孟珍珠,唐德善,魏宇航,張范平

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

和諧論在水資源承載力綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

孟珍珠1,唐德善1,魏宇航1,張范平2

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京210098; 2.江西省水利科學(xué)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(fā)展、協(xié)調(diào)”為3大量化準(zhǔn)則,構(gòu)建了基于和諧論的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。并以阜陽市為例,構(gòu)造層次分析-模糊綜合評(píng)判模型對該市各縣區(qū)的水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,阜陽市整體水資源承載力較差,且各縣區(qū)水資源的承載能力不均衡,沿淮縣市情況相對較好。

關(guān)鍵詞：水資源承載力;和諧論;模糊綜合評(píng)價(jià);層次分析法

城市是社會(huì)發(fā)展的主要區(qū)域,水資源是城市發(fā)展的必備條件,而水資源承載力是指導(dǎo)城市生態(tài)建設(shè)和制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)。城市的迅速發(fā)展導(dǎo)致水問題越來越嚴(yán)峻,給水資源帶來了巨大壓力,水資源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的角色也愈發(fā)重要。從20世紀(jì)80年代起,許多學(xué)者開展了人-水之間相互關(guān)系的研究,也已有諸多學(xué)者采用不同方法、不同模型,如常規(guī)趨勢法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、綜合評(píng)價(jià)法及多目標(biāo)分析法等,從不同角度對水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià),并且取得良好的評(píng)價(jià)結(jié)果。Ding等[1-2]研究了人水之間的復(fù)雜關(guān)系,分析了水資源系統(tǒng)的變化和不確定性,進(jìn)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(zhǔn)則。

筆者借鑒已有的水資源承載力指標(biāo)構(gòu)建和評(píng)價(jià)方法,結(jié)合阜陽市當(dāng)?shù)氐乃Y源實(shí)際特征,首先,依據(jù)人水和諧中“健康、發(fā)展、協(xié)調(diào)”的3大量化準(zhǔn)則,建立了以和諧論為核心的水資源承載力評(píng)價(jià)準(zhǔn)則;然后,利用層次分析法來計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),并結(jié)合模糊綜合評(píng)判法對其進(jìn)行模糊處理,建立了AHP-模糊綜合評(píng)判模型對阜陽市的水資源承載力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

1基于和諧論的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1代表性指標(biāo)體系分析

水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜的大系統(tǒng),不僅與其系統(tǒng)自身特性有關(guān),還取決于人類活動(dòng)能力及意識(shí)形態(tài)等因素。構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是公正、公平地評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力的必要條件。當(dāng)前關(guān)于水資源承載力指標(biāo)的選取角度名目繁多,但多以滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本需求角度進(jìn)行指標(biāo)選取,對于人水和諧發(fā)展和支撐可持續(xù)發(fā)展能力的衡量和評(píng)估尚不完善,這就給城市人水關(guān)系的可持續(xù)發(fā)展帶來了不確定性?，F(xiàn)有國內(nèi)代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對比見表1[4]。

表1　代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對比

1.2基于和諧論的指標(biāo)體系構(gòu)建

基于和諧理論的水資源承載能力研究是指在人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的良性循環(huán)狀態(tài), 即在不斷改善水系統(tǒng)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(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供的支撐和保障的能力。本文在選取指標(biāo)時(shí)遵循科學(xué)性、整體性、定性定量相結(jié)合等原則的同時(shí),在和諧論的理論框架下,以水循環(huán)為紐帶, 將人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)聯(lián)系在一起,水資源承載力和諧評(píng)價(jià)應(yīng)包括以下3個(gè)量化準(zhǔn)則[10]:①健康:是指從水系統(tǒng)的角度考量水資源承載能力,如河流的自我修復(fù)能力、區(qū)域水資源總量、供水模數(shù)等方面,主要反映待評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源天然稟賦,即水資源系統(tǒng)本身的質(zhì)與量。②發(fā)展:主要從人文系統(tǒng)考量水資源承載力,特別是從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,主要反映高效利用享有的資源支撐社會(huì)發(fā)展的規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度。③協(xié)調(diào):主要從人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系角度考量水資源承載力,主要指人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)關(guān)系的發(fā)展?fàn)顟B(tài),即水系統(tǒng)必須為人類及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供必要支撐和安全保障,主要反映水資源保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性。

在水資源承載力和諧評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選方面,根據(jù)人水和諧理論健康(水系統(tǒng))、發(fā)展(人文系統(tǒng))、協(xié)調(diào)(人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)相互作用),首先采用頻度分析法對以往的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)、城市人水和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)、水資源可持續(xù)發(fā)展度評(píng)價(jià)指標(biāo)等進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì),使用頻率高的指標(biāo)作為初選指標(biāo),以初選指標(biāo)構(gòu)建專家咨詢表,向相關(guān)專家發(fā)咨詢表征求意見,在對咨詢結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,以反映“和諧”為目標(biāo),對指標(biāo)做進(jìn)一步篩選并對指標(biāo)進(jìn)行分類,對其中的定量指標(biāo)采用主成分分析法進(jìn)行篩選,定性指標(biāo)則采用德爾菲法進(jìn)行篩選。

最終,確立基于和諧理論的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、領(lǐng)域?qū)蛹爸笜?biāo)層4個(gè)層次量化指標(biāo)組成體系框架。其中:①目標(biāo)層,用水資源和諧承載力綜合反映人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)和發(fā)展的程度以及評(píng)價(jià)區(qū)域水資源承載力總體程度、總體態(tài)勢和總體效果;②準(zhǔn)則層,通過前文提出的“健康、發(fā)展和協(xié)調(diào)”3個(gè)量化準(zhǔn)則,分別從水系統(tǒng)、人文系統(tǒng)以及水系統(tǒng)與人文系統(tǒng)的相互作用及關(guān)系的角度來衡量人水系統(tǒng)的健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度;③領(lǐng)域?qū)?每個(gè)準(zhǔn)則包含的不同指標(biāo)類型和方面;④指標(biāo)層,是具體的量化指標(biāo),反映具體某個(gè)方面的水資源承載能力,每個(gè)領(lǐng)域?qū)佑啥鄠€(gè)具體指標(biāo)構(gòu)成。水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)及說明見表2。

在指標(biāo)的篩選方面,結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況對研究區(qū)和諧標(biāo)準(zhǔn)下的水資源承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià),并判斷等級(jí)。與傳統(tǒng)的“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)”的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系相比,基于和諧論的指標(biāo)體系有以下特點(diǎn):①可反映出人-水復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、健康運(yùn)行的狀態(tài);②不僅可以衡量水資源支撐人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的狀況,而且可以反映水資源系統(tǒng)的自我更新和修復(fù)能力以及人類主動(dòng)維持和改善水資源系統(tǒng)的循環(huán)狀態(tài)。

表2　水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)及說明

2案例應(yīng)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(qū),總面積9 775 km2。由于城市發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大和水問題的日益突出,水資源問題已經(jīng)成為制約阜陽市可持續(xù)發(fā)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(tǒng)籌、城市協(xié)調(diào)發(fā)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(biāo)權(quán)重,模糊綜合評(píng)判模型評(píng)價(jià)計(jì)算,以2013年為例對阜陽市的水資源承載能力進(jìn)行綜合評(píng)估,對該市未來外調(diào)水源基于和諧角度的內(nèi)部配置有一定參考價(jià)值。

2.1指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的劃分

結(jié)合阜陽市水資源承載力的實(shí)際情況,并參考全國平均水平和安徽省平均水平,將其評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為強(qiáng)(V1)、較強(qiáng)(V2)、一般(V3)、較弱(V4)和弱(V5)5個(gè)等級(jí),具體評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

V1表示水資源承載力水平很好,人水關(guān)系和諧,水資源不會(huì)成為城市可持續(xù)發(fā)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(fā)展需求;V3表示水資源承載力一般,基本滿足現(xiàn)狀的水資源需求,但仍未達(dá)到人水和諧的狀態(tài),對城市未來可持續(xù)發(fā)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(guān)系較不和諧,水資源對于城市發(fā)展的支撐潛力小;V5表示水資源已無開發(fā)潛力,人水關(guān)系極端不和諧,水資源已經(jīng)成為城市發(fā)展的制約條件。

2.2權(quán)重系數(shù)的確定

根據(jù)已建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重[11],計(jì)算出阜陽市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。對各單層次和總層次進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后得到各指標(biāo)權(quán)重W(表4)。

2.3模糊綜合評(píng)價(jià)方法

由于評(píng)價(jià)等級(jí)的模糊性和不確定性,使用模糊綜合評(píng)判模型對其進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠更好地反映當(dāng)?shù)氐乃Y源承載力狀況。模糊綜合評(píng)價(jià)方法主要將評(píng)價(jià)指標(biāo)和等級(jí)分成兩個(gè)有效論域U={u1,u2,…,un}和 V={v1,v2,…,vm},兩者之間進(jìn)行單因素評(píng)價(jià),得到模糊關(guān)系矩陣R。

(1)

式中,rij為U中第i個(gè)因素ui對V中第j個(gè)等級(jí)vj的相對隸屬度。

表3　水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4　水資源承載力指標(biāo)權(quán)重及待評(píng)價(jià)數(shù)值

模糊矩陣R中的rij根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值及其相應(yīng)的分級(jí)指標(biāo)來確定。不同的隸屬度函數(shù)將對控制特性產(chǎn)生不同影響,本文中采用“降半梯形分布圖法”確立函數(shù)的隸屬度,評(píng)價(jià)因子隸屬度函數(shù)計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)相鄰分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值。

通過上述模型可以分別得出水資源承載力各指標(biāo)的權(quán)重W和模糊隸屬度矩陣R,并得出最終評(píng)判矩陣B=WR,求得相應(yīng)水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.4結(jié)果分析

基于上述權(quán)重和模型的計(jì)算,首先對待評(píng)價(jià)對象進(jìn)行歸一化處理,然后計(jì)算出評(píng)判矩陣R, 最后由B=WR得出阜陽市水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果,求得阜陽市各縣區(qū)的水資源承載能力綜合評(píng)分值,計(jì)算式結(jié)果見表5。

表5　阜陽市水資源承載力橫向評(píng)價(jià)結(jié)果

由評(píng)價(jià)結(jié)果可知,阜陽市水資源承載力整體壓力較大,其中,市區(qū)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(chǎn)業(yè)遴選和空間布局應(yīng)考慮其水資源的實(shí)際承載能力,且對于未來外調(diào)水源的配置應(yīng)側(cè)重于中心城區(qū)、太和縣等北部遠(yuǎn)淮城市。評(píng)價(jià)結(jié)果與當(dāng)?shù)貙?shí)際調(diào)查的反映基本一致,評(píng)價(jià)結(jié)果合理。

3結(jié)語

在總結(jié)大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對水資源承載力的代表性指標(biāo)體系進(jìn)行了歸納和總結(jié),分析了其主要的指標(biāo)選取依據(jù)和研究內(nèi)容,并在人水和諧的基礎(chǔ)上探討了基于和諧論的水資源承載力的概念和內(nèi)涵,并明確了“健康、發(fā)展、協(xié)調(diào)”3大量化準(zhǔn)則。根據(jù)量化準(zhǔn)則,提出了基于和諧理論的水資源承載力指標(biāo)體系,選取了10個(gè)領(lǐng)域?qū)印⒐?6項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)合層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法,采用基于和諧理論的水資源承載力指標(biāo)體系,以阜陽市為例,分別對其轄管的6個(gè)縣區(qū)的水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和橫向?qū)Ρ确治?實(shí)例區(qū)的計(jì)算結(jié)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(yuǎn)淮縣市水資源承載壓力大于沿淮縣市,評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符。基于和諧理論的水資源承載力綜合評(píng)價(jià)與傳統(tǒng)的水資源承載力評(píng)價(jià)相比,能夠比較客觀地從和諧發(fā)展角度反映研究區(qū)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(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2012CB417006)

作者簡介:孟珍珠(1990—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)樗娤到y(tǒng)規(guī)劃與工程經(jīng)濟(jì)。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(hào)：TV122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-6933(2016)03-0054-05

(收稿日期：2015-05-15編輯：徐娟)