和諧論在水資源承載力綜合評價中的應用

孟珍珠,唐德善,魏宇航,張范平

(1.河海大學水利水電學院,江蘇 南京　210098; 2.江西省水利科學研究院,江西 南昌　330029)

和諧論在水資源承載力綜合評價中的應用

孟珍珠1,唐德善1,魏宇航1,張范平2

(1.河海大學水利水電學院,江蘇 南京210098; 2.江西省水利科學研究院,江西 南昌330029)

摘要：以人水和諧的理論為核心,以“健康、發展、協調”為3大量化準則,構建了基于和諧論的水資源承載力評價指標體系。并以阜陽市為例,構造層次分析-模糊綜合評判模型對該市各縣區的水資源承載力進行綜合評價。結果表明,阜陽市整體水資源承載力較差,且各縣區水資源的承載能力不均衡,沿淮縣市情況相對較好。

關鍵詞：水資源承載力;和諧論;模糊綜合評價;層次分析法

城市是社會發展的主要區域,水資源是城市發展的必備條件,而水資源承載力是指導城市生態建設和制定經濟發展規劃的基礎。城市的迅速發展導致水問題越來越嚴峻,給水資源帶來了巨大壓力,水資源在社會經濟發展中的角色也愈發重要。從20世紀80年代起,許多學者開展了人-水之間相互關系的研究,也已有諸多學者采用不同方法、不同模型,如常規趨勢法、系統動力學法、綜合評價法及多目標分析法等,從不同角度對水資源承載力進行評價,并且取得良好的評價結果。Ding等[1-2]研究了人水之間的復雜關系,分析了水資源系統的變化和不確定性,進行城市人水和諧的研究。左其亭等[3]提出了城市人水和諧的量化準則。

筆者借鑒已有的水資源承載力指標構建和評價方法,結合阜陽市當地的水資源實際特征,首先,依據人水和諧中“健康、發展、協調”的3大量化準則,建立了以和諧論為核心的水資源承載力評價準則;然后,利用層次分析法來計算評價指標的權重系數,并結合模糊綜合評判法對其進行模糊處理,建立了AHP-模糊綜合評判模型對阜陽市的水資源承載力進行定量評價。

1基于和諧論的水資源承載力評價指標體系構建

1.1代表性指標體系分析

水資源承載力評價指標體系是一個多因素、多目標的復雜的大系統,不僅與其系統自身特性有關,還取決于人類活動能力及意識形態等因素。構建合理的評價指標體系是公正、公平地評價區域水資源承載力的必要條件。當前關于水資源承載力指標的選取角度名目繁多,但多以滿足社會經濟發展的基本需求角度進行指標選取,對于人水和諧發展和支撐可持續發展能力的衡量和評估尚不完善,這就給城市人水關系的可持續發展帶來了不確定性。現有國內代表性評價指標體系對比見表1[4]。

表1　代表性評價指標體系對比

1.2基于和諧論的指標體系構建

基于和諧理論的水資源承載能力研究是指在人文系統與水系統相互協調的良性循環狀態, 即在不斷改善水系統自我維持和更新能力的前提下, 水資源能為人類生存和社會經濟可持續發展提供的支撐和保障的能力。本文在選取指標時遵循科學性、整體性、定性定量相結合等原則的同時,在和諧論的理論框架下,以水循環為紐帶, 將人文系統與水系統聯系在一起,水資源承載力和諧評價應包括以下3個量化準則[10]:①健康:是指從水系統的角度考量水資源承載能力,如河流的自我修復能力、區域水資源總量、供水模數等方面,主要反映待評價區域的水資源天然稟賦,即水資源系統本身的質與量。②發展:主要從人文系統考量水資源承載力,特別是從社會經濟角度實現社會經濟的可持續發展,主要反映高效利用享有的資源支撐社會發展的規模和經濟發展的程度。③協調:主要從人文系統和水系統之間的相互作用關系角度考量水資源承載力,主要指人文系統與水系統關系的發展狀態,即水系統必須為人類及社會經濟的發展提供必要支撐和安全保障,主要反映水資源保障社會經濟發展的可持續性。

在水資源承載力和諧評價指標篩選方面,根據人水和諧理論健康(水系統)、發展(人文系統)、協調(人文系統與水系統相互作用),首先采用頻度分析法對以往的水資源承載力評價指標、城市人水和諧度評價指標、水資源可持續發展度評價指標等進行頻率統計,使用頻率高的指標作為初選指標,以初選指標構建專家咨詢表,向相關專家發咨詢表征求意見,在對咨詢結果統計分析的基礎上,以反映“和諧”為目標,對指標做進一步篩選并對指標進行分類,對其中的定量指標采用主成分分析法進行篩選,定性指標則采用德爾菲法進行篩選。

最終,確立基于和諧理論的水資源承載力評價指標體系,由目標層、準則層、領域層及指標層4個層次量化指標組成體系框架。其中:①目標層,用水資源和諧承載力綜合反映人文系統與水系統相互協調和發展的程度以及評價區域水資源承載力總體程度、總體態勢和總體效果;②準則層,通過前文提出的“健康、發展和協調”3個量化準則,分別從水系統、人文系統以及水系統與人文系統的相互作用及關系的角度來衡量人水系統的健康度、發展度和協調度;③領域層,每個準則包含的不同指標類型和方面;④指標層,是具體的量化指標,反映具體某個方面的水資源承載能力,每個領域層由多個具體指標構成。水資源承載力評價指標及說明見表2。

在指標的篩選方面,結合研究區的實際情況對研究區和諧標準下的水資源承載能力進行評價,并判斷等級。與傳統的“社會-經濟-生態”的水資源承載力評價指標體系相比,基于和諧論的指標體系有以下特點:①可反映出人-水復合系統協調、穩定、健康運行的狀態;②不僅可以衡量水資源支撐人類社會的可持續發展的狀況,而且可以反映水資源系統的自我更新和修復能力以及人類主動維持和改善水資源系統的循環狀態。

表2　水資源承載力評價指標及說明

2案例應用

阜陽市是皖北水資源最匱乏的城市之一,市轄界首市和太和、臨泉、潁上、阜南4縣及潁州、潁泉、潁東3區,總面積9 775 km2。由于城市發展規模的擴大和水問題的日益突出,水資源問題已經成為制約阜陽市可持續發展的重要瓶頸之一,因此,水資源承載力的研究對于阜陽市資源統籌、城市協調發展和城市空間布局有著重要意義。由于水資源承載力的不確定性和模糊性,本文采用層次分析法確定指標權重,模糊綜合評判模型評價計算,以2013年為例對阜陽市的水資源承載能力進行綜合評估,對該市未來外調水源基于和諧角度的內部配置有一定參考價值。

2.1指標評價標準的劃分

結合阜陽市水資源承載力的實際情況,并參考全國平均水平和安徽省平均水平,將其評價等級劃分為強(V1)、較強(V2)、一般(V3)、較弱(V4)和弱(V5)5個等級,具體評價指標等級劃分標準見表3。

V1表示水資源承載力水平很好,人水關系和諧,水資源不會成為城市可持續發展的限制因素;V2表示水資源承載水平較好,水資源可以基本滿足城市發展需求;V3表示水資源承載力一般,基本滿足現狀的水資源需求,但仍未達到人水和諧的狀態,對城市未來可持續發展具有一定限制作用;V4表示水資源承載力接近飽和,人水關系較不和諧,水資源對于城市發展的支撐潛力小;V5表示水資源已無開發潛力,人水關系極端不和諧,水資源已經成為城市發展的制約條件。

2.2權重系數的確定

根據已建立的評價指標體系,利用層次分析法計算各指標的權重[11],計算出阜陽市水資源承載力評價指標體系中各指標的權重。對各單層次和總層次進行一致性檢驗后得到各指標權重W(表4)。

2.3模糊綜合評價方法

由于評價等級的模糊性和不確定性,使用模糊綜合評判模型對其進行評價,能夠更好地反映當地的水資源承載力狀況。模糊綜合評價方法主要將評價指標和等級分成兩個有效論域U={u1,u2,…,un}和 V={v1,v2,…,vm},兩者之間進行單因素評價,得到模糊關系矩陣R。

(1)

式中,rij為U中第i個因素ui對V中第j個等級vj的相對隸屬度。

表3　水資源承載力評價指標等級劃分標準

表4　水資源承載力指標權重及待評價數值

模糊矩陣R中的rij根據評價指標的實際數值及其相應的分級指標來確定。不同的隸屬度函數將對控制特性產生不同影響,本文中采用“降半梯形分布圖法”確立函數的隸屬度,評價因子隸屬度函數計算式如下:

(2)

式中:x為單因子樣本值,a1、a2分別為水資源承載力評價指標相鄰分級的標準值。

通過上述模型可以分別得出水資源承載力各指標的權重W和模糊隸屬度矩陣R,并得出最終評判矩陣B=WR,求得相應水資源承載力評價等級并進行綜合評價。

2.4結果分析

基于上述權重和模型的計算,首先對待評價對象進行歸一化處理,然后計算出評判矩陣R, 最后由B=WR得出阜陽市水資源承載力評價結果,求得阜陽市各縣區的水資源承載能力綜合評分值,計算式結果見表5。

表5　阜陽市水資源承載力橫向評價結果

由評價結果可知,阜陽市水資源承載力整體壓力較大,其中,市區和太和縣承載壓力最大,其次為界首市、臨泉縣,沿淮城市潁上縣和阜南縣相對情況較好,說明阜陽市空間分布不均勻,城市的產業遴選和空間布局應考慮其水資源的實際承載能力,且對于未來外調水源的配置應側重于中心城區、太和縣等北部遠淮城市。評價結果與當地實際調查的反映基本一致,評價結果合理。

3結語

在總結大量文獻的基礎上,對水資源承載力的代表性指標體系進行了歸納和總結,分析了其主要的指標選取依據和研究內容,并在人水和諧的基礎上探討了基于和諧論的水資源承載力的概念和內涵,并明確了“健康、發展、協調”3大量化準則。根據量化準則,提出了基于和諧理論的水資源承載力指標體系,選取了10個領域層、共26項指標。結合層次分析法和模糊綜合評價法,采用基于和諧理論的水資源承載力指標體系,以阜陽市為例,分別對其轄管的6個縣區的水資源承載力進行綜合評價和橫向對比分析,實例區的計算結果表明,阜陽市水資源承載整體狀況不容樂觀,從空間方面來看,遠淮縣市水資源承載壓力大于沿淮縣市,評價結果與實際情況相符。基于和諧理論的水資源承載力綜合評價與傳統的水資源承載力評價相比,能夠比較客觀地從和諧發展角度反映研究區的水資源承載程度。

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Application of harmony theory to evaluation of water resources carrying capacity

MENG Zhenzhu1, TANG Deshan1, WEI Yuhang1, ZHANG Fanping2

(1.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.JiangxiInstituteofWaterScienceandTechnology,Nanchang330029,China)

Abstract：According to the core concept of human-water harmony and the criteria of health, development, and harmony, we established a water resources carrying capacity evaluation index system based on the harmony theory. Taking Fuyang City as a case study, we built the AHP-fuzzy comprehensive evaluation model to assess the water resources carrying capacity of the counties and districts in Fuyang City. The results show that the city has poor water resources carrying capacity on the whole, and the capacity is unbalanced in the counties and districts; the situation in the counties and cities near the Huaihe River is better than in those far away from the river.

Key words：water resources carrying capacity; harmony theory; fuzzy comprehensive evaluation; AHP

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.010

基金項目:國家重點基礎研究發展計劃(2012CB417006)

作者簡介:孟珍珠(1990—),女,碩士研究生,研究方向為水利水電系統規劃與工程經濟。E-mail: zhenzhu.meng@hotmail.com 通信作者:唐德善,教授。E-mail: tds808@163.com

中圖分類號：TV122

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)03-0054-05

(收稿日期：2015-05-15編輯：徐娟)