基于主客觀耦合的區(qū)域水資源綜合利用效率評(píng)價(jià)

(1.南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330031； 2.昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院,云南 昆明 650500)

1 研究背景

水資源是人類生產(chǎn)生活必需的基礎(chǔ)性資源，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定具有重要的作用[1]。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活水平的不斷提高，水資源的供求矛盾日益突出[2]。水資源是支撐自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)不可替代的重要資源，也是一種動(dòng)態(tài)的、可再生但是又非常脆弱的資源[3]。在經(jīng)濟(jì)粗放式發(fā)展的大背景下，我國(guó)大部分城市都面臨著水資源利用率低、水資源短缺和水資源污染嚴(yán)重等問(wèn)題[4]，雖然我國(guó)的水資源總量豐富，但人均占有量少，另外水資源時(shí)空分布不均，更加制約了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，區(qū)域水資源綜合利用現(xiàn)狀受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。水資源利用評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水資源綜合利用評(píng)價(jià)有較多的研究，并取得了較好的成果。國(guó)外水資源綜合利用評(píng)價(jià)研究主要關(guān)注的是資源的可持續(xù)性和資源管理的可持續(xù)性[5]、限制污水對(duì)接收水體中的富營(yíng)養(yǎng)化的影響[6]、不同尺度下的評(píng)價(jià)應(yīng)用效果、評(píng)估方法和模型、流域水源中微量元素的發(fā)生與人類健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估[7]、水資源的不確定性模擬、水資源利用的管理決策、水資源開(kāi)發(fā)的協(xié)調(diào)度及其空間差異協(xié)調(diào)[8]等。國(guó)內(nèi)對(duì)于水資源綜合利用評(píng)價(jià)的常用方法有：主成分分析、因子分析法、模糊評(píng)價(jià)法、熵權(quán)法、層次分析法(AHP)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論綜合法(BP)、投影尋蹤理論等方法。

雖然國(guó)內(nèi)對(duì)不同水資源綜合利用方面的研究很多，且成果顯著，但是針對(duì)江西省省域水資源綜合利用評(píng)價(jià)方面的研究目前還非常欠缺。因此，本文采用AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)模型，從資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)以及科技5個(gè)維度，對(duì)江西省的水資源利用情況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)域概況

江西省位于長(zhǎng)江中下游的南岸，全省有大小河流2 400多條，總長(zhǎng)約18 400 km，主要河流有5條。全省總面積16.69萬(wàn) km2，人口4 280萬(wàn)，全省多年平均降水量1 638 mm；多年平均水資源總量1 565.0億m3，人均水資源量3 557.0 m3。以2017年為例，全省水資源總量1 655.1億m3,人均水資源占有量3 867.0 m3，地區(qū)生產(chǎn)總值20 006.31億元，全省平均氣溫為18.9℃，降水量為1 739 mm，日照為1 669 h。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)來(lái)源為：2006～2017年《江西省水資源公報(bào)》《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《江西省環(huán)境狀況公報(bào)》以及國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。

2.3 研究方法

2.3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

本次研究指標(biāo)選取的原則是：科學(xué)性、可獲得性。結(jié)合現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)資料，建立了水資源與自然條件、水資源與社會(huì)發(fā)展、水資源與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、水資源與生態(tài)環(huán)境、水資源與技術(shù)水平5個(gè)評(píng)價(jià)維度[9-10]，以此來(lái)反映江西省水資源系統(tǒng)的發(fā)展水平以及同社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度[11-13]。為此，構(gòu)建了如表1所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1 水資源綜合利用評(píng)價(jià)體系Tab.1 Water resources comprehensive utilization evaluation system

2.3.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的劃分

由于原始數(shù)據(jù)量綱不同，判別標(biāo)準(zhǔn)不一，因此，在進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)之前，需要對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分，以此作為指標(biāo)滿意程度的劃分依據(jù)。本文依據(jù)江西省水資源利用實(shí)際狀況和國(guó)內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，將水資源綜合利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個(gè)等級(jí)，各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值范圍和含義如表2所示。

1.2.3 白及種子的無(wú)菌萌發(fā) 以MS和1∕2MS為基本培養(yǎng)基，MS和1∕2MS培養(yǎng)基母液的配制及保存參考文獻(xiàn)〔13〕的方法。添加蔗糖30 g∕L，瓊脂9 g∕L以及不同濃度的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑6-芐氨基腺嘌呤（6-BA），6-BA添加量見(jiàn)表1，pH 5.8，每種處理接種10瓶，分別置于光照培養(yǎng)室及暗培養(yǎng)室培養(yǎng)。

2.3.3確定各指標(biāo)權(quán)重

計(jì)算原理及步驟如下。

(1) 主觀權(quán)重ωz。層次分析法是對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中兩兩元素的相對(duì)重要性程度進(jìn)行比較計(jì)算[14-16]，是基于人為判定某個(gè)指標(biāo)比另一個(gè)指標(biāo)重要，可以較好地體現(xiàn)指標(biāo)本身的重要程度，但是也具有較大的主觀性，利用層次分析法可以得到指標(biāo)權(quán)重ωz。

(2) 客觀權(quán)重ωk。熵值法是一種客觀賦權(quán)法，它通過(guò)計(jì)算指標(biāo)的信息熵，根據(jù)指標(biāo)的相對(duì)變化程度來(lái)確定權(quán)重，是一種客觀賦權(quán)法，避免了人為因素帶來(lái)的偏差，但是由于忽略了指標(biāo)本身重要程度，有時(shí)確定的權(quán)數(shù)會(huì)與預(yù)期結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，而利用熵值法可得到指標(biāo)權(quán)重ωk。

(3) 最優(yōu)組合權(quán)重ω?；谏鲜鲈颍敬窝芯坎捎脤哟畏治龇ê挽刂捣ǖ鸟詈蟻?lái)求最優(yōu)組合權(quán)重ω，從而具有較大的可信度，研究結(jié)果也更加可靠[17-19]。建立目標(biāo)函數(shù)F，使得最優(yōu)組合權(quán)重ω接近ωz與ωk：

(1)

利用 Lagrange 乘子法求解后得到：

(2)

得到的結(jié)果如表3所示。

2.3.4隸屬度函數(shù)的確定

水資源可持續(xù)利用能力的指標(biāo)均為定量指標(biāo),對(duì)于正向指標(biāo)，可指派半升梯形隸屬度函數(shù)，逆向指標(biāo)采用半降梯形隸屬度函數(shù)，在此基礎(chǔ)上加以修正；對(duì)于中間型，使其在中間點(diǎn)的隸屬度為1.0，向兩側(cè)邊緣遞減到0.5；對(duì)于偏大和偏小型，使其距臨界值越遠(yuǎn)隸屬度越大，在臨界值上屬于兩側(cè)的等級(jí)均為0.5[20-22]。

3 結(jié)果與分析

江西省水資源綜合利用評(píng)價(jià)變化趨勢(shì)如圖1所示。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：2006 年到 2017 年間，江西省水資源綜合利用的能力處于良好水平，整體呈上升的趨勢(shì)。2010年和2012年發(fā)生突變的主要原因是年降雨特別豐富，地表水資源量和地下水資源量均有較大的增加，同時(shí)，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率得到了明顯提高，從而使得2010年和2012年的江西省水資源綜合利用評(píng)價(jià)結(jié)果上升較大。但是值得注意的是，江西省水資源綜合利用能力雖然呈上升的趨勢(shì)，但也只是處于良好階段，也就是說(shuō)，仍然有較大的提升空間。

江西省水資源與自然條件、社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)水平等評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖2與表4。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值Tab.3 Evaluation index weight value

圖1 江西省水資源綜合利用評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 Evaluation results of comprehensive utilization of water resources in Jiangxi Province

圖2 江西省水資源評(píng)價(jià)對(duì)比Fig.2 Comparison of water resources evaluation in Jiangxi Province

年份自然條件評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)社會(huì)發(fā)展評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)技術(shù)水平評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)綜合利用評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值等級(jí)20060.820E10.629E20.299E40.825E10.380E40.589E320070.629E20.611E20.321E40.823E10.528E30.583E320080.733E20.628E20.346E40.825E10.517E30.606E220090.663E20.623E20.343E40.815E10.608E20.604E220100.881E10.629E20.384E40.818E10.509E30.632E220110.614E20.596E30.407E30.780E20.734E20.614E220120.882E10.634E20.446E30.784E20.562E30.646E220130.736E20.602E20.457E30.782E20.667E20.636E220140.817E10.613E20.491E30.778E20.639E20.652E220150.879E10.636E20.524E30.779E20.602E20.670E220160.878E10.636E20.554E30.760E20.586E30.670E220170.816E10.630E20.575E30.765E20.649E20.676E2

(1) 2006～2017年間，江西省水資源與自然條件的整體評(píng)價(jià)結(jié)果處于優(yōu)良水平，基本處于上升趨勢(shì)。其中，2006，2010年和2012年降雨量較多，使得這幾年的自然資源評(píng)價(jià)結(jié)果有較大的波動(dòng)。

(2) 2006～2017年間，江西省水資源與社會(huì)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果處于良好的水平。其中，2007，2011，2013年和2014年發(fā)生降低的主要原因是人均用水量較多，從而導(dǎo)致水資源與社會(huì)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果有所降低。

(3) 2006～2017年間，江西省水資源與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于上升趨勢(shì)，評(píng)價(jià)結(jié)果從E4(較差)逐漸到E3(一般)的水平。這一成果得益于中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，江西省政府及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，將經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)從高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為中高速增長(zhǎng)，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加合理，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高。

(4) 2006～2017年間，水資源與生態(tài)和諧評(píng)價(jià)結(jié)果呈下降的趨勢(shì)，其主要原因是工業(yè)廢水和生活污水排放量的增加。因此，為了保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展，必須嚴(yán)格執(zhí)行水資源管理“三條紅線”，處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的關(guān)系。

(5) 2006～2017年間，水資源與技術(shù)水平總體呈上升的趨勢(shì)，其原因是江西省始終致力于推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，貫徹執(zhí)行節(jié)水方針，不斷推進(jìn)技術(shù)革新。

4 結(jié) 論

本文以江西省為研究區(qū)域，構(gòu)建了科學(xué)性、可操作性較強(qiáng)的水資源綜合利用評(píng)價(jià)體系，比較全面地分析評(píng)價(jià)了2006～2017年江西省水資源綜合利用的演變過(guò)程，針對(duì)存在的問(wèn)題提出了適宜的解決方法，以期為合理開(kāi)發(fā)利用水資源、提高用水效益提供技術(shù)參考，推動(dòng)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。評(píng)價(jià)結(jié)果反映出了2006～2017年間，江西省水資源的綜合利用能力基本上處于良好的水平，整體呈上升的趨勢(shì)；但同時(shí)也存在一些問(wèn)題，歸納如下。

(1) 萬(wàn)元GDP用水量較高。對(duì)此，可以通過(guò)循環(huán)用水來(lái)提高工業(yè)用水的重復(fù)利用率。

(2) 生態(tài)環(huán)境呈下降的趨勢(shì)。對(duì)此，可以加大對(duì)污廢水的處理能力，加強(qiáng)對(duì)污廢水排放的監(jiān)管，將其處理后再排放。

(3) 農(nóng)田灌溉水有效系數(shù)較低?？梢圆捎眉哟筠r(nóng)業(yè)節(jié)水改造力度，以灌區(qū)節(jié)水改造為重點(diǎn)，實(shí)施大、中、小型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造，采用噴灌、微灌等節(jié)水灌溉技術(shù)，積極推廣節(jié)水器具和節(jié)水產(chǎn)品，推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水示范項(xiàng)目建設(shè)，有效提高農(nóng)業(yè)用水效率；在工業(yè)生產(chǎn)方面，積極推進(jìn)工業(yè)節(jié)水技術(shù)改造；對(duì)于生活方面，加強(qiáng)節(jié)水器具的普及和技術(shù)推廣。