,安翠娟，等•水资源开发利用合理性评价模

龙江水利科技,2016,44(12) ：108-111.[12-徐飞•沈阳地区水资源短缺原因分析及对策研究[J] •水

资源开发与管理,2015(1) ：24-26.・29・