本章选用Bossel指标体系对吉林市城区2010年地下水资源可持续利用系统发展态势进行了评价。
9.4.2.1 评价指标体系的选择和构建
(1)评价指标体系概念框架
水资源的可持续利用是与社会经济、社会环境等多方面紧密联系的，在选择评价指标体系是要充分考虑水资源系统与它们之间的关系。宋春柏等人将区域水资源可持续利用系统(Regional Sustainable Water Resources System，RSWRS系统)作了如图9.45所示的概化。本章选用该系统作为指标体系构建的框架[71～74]。
图9.45 RSWRS系统概化结构图
(2)评价指标体系的构建
本章采用Bossel定向指标评价体系进行地下水资源可持续利用评价。Bossel采用生存、能效、自由、安全、适应、共存6个基本定向指标反映或衡量与系统有关发展的特点，用统一尺度度量系统发展水平。生存表示系统与正常环境状况相协调并能在其中生存与发展。能效表示系统能在长期平衡基础上通过有效的努力使稀缺的资源供给安全可靠，并能消除其对环境的不利影响。自由表示系统必须有能力在一定范围内灵活地适应环境变化引起的各种挑战，以保障社会经济的可持续发展。安全表示系统必须能够使自己免受环境易变性的影响，使其可持续发展。适应表示系统应能通过自适应和自组织更好地适应环境改变的挑战，使系统在改变了的环境中持续发展。共存指系统必须有能力调整其自身行为，考虑其他子系统和周围环境的行为、利益，并与之和谐发展。
水资源评价指标体系中评价指标的选取一般遵循以下原则:
1)体现水资源可持续利用的内涵和目标。
2)指标体系在全面反映水资源可持续利用特性的前提下，尽可能减少指标数目。
3)指标特殊性与普遍性有机统一的原则。
4)指标时间维和空间维结合的原则。
5)指标实用性和可操作性结合的原则。
遵循以上原则并参考Bossel指标体系的评价指标，本章选取如表9.33中的指标进行评分。
表9.33 地下水可持续利用系统定向指标
(3)指标计算方法和评分标准
地下水资源可持续利用系统的Bossel定向指标计算方法见表9.34。
表9.34 地下水可持续利用系统定向指标计算方法
续表
地下水资源可持续利用系统定向指标评分标准法见表9.35，评分为1时为系统最不利参考状态。
表9.35 地下水可持续利用系统定向指标评分标准
续表
9.4.2.2 Bossel定向指标的定量化
Bossel定向指标按照指标取值大小对系统贡献的大小，分为正向指标和逆向指标。正向指标是指其值越大越好的指标，如人均地下水资源占有量;逆向指标是指其值越小越好的指标，如地下水资源利用程度[77]。评分标准见表9.36。
表9.36 地下水资源可持续利用系统指标量化分级评分标准
根据以上评分标准采用直线型指标量化法对各指标进行量化，得到2010年吉林市地下水资源可持续利用系统各指标的量化评分Pij，计算结果见表9.37。
表9.37 地下水资源可持续利用系统定向指标量化结果
续表
9.4.2.3 权重计算方法
权重的计算基于Bossel评分标准，以参考状态的离差平方和最大法计算，方法如下[78～81]:
设子系统有n个样本，每个样本具有m个基本类定向指标，则按Bossel评分标准，可获得基本类定向指标指数矩阵P=(Pij)m×n，i=1，2，…，n，j=1，2，…，m。则子系统第i个样本的综合指数值为
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
由式(9.37)可得n个样本的综合指数值C(C1，C2，…，Cn)，按照Ci的大小，可进行排序和子系统发展评价。显然，Ci相差较小或相等，则不利于系统发展状态的评价:反之，Ci相差较大(离散程度越大)，则越有利于系统发展状态的评价。以Ci相对参考状态
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
所以样本对参考状态
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
取欧氏距离，P=2，有
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
根据Ci离散程度最大，建立如下优化模型
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
求解式(9.41)，可获得权重。为此构造拉格郎日函数，有
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中λ为拉格郎日乘数。
分别对wj，λ求偏导数，根据极值条件，令偏导数为零，有
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
解方程组得
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
令
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中
9.4.2.4 地下水资源可持续系统综合发展指数计算
首先根据式(9.45)计算各子系统基本类定向指标最优权重，计算结果见表9.38。
表9.38 子系统基本类定向指标最优权重
本章认为地下水资源可持续利用系统和各子系统中基本类定向指标相互独立，可以按加权线性和组合法进行评价。计算公式为
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中:i=1，2，3分别表示水资源子系统、社会经济子系统和环境子系统;T为时段数;Ci(t)表示第i个子系统t时刻发展指数值;wij表示第i个子系统中第j类定向指标的权重;Pij(t)表示t时刻第i个子系统中第j类定向指标指数值。
2010年吉林市地下水资源可持续利用系统各子系统可持续发展指数值计算结果见表9.39。
表9.39 各子系统可持续发展指数值计算结果表
然后按式(9.45)计算各子系统相对于各基本类定向指标的最优权重。根据式(9.47)计算各基本类定向指标的可持续发展指数，计算结果见表9.40和表9.41。
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中:i=1，2，3分别表示水资源子系统、社会经济了系统和环境子系统;j=1，2，…，m分别表示生存、能效、自由、安全、适应、共存等基本类定向指标;Cj(t)为第j类定向指标在t时刻的发展指数值;Wji为度量3个子系统间基本类定向指标的权重，表示在第j个定向指标中，第i个子系统第j个类定向指标的权重;Pij(t)为在第t时刻第i个子系统中第j类定向指标指数值。
表9.40 各子系统相对于各基本类定向指标的最优权重
表9.41 各基本类定向指标可持续发展指数计算成果表
接着，按公式(9.45)计算地下水可持续发展系统中各基本类定向指标相对于系统的权重，计算结果见表9.42。
表9.42 各基本类定向指标相对于系统的最优权重计算成果表
最后按公式(9.47)计算系统可持续发展综合指数:
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中:C(t)表示地下水资源可持续利用系统在t时刻的发展指数值;wj表示系统中第j个定向指标的权重。
2010年吉林市城区地下水资源可持续利用系统可持续发展综合指数为1.8421。
9.4.2.5 可持续发展态势分析
对于可持续系统的发展态势，Bossel用表9.43的度量标准进行评价。
本章从各子系统、基本定向指标和地下水资源可持续系统三个方面来分析吉林市地下水资源可持续开发利用的发展态势。
表9.43 系统可持续发展态势度量标准
(1)子系统发展态势
水资源子系统(地下水资源子系统)、社会经济子系统和环境子系统的可持续发展指数分别为2.4852，2.6783和1.8126。水资源子系统可持续发展态势处于良好态势级别。该区地下水资源量很丰富，地下水资源开发利用程度较好，水资源消耗数量相对适中，使得水资源子系统整体上处于一个良好的可持续发展态势。
社会经济子系统可持续发展态势处于良好级别，这主要因为现阶段吉林市社会发展水平较高，经济发展速度较快，以及居民的受教育程度高所致。
环境子系统可持续发展态势处于危险级别，这主要因为“安全”和“自由”条件不佳所致。吉林市是以化工，水泥等建材工业为主的城市，该市地下水及地表水资源均受到较大的污染，尤其以地表水最为严重，这些不利因素影响了环境子系统的可持续发展。
(2)地下水资源可持续利用系统发展态势
2010年吉林市城区地下水资源可持续利用系统可持续发展综合指数为1.8421，处于危险态势级别。水资源子系统和社会经济子系统虽处于一个相对良好的可持续发展态势，但由于环境子系统的可持续发展态势不佳，影响到整个地下水资源可持续利用系统的发展态势。地下水资源可持续利用，不但是地下水资源量的合理开发利用，更要加强地下水资源的水质保护，地下水水质的恶化使水资源的可利用量减少，从而加大了水资源的供需矛盾，极大影响地下水资源可持续利用系统的可持续发展。因此，为了保证吉林市城区地下水资源的可持续利用，首先查明区内石油化学工业产生的多种挥发性有机化合物对地下水环境的影响途径和范围，应进行此类污染物在大气、雨(雪)、土壤中的含量测试工作。通过专项调研工作，提出科学合理、针对性强的防治对策。其次应加大水资源的生态保护和修复工作，在重点防治区优先建设生态功能保护区，发挥生态系统的自我恢复功能。种植有利于净化水体的植物，提高水体自净能力，增强生态功能。
9.4.2.6 地下水资源可持续开发利用与保护对策
(1)地下水资源宜适度开发利用
研究区地下水作为应急备用水源为主，但地下水资源适度开发利用可以促进地下水循环，满足部分供水需求，充分发挥本地资源优势，为营造良好的投资环境，促进经济发展发挥应有的资源优势。同时也留下了数量众多的应急供水井。利用地下水成本低廉，可以减少一部分自来水处理成本。开发利用地下水可以用于部队、学校、办公机构卫生用水;园林绿化用水;食品、医药等特殊行业用水;地温空调用水等。
地下的开发应遵循采补平衡的原则，在不突破可采资源量的前提下，可以适度开发，留有余量。同时，大力加强用水管理，随时统计开采量，使地下水资源能够可持续利用。
(2)加强地下水动态实时监测工作
吉林市城区地下水监测工作始于1980年，监测工作经历了初建、发展、萎缩、再发展的过程，到目前为止，研究区已覆盖了监测网络，水位长期监测点增加到54眼，其密度为0.4个/km2，水位统测点增加到102眼，监测密度为0.7个/km2，水质监测点增加到41眼，监测点密度为0.3个/km2。地下水监测工作量满足了CJJ/T76—98《城市地下水动态观测规程》。20多年的监测成果为吉林市地下水资源规划、水资源管理提供了技术依据。然而，监测工作也面临着许多问题，需要加强和完善。
首先，是在监测网点建设方面出现的问题。研究区现有监测点大都几经变动，致使监测资料不连续。城市建设用地经常占用监测井。监测网的支离破碎，影响了监测成果的使用。借鉴国内外经验，建议在住宅小区二次供水泵房内和施工专业监测井，为日后安装自动监测仪创造条件。
其次，应加强地下水开采量计量工作。地下水现状开采量既是地下水开采资源评价的基础，又是调整水源地布局，增加或压缩开采量的依据，所以开采现状调查工作十分重要，需要不断跟踪调查。
再次，建议地下水监测系统建设遵循统一规划，分步实施的原则，对所有长期观测井均安装地下水信息采集设备，并分阶段实施，以便为吉林市城区水资源实时监控管理系统、决策支持系统提供科学技术依据。
(3)积极预防地下水污染与科学治理相结合
开展地下水水质评价工作是地下水资源保护的基础，也是地下水污染防治的科学依据，对保护现有地下水资源具有极其重要的意义。
除了积极预防地下水污染外，更要对已有的污染场地进行控制和修复，控制污染场地可以减轻对松花江的污染负荷，修复污染场地可以改善水质，防止对应急水源地造成污染。加强水环境保护，制定合理的水质目标和相应的地方水环境质量标准，使水资源治理有章可循。
研究区部分地段地下水的污染非常严重，存在着大量的污染场地。根据发达国家的经验，今后中国必然面临地下水污染场地的控制和修复问题。所以，需要及早开展相关的调查研究工作，以便确定符合吉林市城区实际情况的地下水污染场地控制和修复的方法和技术。
实时制定地下水污染场地管理的条例尤为关键，有了地下水污染场地管理的法规，才能够保证地下水污染控制和修复工作的开展。不然，有些地下水污染场地将会长期存在、并且污染物会不断迁移扩散。
通过污染场地的调查工作，可以为制定地下水污染的防治规划提供依据。规划制定的原则应:
1)优先保护地下水饮用水源地，保护地下水现状使用功能。
2)保护地下水系统完整性。
3)地下水和地表水统筹兼顾。
在制定地下水污染防治规划以后，更需要加强管理。开展地下水污染的预警系统研究工作，建立计算机软件系统，为合理利用和管理地下水资源提供依据。通过开发地下水的预警系统软件，使地下水监测资料的分析具有实时性、动态性的特点，同时也加强了地下水监测为国民经济的服务。此外还可以利用这一系统进行反馈分析，为地下水资源的保护和开发利用提供决策支持。