贛南地區(qū)水資源承載力動態(tài)評價研究

肖雨琳，孟麗紅，王遠(yuǎn)東

(1.贛南師范大學(xué) 地理與環(huán)境工程學(xué)院，贛州 341000；2.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000)

水資源是必不可少的自然資源以及生命的基礎(chǔ)，但如今，缺水、水污染以及水安全等問題正阻擋城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城市現(xiàn)代化進(jìn)程。隨著中國水資源供需矛盾的日益緊張與最嚴(yán)格水資源管理體系的實施，許多學(xué)者開始關(guān)注水資源承載力的研究。任黎認(rèn)為，在地區(qū)內(nèi)一定社會經(jīng)濟(jì)條件下，水資源可以支撐的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口數(shù)量就是水資源承載力，它與生活、工農(nóng)業(yè)息息相關(guān)，是衡量水資源與社會經(jīng)濟(jì)的重要因素之一[1- 3]。

迄今為止，國內(nèi)外已有不少學(xué)者對某個地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行評價分析，以期從中得到合適的發(fā)展方法來適應(yīng)未來的發(fā)展。通過對不同研究領(lǐng)域和內(nèi)容的分析，可得知水資源承載力的研究涉及多個城市、地區(qū)和流域，分別在水資源利用[4- 10]、水資源承載力現(xiàn)狀[11- 16]以及未來水資源承載力[17- 21]等方面取得了很大進(jìn)展。國內(nèi)學(xué)者對水資源承載力問題，特別是計算方法方面進(jìn)行了廣泛的研究，出現(xiàn)了主成分分析法、多元線性回歸模型、模糊物元模型等多種測度方法[22- 25]，為水資源承載力研究提供了重要的方法基礎(chǔ)。研究水資源的承載能力，有助于解決水資源變化引起的動態(tài)變化所帶來的利益和危害，理清水資源與產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，并且根據(jù)對水資源承載力的研究和分析，預(yù)測未來的水資源，制定適當(dāng)?shù)陌l(fā)展戰(zhàn)略[26]。贛江和東江均發(fā)源于贛州，因此，贛州水資源質(zhì)量與贛江、東江中下游地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)生活息息相關(guān)，而水資源總量與水資源承載力對城市發(fā)展十分重要，如何維持用水與經(jīng)濟(jì)增長的平衡關(guān)系亦成為當(dāng)今城市可持續(xù)發(fā)展的主要問題。

20世紀(jì)90年代以來，踐行可持續(xù)發(fā)展理念已深入人心，科學(xué)發(fā)展觀成為普遍意識，在水資源問題仍比較嚴(yán)重的中國，對水資源承載力進(jìn)行研究并將其與可持續(xù)發(fā)展聯(lián)系起來已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢。本文運(yùn)用模糊綜合評價法，對贛南地區(qū)水資源承載力的研究進(jìn)行評價，得到贛南地區(qū)水資源承載力的發(fā)展趨勢，可為贛南地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、水資源開發(fā)利用提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

贛南地區(qū)位于江西省南部，簡稱贛南，如圖1所示?，F(xiàn)轄1區(qū)2市15縣，總面積39380km2，人口863萬(2017年)。它是江西省國土面積最大的城市，東鄰福建，南鄰廣東，西鄰湖南。贛州河流眾多，流域面積50km2以上的河流有253條，流域主要水系有贛江上游、東江、北江、漢江等。區(qū)域多年均徑流量336.53萬m3。全市地表水資源豐富，2017年人均水資源量為3189m3，年降水量為528.26億m3，森林覆蓋率為76.24%。章江、貢江是贛江的支流，分別由東南、西南向城中心城區(qū)流去，與此處匯合形成贛江。贛江作為江西省最大的河流，經(jīng)吉安、南昌等地流入鄱陽湖；東江的源頭則位于贛南地區(qū)的尋烏、安源、定南等縣域，面積3502km2，約占東江流域總面積的十分之一。東江水源地水質(zhì)穩(wěn)定，水質(zhì)良好，珠江三角洲地區(qū)飲用水主要靠東江源區(qū)來供給[27- 28]。

本文用于評價水資源承載力的指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于2014—2018年《江西省統(tǒng)計年鑒》以及2013—2017年《江西省水資源公報》。

圖1 贛南地區(qū)研究區(qū)示意圖

2 研究方法

2.1 模糊層次綜合評價法

模糊層次綜合評價法，簡稱FAHP評價法，是一種將模糊綜合評價法(Fuzzy Comprehensive Evaluation，F(xiàn)CE)和層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)相結(jié)合的評價方法，一般是先根據(jù)AHP方法來進(jìn)行評價因素的選取，然后通過FCE法對其進(jìn)行綜合評價。

2.2 研究方法原理[29]

構(gòu)建評價指標(biāo)體系：為了確保評價系統(tǒng)的整體性和合理性，對水資源、生態(tài)環(huán)境以及社會經(jīng)濟(jì)三個方面進(jìn)行綜合評判，反映出當(dāng)?shù)厮Y源可持續(xù)利用情況以及水資源對生態(tài)環(huán)境以及社會經(jīng)濟(jì)等方面的影響，從而制定出符合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展方案。影響水資源承載力的因素有很多，本文從水資源、生態(tài)環(huán)境以及社會經(jīng)濟(jì)三個子系統(tǒng)中選取合適的、具有影響力的代表性因素，來對水資源承載力進(jìn)行評價研究。根據(jù)以往的研究成果以及贛南地區(qū)的水資源現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境以及社會經(jīng)濟(jì)狀況，選取了14個評價因素，見表1。

表1 贛南地區(qū)水資源承載力評價體系

確定評價指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)對前人評價標(biāo)準(zhǔn)的參考確定贛南地區(qū)水資源承載力評價指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 贛南地區(qū)水資源承載力評價指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

熵權(quán)法確定權(quán)重：確定兩個指標(biāo)集U和V，U={u1，u2，u3…ui}為所有的評價因素所組成的一個集合，V={v1，v2，v3…vi}為所有的評價等級所組成的集合，并用熵權(quán)法計算出每個評價因素分別對應(yīng)的權(quán)重Ai。

評價指標(biāo)有效信息的內(nèi)容以熵權(quán)大小表示，即熵權(quán)越大，評價指標(biāo)對評價結(jié)果的影響越大；反之，評價指標(biāo)熵權(quán)越小，有效信息的內(nèi)容越低，重要性越低[30]。熵權(quán)法的方法步驟[31]及原始數(shù)據(jù)如下所示：

(1)

式中，xij—第i個樣本，第j個指標(biāo)的值。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)第k個類別所占比重為pij。

pij={pi1，pi2，…，pik，…，pij}，其中0≤pij≤1，

計算公式如下：

(2)

第j個指標(biāo)的熵值為：

(3)

信息熵冗余度(差異)為：

ej=1-hj

(4)

各風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重為：

(5)

從而得到風(fēng)險評價指標(biāo)的熵權(quán)向量：

W=(w1,w2,…,wn)

(6)

模糊綜合評價模型：構(gòu)建評價因素與評價等級間的隸屬函數(shù)得到所對應(yīng)的評價矩陣R，其中rij為評價因素ui于評語vj的評價結(jié)果。

(7)

再次，利用模糊綜合算法進(jìn)行計算，得到論域V上的一個模糊子集，即綜合評價結(jié)果B。其中，B=A×R。

由方法原理可以知道，矩陣R中的是評價因素對等級的隸屬函數(shù)所求得的，其值得推求可由實際對照各評價因素的評價分級指標(biāo)進(jìn)行推求計算。根據(jù)贛南地區(qū)的地域特點以及以往的研究成果，可確定評價等級V1、V2、V3的分級標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

為了消除等級間數(shù)值相差不大但實際等級卻跨越一級的矛盾，我們應(yīng)對隸屬函數(shù)進(jìn)行模糊化處理。對于V2級即中間區(qū)間，將評價因素落在評價中點的隸屬度定為1，區(qū)間兩端點的隸屬度為0.5，并令隸屬度由中點向兩端遞減。對于V1或V3級，其臨界值對兩側(cè)的隸屬度均為0.5，而距臨界值越遠(yuǎn)對該側(cè)區(qū)間的隸屬度越大。按上述規(guī)則構(gòu)造各等級隸屬度函數(shù)計算公式，令V1和V2的臨界值為K1，V2和V3的臨界值為K3，則K2=(K1+K3)/2。

表3 綜合評價因素的分級指標(biāo)

對于各評價因素，它所對應(yīng)的隸屬度公式(8)-(10)[32]如下所示：

(8)

(9)

(10)

上式為k1>k2>k3時所應(yīng)用的隸屬函數(shù)式，當(dāng)k1

3 贛南地區(qū)水資源承載力評價

根據(jù)所確定的隸屬公式來計算各個子系統(tǒng)的評價因素所對應(yīng)的評價等級的綜合評判值，得到矩陣R，再通過B=A×R得到矩陣B，見表4—6。

3.1 水資源子系統(tǒng)評價

從表4中可以得到，2013—2017年水資源子系統(tǒng)的評價指數(shù)整體呈上升狀態(tài)，只是2017年相比2016年低0.0095，由此可以看出贛南地區(qū)具備優(yōu)勢水資源。

從2013—2017年水資源子系統(tǒng)的評價因素數(shù)據(jù)可以看出，2016年的年降水量數(shù)值比其余四年高出許多，但同年的水資源開發(fā)利用率則比其余四年低，差額最大為7.5%。由此可得年降水量的增大并不能促進(jìn)水資源開發(fā)利用率的增大，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，水資源開發(fā)利用率在不斷升高，還有很大的上升趨勢。近五年人均用水量與有效灌概率均先減少，而在2017年則增大，但相比2013年仍下降了，工業(yè)用水率有波動但并不是很大，這些數(shù)據(jù)表明贛南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展追求穩(wěn)中求進(jìn)。2013—2017年水資源子系統(tǒng)對V3的隸屬度很大而對V1的隸屬度很小，綜合評判值區(qū)間為[0.89，0.90]，說明水資源子系統(tǒng)的承載力很強(qiáng)，水資源現(xiàn)狀整體處在一個良好的狀態(tài)，缺水狀態(tài)沒有發(fā)生，但水資源開發(fā)利用率總體仍較低，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，提高水資源開發(fā)利用率對當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境系統(tǒng)以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的影響。

表4 水資源子系統(tǒng)承載力評價結(jié)果

3.2 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)評價

根據(jù)表5可得，與其他子系統(tǒng)相比，2013—2017年生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的評價指數(shù)變化趨勢非常明顯，最大差額為0.3063。由統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可得，近幾年COD排放量與生態(tài)用水率在逐年增加，城市污水處理率增大幅度非常明顯。雖然COD排放量逐年增加但是增加幅度并不高，至2017年底COD排放量約為8.4920萬t，說明隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，贛南地區(qū)堅持可持續(xù)發(fā)展這一理念，加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與利用，在不斷加強(qiáng)對污水治理的同時兼顧生態(tài)發(fā)展。由生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的評價指數(shù)可以看出生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對V2級的隸屬度最高而對V1級的隸屬度最低發(fā)展到2017年的對V2、V3的隸屬度接近持平，說明贛南地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況在逐年變好，對贛南地區(qū)水資源承載力的貢獻(xiàn)率也逐年增加。

表5 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力評價結(jié)果

3.3 社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)評價

由統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，2013—2017年贛南地區(qū)人均GDP達(dá)到23480元，2017年相比2013年的增長率高達(dá)48.72%，呈逐年增長趨勢，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使農(nóng)民人均可支配收入與城鎮(zhèn)人口比例也逐年增高，而萬元GDP用水量則逐年下降，工業(yè)就業(yè)人數(shù)逐年減少而第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)逐年增多，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為7.9∶47.0∶45.1?？傮w來看，社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的評價指數(shù)呈總體上升趨勢(由2013年的0.5743到2017年的0.7275)，而該子系統(tǒng)由原先的對V2級的隸屬度最高到對V2級的隸屬度逐年減小而對V3級的隸屬度逐年增大，表明社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)對水資源承載力的貢獻(xiàn)率逐漸增大，能為贛南地區(qū)水資源承載力帶來的收益也逐步增多。

表6 社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)承載力評價結(jié)果

3.4 贛南地區(qū)水資源模糊綜合評價

通過對2013—2017年的三個子系統(tǒng)的綜合得分運(yùn)用加權(quán)法進(jìn)行計算，得出其最終得分并對其進(jìn)行排序見表7，并對照贛州水資源承載力評價指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)得出所對應(yīng)的等級，見表2，并繪制出對應(yīng)的折線圖，如圖2所示。

表7 贛南地區(qū)水資源承載力綜合評價結(jié)果

圖2 贛南地區(qū)水資源承載力各子系統(tǒng)評價指數(shù) 以及綜合評價指數(shù)

2013—2017年水資源承載力整體呈上升趨勢，評價等級從2013年的良好到2017年的強(qiáng)，說明贛南地區(qū)正逐漸往水資源與生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的方向發(fā)展。通過對三個子系統(tǒng)的評價分析可以看出，生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)兩個子系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率差別并不是很大，而貢獻(xiàn)率最高的就是水資源子系統(tǒng)。2013—2017年，贛南地區(qū)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行繼續(xù)保持穩(wěn)中求進(jìn)的發(fā)展趨勢，農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)穩(wěn)定，工業(yè)生產(chǎn)在穩(wěn)定中尋求突破，重點服務(wù)業(yè)較快發(fā)展，這種發(fā)展趨勢對贛南地區(qū)的水資源承載力也有很大改善。然而，前四年三個子系統(tǒng)的評價量均呈上升狀態(tài)時，水資源承載力綜合評價指數(shù)上升趨勢很明顯。在2017年的水資源子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的影響下，雖然水資源承載力的綜合指數(shù)有增加，但增加幅度相比前幾年明顯減小很多。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)對贛南地區(qū)水資源承載力的分析評價，可以得出以下結(jié)論：

(1)贛南地區(qū)的水資源狀況優(yōu)良，水資源充足，且呈現(xiàn)一個整體變好的趨勢，逐漸往水資源與生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的方向發(fā)展。

(2)贛南地區(qū)的水資源利用率雖然在逐年增高，但是總體還是比較低，有很大的提升空間。

(3)要想促進(jìn)水資源承載力與生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，首先應(yīng)確保水資源承載力子系統(tǒng)這個基石狀態(tài)良好，在發(fā)展中生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展為輔助，三者共同發(fā)展。

贛南地區(qū)是個欠發(fā)達(dá)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展沒有發(fā)達(dá)城市那么迅速，而正因為這點，它的水資源承載力處在優(yōu)良狀態(tài)，水資源系統(tǒng)所承受的壓力仍處在可承受的范圍內(nèi)，贛南地區(qū)的水資源與生態(tài)社會經(jīng)濟(jì)具有很大發(fā)展空間，以下給出幾點建議：一是在水資源開發(fā)利用方面，應(yīng)大力引進(jìn)高效率設(shè)備，積極進(jìn)行水資源利用技術(shù)創(chuàng)新，盡量減少水資源在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的水浪費(fèi)。二是在生態(tài)環(huán)境方面應(yīng)做到全民節(jié)水，盡量減少水資源的故意浪費(fèi)，培養(yǎng)全民節(jié)水觀念，推廣使用環(huán)保能源，推進(jìn)全民節(jié)水與環(huán)保工作的順利進(jìn)行。三是提高污水處理技術(shù)，建立高效合理的污水排放管理制度，加強(qiáng)對水資源的保護(hù)與開發(fā)。