基于三角白化權(quán)函數(shù)的重慶市水資源承載力灰色聚類評(píng)價(jià)*

石汝杰

(1．重慶三峽學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 404100;2．西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，重慶 400716)

水資源不僅是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響地區(qū)或國(guó)家間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民收入、糧食消費(fèi)及經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要因素［1］。區(qū)域水資源系統(tǒng)包括人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境，是一個(gè)復(fù)雜的巨大系統(tǒng)［2］。目前，世界上有12億的人口生活在受到水資源缺乏影響的地區(qū)，并且隨著全球水資源需求量的增加，將有更多的人口與區(qū)域得不到足夠的水資源［3］。農(nóng)業(yè)灌溉用水技術(shù)落后、水資源利用效率低下、水資源的時(shí)空分布不均及水資源生態(tài)環(huán)境惡化是水資源短缺的中國(guó)面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，因此實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。水資源可持續(xù)承載力是指在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，在特定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境背景下，區(qū)域水資源所能夠持續(xù)支持的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模與人口數(shù)量，它是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。通過(guò)對(duì)水資源可持續(xù)承載能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以為區(qū)域水資源的科學(xué)規(guī)劃與可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供決策依據(jù)，對(duì)確保區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、保障未來(lái)糧食安全以及減少地區(qū)貧困具有重要意義［4］。

1999～2010年間，重慶市平均年降水量為1134mm，高于全國(guó)平均水平;2010年水資源總量為464．3億m3，占全國(guó)水資源總量的1．5%;人均水資源量占全國(guó)平均水平的70%。由此可見(jiàn)，重慶市水土資源總量不足，人均水平低于全國(guó)平均水平。因此，重慶市水資源可持續(xù)承載力的評(píng)價(jià)研究，對(duì)該區(qū)域水資源的合理開(kāi)發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置、有效保護(hù)及綜合治理具有警示與指導(dǎo)意義。

1 重慶市水資源可持續(xù)承載力綜合評(píng)價(jià)方法

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，影響水資源承載力的各種自然因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素發(fā)生了變化，需要構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)時(shí)間或空間尺度內(nèi)的區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展程度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。近年來(lái)，基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)估方法已被用于各類評(píng)價(jià)的實(shí)踐，該文的創(chuàng)新之處在于把基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)價(jià)與信息熵結(jié)合起來(lái)，建立了重慶市水資源可持續(xù)承載力評(píng)價(jià)體系，其評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)可信。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

對(duì)特定區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先要構(gòu)建反映該區(qū)域水資源承載能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)指標(biāo)構(gòu)建的“全面性與主導(dǎo)性相結(jié)合、普適性與區(qū)域性相結(jié)合、靜態(tài)性與動(dòng)態(tài)性相結(jié)合、理論性與實(shí)踐性相結(jié)合”的原則，并結(jié)合重慶市水資源利用基本特點(diǎn)，同時(shí)借鑒構(gòu)建資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［5］，以及貴陽(yáng)市生態(tài)環(huán)境資源承載能力分析［6］等其它區(qū)域水土資源可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)研究的成果后［7-10］，構(gòu)建了包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層在內(nèi)的重慶市水資源可持續(xù)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1 重慶市水資源承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

指標(biāo)層共有24個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，其中水資源總量與年降雨量是評(píng)價(jià)區(qū)域水資源豐度的核心指標(biāo);水資源開(kāi)發(fā)利用率反映了區(qū)域水資源的供水能力;人均水資源量、人均耗水量、人均用水量、人均GDP、人口自然增長(zhǎng)率及城市化水平這幾個(gè)指標(biāo)反映了社會(huì)生活用水滿足程度;單位國(guó)土面積水資源量是反映水土資源協(xié)調(diào)度的指標(biāo);蓄水供水量占地表供水量比重這個(gè)指標(biāo)反映了社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件對(duì)供水能力穩(wěn)定性的支撐程度;萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量與工業(yè)用水量占總用水量比率是衡量工業(yè)用水效益對(duì)水資源承載力的支持程度;耕地灌溉率與農(nóng)業(yè)用水占用水總量的比重這兩個(gè)指標(biāo)反映了農(nóng)業(yè)需水滿足程度;森林覆蓋率、生態(tài)環(huán)境用水率以及水土流失治理率反映了生態(tài)環(huán)境對(duì)水資源承載力的支持程度;污水排放量、污水排放達(dá)標(biāo)率及COD排放量這3個(gè)指標(biāo)反映了水資源承載力中的水資源質(zhì)量的公平利用原則。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)含義以及指標(biāo)原始數(shù)值如表1、表2。

1.2 各層次指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)信息熵的理論，對(duì)各指標(biāo)給予熵權(quán)，方法參考夏緒梅［11］、謝飛［12］、江滌非［13］、唐搖影［14］等文獻(xiàn)。由此計(jì)算出重慶市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的指標(biāo)層權(quán)重、準(zhǔn)則層權(quán)重及組合權(quán)重，如表3所示。3個(gè)子系統(tǒng)權(quán)重系數(shù)分別為0．3789、0．3567及0．2644，說(shuō)明水資源自然系統(tǒng)是水資源承載力水平的首要影響因素，其次為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素與生態(tài)環(huán)境因素。

2 基于三角白化權(quán)函數(shù)的水資源可持續(xù)承載力灰色評(píng)估

2.1 三角白化權(quán)函數(shù)灰色評(píng)估原理及步驟

三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評(píng)估方法是由劉思峰首次提出，近年來(lái)很多領(lǐng)域的評(píng)估實(shí)踐都采用過(guò)此方法，

其原理及方法步驟參考劉思峰［15］、陸劍鋒［16］、劉婷［17］、賈燕麗［18］等文獻(xiàn)。

表2 2000～2009年重慶市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)原始值

表3 重慶市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

2.2 基于三角白化權(quán)函數(shù)的重慶市水資源承載力灰色評(píng)價(jià)實(shí)證分析

2．2．1 評(píng)價(jià)灰類的確定

為了客觀充分地反映重慶市水資源承載力，該文把24個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值分為5個(gè)評(píng)價(jià)灰類，分別是劣、差、中、良、優(yōu)，用數(shù)字分別表示為1、2、3、4、5(表4)。指標(biāo)分級(jí)的方法是，把所有評(píng)價(jià)單元同一個(gè)指標(biāo)的最大值與最小值作為劣灰類與優(yōu)灰類的終端界限取值，同時(shí)要考慮指標(biāo)值是越小越優(yōu)型還是越大越優(yōu)型。需要說(shuō)明的是，該文對(duì)指標(biāo)原始值的灰類劃分只是針對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象之間的相對(duì)比較，不是客觀真實(shí)的閾值。

2．2．2 評(píng)價(jià)指標(biāo)取值區(qū)域的延拓

根據(jù)重慶市區(qū)域特點(diǎn)，參考?xì)v年統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行延拓，表5所示為各指標(biāo)的延拓值。

表4 重慶市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)灰類

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)延拓值

2．2．3 計(jì)算各指標(biāo)的白化權(quán)聚類系數(shù)

2．2．4 結(jié)果分析

根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象所屬灰類的綜合聚類系數(shù)公式以及通過(guò)熵值法計(jì)算出的指標(biāo)權(quán)重、層次權(quán)重及綜合權(quán)重，計(jì)算出準(zhǔn)則層及水資源承載力的綜合聚類系數(shù)如表7所示。根據(jù)對(duì)重慶市2000～2009年水資源可持續(xù)承載力狀況分析如下。

表6 2000年水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)白化權(quán)聚類系數(shù)

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則層來(lái)看:2000～2009年社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的值分別為 0．272 1、0．408 8、0．372 5、0．433 6、0．515 1、0．609 0、0．527 7、0．422 9、0．420 5、0．400 0;表明社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)承載力在 2000 ～2002年屬于劣灰類，在2003年屬于良灰類，2004年屬于差灰類，2005與2006年為中灰類，2007年屬良灰類，2008年與2009年屬于優(yōu)灰類;根據(jù)值大小，對(duì)2000～2009年重慶市水資源可持續(xù)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)承載力水平排序?yàn)?008年＞2009年＞2003年＞2007年＞2005年＞2006年＞2004年＞2000年＞2002年＞2001年。由此可以看出，雖然社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的承載力系數(shù)年際間有波動(dòng)，但總體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明水資源系統(tǒng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載力在逐漸提高。從生態(tài)環(huán)境準(zhǔn)則層來(lái)看:2000～2009年生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的值分別為 0．780 5、0．340 1、0．322 6、0．380 1、0．310 3、0．370 3、0．468 7、0．591 5、0．716 1、0．713 9;表明生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力在2000年與2002年屬于劣灰類，在2001年、2003年及2004年屬于中灰類，2007年屬良灰類，2005年、2006年、2008年及2009年屬于優(yōu)灰類;根據(jù)值大小，對(duì)2000～2009年重慶市水資源可持續(xù)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的生態(tài)環(huán)境承載力水平排序?yàn)?008年＞2009年＞2006年＞2005年＞2007年＞2003年＞2001年＞2004年＞2002年＞2000年。由此可以看出，重慶市水資源的生態(tài)環(huán)境承載力總體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明了重慶市森林覆蓋率、生態(tài)環(huán)境用水率、污水排放達(dá)標(biāo)率及水土流失治理率等指標(biāo)的提高產(chǎn)生了較好的生態(tài)效益。

表7 2000～2009年準(zhǔn)則層及綜合聚類系數(shù)

3 結(jié)論與討論

(1)綜合來(lái)看:2000～2009年重慶市水資源可持續(xù)承載力的綜合值分別為 0．336 5、0．374 2、0．408 7、0．389 4、0．434 1、0．580 5、0．369 0、0．343 2、0．416 1 及0．331 4;說(shuō)明重慶市水資源可持續(xù)承載力水平在2000年、2008年及2009年屬于優(yōu)灰類，2001年屬于劣灰類，2002～2004年及2007年屬于良灰類，2006年屬于差灰類，2005年屬于中灰類;根據(jù)值大小，對(duì)2000～2009年重慶市水資源可持續(xù)承載力相對(duì)水平排序?yàn)?008年＞2000年＞2009年＞2004年＞2002年＞2003年＞2007年＞2005年＞2006年＞2001年;在人口數(shù)量保持相對(duì)平衡、水土保持生態(tài)工程持續(xù)建設(shè)、工農(nóng)業(yè)水資源利用效率不斷提高的情況下，未來(lái)重慶市水資源的人口、經(jīng)濟(jì)規(guī)模及納污能力等方面的承載力基本都在可承載范圍，不會(huì)超過(guò)警戒線。

(2)盡管重慶市水資源承載力水平總體呈上升趨勢(shì)，但可以看出:影響重慶市水資源承載力的關(guān)鍵因素是年降水量，例如2001年與2006年降水量的顯著減少降低了該年份的水資源承載力程度。為避免高溫干旱帶來(lái)的災(zāi)害，應(yīng)建立推廣以防旱保墑為中心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系，因地制宜地進(jìn)行節(jié)水高效農(nóng)業(yè)建設(shè)。

(3)基于三角白化權(quán)函數(shù)灰色評(píng)估所分析的水資源承載力只是一個(gè)相對(duì)的概念，論文對(duì)各年份水資源可持續(xù)承載力的灰色評(píng)估只是反映了在該區(qū)域某一年份的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源自然狀況及生態(tài)環(huán)境條件下，水資源承載能力所達(dá)到的灰類水平，具體到不同年份的實(shí)際承載力水平的定量分析需要用其它方法進(jìn)行深入研究。

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