基于改進變異系數(shù)法的河南省水資源承載力評價

汪超 李治軍

摘 要：為了解河南省水資源承載能力，促進其水資源開發(fā)利用與社會經(jīng)濟之間協(xié)調(diào)發(fā)展，結合河南省實際狀況，選取社會、經(jīng)濟、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個子系統(tǒng)１８ 個指標構建評價指標體系，基于河南省２００５—２０２０ 年水資源相關數(shù)據(jù)，運用區(qū)間層次分析法（ＩＡＨＰ）與改進變異系數(shù)法（ＩＣＶＭ）組合賦權，并利用綜合指數(shù)評價模型分析河南省水資源承載能力。結果表明：２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力雖有波動，但總體趨于穩(wěn)定，水資源承載力綜合得分平均值為０．４１６，承載力等級為“中等”。由Ｍ－Ｋ 趨勢檢驗可知，河南省水資源承載能力呈上升趨勢，預測未來幾年水資源承載力等級繼續(xù)保持“中等”且有可能達到“較高”等級。由障礙度分析可知，廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長率與人均ＧＤＰ為河南省水資源承載力主要障礙因子，可通過加強水資源保護、合理優(yōu)化配置水資源提高水資源承載力。

關鍵詞：水資源承載力；改進變異系數(shù)法；區(qū)間層次分析法；Ｍ－Ｋ 趨勢檢驗；河南省

中圖分類號：ＴＶ２１３．４ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１２

引用格式：汪超，李治軍．基于改進變異系數(shù)法的河南省水資源承載力評價［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１０）：６７－７２．

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源短缺、水生態(tài)破壞、水環(huán)境污染等問題日益突出，如何處理好區(qū)域水資源與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的矛盾，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關鍵?？茖W評價地區(qū)水資源承載力對于水資源的可持續(xù)開發(fā)利用、促進水資源與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。目前，國內(nèi)外學者對于水資源承載力的評價研究已有不少，如何使評價結果更貼近實際一直是專家學者致力于解決的問題。水資源承載力評價主要方法有模糊綜合評價法［１］ 、主成分分析法［２］ 、系統(tǒng)動力學法［３］ 、ＴＯＰＳＩＳ 模型［４］ 、減法集對勢［５］ 等，這些方法各有優(yōu)勢，具有較好的可行性，但是仍有待改進，特別是在考慮權重的主客觀結合方面。

在對水資源承載力評價時，如何確定評價指標的權重直接影響著評價結果的好壞。對于指標權重的確定，目前主要分為主觀賦權法與客觀賦權法兩種，常見的主觀賦權法有層次分析法（ＡＨＰ）、專家打分法和主觀加權法等，而客觀賦權法主要有熵權法（ＥＷＭ）、主成分分析法和均方差法等。主觀賦權和客觀賦權各有優(yōu)缺點，如何綜合兩者的優(yōu)勢、彌補兩者的不足是專家學者們努力的方向。本文在對河南省水資源承載力評價時，將區(qū)間層次分析（ＩＡＨＰ）主觀賦權法與改進變異系數(shù)法（ＩＣＶＭ）客觀賦權法對評價指標組合賦權，使評價方法更具科學性，以期為水資源承載力評價方法研究提供參考。

２．２ 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)均來源于２００５—２０２１ 年《河南統(tǒng)計年鑒》《河南省水資源公報》和《河南省生態(tài)環(huán)境狀況公報》。

２．３ 計算結果

２．３．１ 權重計算結果

采用ＩＡＨＰ 計算準則層社會、經(jīng)濟、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個子系統(tǒng)權重，構造的區(qū)間判斷矩陣見表２，權重計算結果見表３。由表３ 可知，準則層社會、經(jīng)濟、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個子系統(tǒng)歸一化權重分別為０．１４１、０．１０２、０．４３８、０．３１９，且由一致性檢驗得出０＜α ＝０．８６９＜１＜β ＝ １．１２０，可知區(qū)間判斷矩陣一致性較好。為了驗證ＩＣＶＭ 作為確定客觀權重方法的適應性，選用ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ （ Ｃｒｉｔｅｒｉａ Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔｅｒ?Ｃｒｉｔｅｒｉａ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）與ＩＣＶＭ 對比分析。３ 種方法確定權重的結果見表４。經(jīng)計算各評價指標組合權重向量ｗｊ ＝ （０．０４０，０．０３６，０．０２８，０．０３７，０．０５１，０．０５１，０．０４９，０．０５９，０．０７０，０．０７１，０．０５５，０．０５４，０．０３８，０．０４１，０．０５６，０８２，０．０８６，０．０９６）。

由表４ 可知：對于絕大部分評價指標，ＩＣＶＭ 得到的權重比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ 兩種方法得到的權重更貼近河南省實際情況，特別是對于社會子系統(tǒng)中的人口密度、城鎮(zhèn)化率，水資源子系統(tǒng)中的人均用水量、萬元ＧＤＰ 用水量，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的建成區(qū)綠化覆蓋率、化學需氧量排放量、氨氮排放量。在社會子系統(tǒng)中，ＣＲＩＴＩＣ 得到的權重最小的指標為人口自然增長率，但是ＩＣＶＭ 與ＥＷＭ 得到的權重最小的指標為城鎮(zhèn)化率。河南省作為我國人口大省，２０２２ 年末其常住人口達到９ ８７２ 萬人，在全國人口排名中位列第三，如此龐大的人口數(shù)量必定帶來較大的水資源承載壓力，而河南省近幾年的城鎮(zhèn)化率基本維持在５５％左右，因此與城鎮(zhèn)化率相比，應提高人口自然增長率在河南省水資源承載力評價中的權重。在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中，ＩＣＶＭ 得到的權重最小的指標為建成區(qū)綠化覆蓋率，而ＣＲＩＴＩＣ 得到的權重最小的指標為化學需氧量排放量?；瘜W需氧量排放量過高意味著水中含有大量有機污染物，這是制約水資源可持續(xù)利用的關鍵因素，且化學需氧量排放量作為負向指標，相比建成區(qū)綠化覆蓋率正向指標更能充分反映河南省的水資源承載能力，因而應當提高該指標的權重。ＥＷＭ 得到的建成區(qū)綠化覆蓋率、化學需氧量排放量這兩個指標權重相差０．１５８，遠高于ＩＣＶＭ 與ＣＲＩＴＩＣ 得到的兩個指標的權重差值０．０８２、０．０５５。綜合以上考慮，本文在對水資源承載力評價指標客觀賦權時采用ＩＣＶＭ，以便獲得更貼近河南省實際情況和更準確的評價結果。

２．３．２ 水資源承載力評價結果

首先對２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力評價指標進行歸一化處理，構造決策矩陣Ｖ ＝（ｂｉｊ ）ｍ×ｎ 。在決策矩陣的基礎上，由式（９）計算河南省水資源承載力綜合得分，并根據(jù)綜合得分得出各年份水資源承載力等級（見表５）。由表５ 可知，２０１５ 年之前除２００５ 年、２００７ 年和２０１０ 年水資源承載力等級為“中等”外，其他年份水資源承載力都處于“較低”等級，２０１５ 年之后水資源承載力等級則一直維持在“中等”，說明現(xiàn)階段河南省水資源承載力基本滿足經(jīng)濟社會的發(fā)展需要。

２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力綜合得分在０．２５１～０．５７８ 范圍內(nèi)波動，平均值為０．４１６，水資源承載力平均等級為“中等”。２０１０—２０１３ 年水資源承載力綜合得分一直減小，由０．４５９減小到０．２５１；２０１３ 年之后，水資源承載力綜合得分波動增大，由２０１４ 年的０．３８３ 增大到２０２０ 年的０．５７８（２０１９ 年減小到０．４０４，但是等級仍然為“中等”）。

對河南省水資源承載力綜合得分進行Ｍ－Ｋ 趨勢檢驗（見圖２），Ｍ－Ｋ 檢驗統(tǒng)計量０＜Ｚ ＝ １．２１６＜１．２８０，未通過置信度為９０％的顯著性檢驗，表明河南省水資源承載力綜合得分雖然呈增大趨勢，但趨勢不明顯，在經(jīng)濟社會發(fā)展中需要注重水資源可持續(xù)利用。河南省水資源承載力綜合得分的ＵＦ 和ＵＢ 統(tǒng)計量在２００５—２０１７ 年未出現(xiàn)交點，而在２０１７—２０２０ 年出現(xiàn)兩個交點，且兩個交點均介于臨界直線之間，表明突變發(fā)生在２０１７—２０２０ 年。在顯著性水平為０．０５ 時，ＵＦ 統(tǒng)計量在２００５—２０１７ 年小于０，且在２０１２—２０１４ 年超出信度線，說明此期間河南省水資源承載力綜合得分呈減小趨勢且在２０１２—２０１４ 年減小趨勢顯著；２０１７ 年之后ＵＦ 統(tǒng)計量均大于０，表明水資源承載力綜合得分呈上升趨勢，預測未來幾年河南省水資源承載力等級會繼續(xù)保持“中等”且有可能達到“較高”等級。

２．４ 障礙因子診斷

由式（１０）計算河南?。玻埃埃怠玻埃玻?年水資源承載力１８ 個評價指標的障礙度和障礙度均值，根據(jù)障礙度大小列出排名前八的評價指標，見表６。

由表６ 可知，制約河南省水資源承載力的主要指標分別為廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長率與人均ＧＤＰ，這８ 個指標障礙度均值之和為５８．４４％，因此可以認為這８ 個指標為河南省水資源承載力的主要障礙因子。在這些障礙因子中，排名首位的是廢污水排放量，障礙度均值為１０．４０％；排名最后的為人均ＧＤＰ，障礙度均值為５．２４％。由《河南統(tǒng)計年鑒２０２２》知，２０２１ 年河南省城市廢污水排放量為２５．４１ 億ｔ， 占河南省當年供水總量的１１． ４％， 而２０１７—２０２１ 年河南省平均廢污水排放量為３６．３５ 億ｔ，廢污水排放嚴重制約河南省水資源承載力的提高。主要障礙因子中大多數(shù)屬于水資源子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的指標，因此在河南省未來經(jīng)濟社會發(fā)展中，應注重水資源的保護，努力提高水資源承載力。

圖３ 為排名前六的障礙因子障礙度隨時間的變化情況，借助Ｅｘｃｅｌ 中的Ｌｉｎｅｓｔ 函數(shù)對其分析可知，廢污水排放量、人均用水量、水資源總量的障礙度隨時間逐漸增大，說明這３ 個障礙因子對未來河南省水資源承載力的影響會越來越大。由《河南省水資源公報》知，２００５—２０２０ 年人均用水量為２３３．０６ ｍ３，但是２０２０ 年人均用水量比２０１９ 年下降了８ ｍ３，２０２１ 年比２０２０ 年下降了１３ ｍ３，表明近年來河南省人均用水量存在明顯下降趨勢。水資源總量和降水量有關，２０２０ 年河南省水資源總量（４０８．５９ 億ｍ３）比２０１９ 年（１６８．９ 億ｍ３）增加了１４１．９％，表明水資源總量年際變幅較大。其他３ 個障礙因子的障礙度雖隨時間逐漸減小，但仍對河南省水資源承載力有制約作用，同樣應在未來經(jīng)濟社會發(fā)展中受到重視。

３ 結論

１）ＩＡＨＰ 法采用區(qū)間數(shù)代替單一值來判別指標的重要程度，能夠在一定程度上降低專家賦權的主觀性。通過對比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ、ＩＣＶＭ ３ 種方法，發(fā)現(xiàn)ＩＣＶＭ更適合作為河南省水資源承載力的客觀賦權法。

２）構建綜合指數(shù)評價模型對河南省水資源承載力進行評價，結果表明２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力綜合得分平均值為０．４１６，水資源承載力等級為“中等”。對河南省水資源承載力綜合得分進行Ｍ－Ｋ趨勢檢驗，預測未來幾年內(nèi)河南省的水資源承載力等級會繼續(xù)保持“中等”且有可能達到“較高”等級。

３）廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長率與人均ＧＤＰ 是河南省水資源承載力的主要障礙因子。

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【責任編輯 張華興】