辛 帥

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽 110166)

?

基于模糊綜合評價(jià)模型的城市水資源承載力評價(jià)研究

辛 帥

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽 110166)

本文以遼寧省大連、沈陽、鞍山三個(gè)代表城市為例，構(gòu)建了涉及水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境等多方面的城市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系，采用模糊綜合評價(jià)模型對選取的各代表城市進(jìn)行水資源承載力評價(jià)。結(jié)果表明：遼寧省的水資源開發(fā)利用已具有一定規(guī)模，但其中沈陽市的城市水資源承載力形勢不容樂觀，水資源狀況比較緊張。本研究結(jié)果可為遼寧省城市水資源管理工作提供參考。

遼寧?。?城市水資源承載力； 模糊綜合評價(jià)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷加快，人類生活、生產(chǎn)等對水資源的需求不斷增加，由此引發(fā)的水資源供需矛盾突出、水環(huán)境惡化等問題已成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。水資源承載力是近年來國內(nèi)外為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用所研究的熱點(diǎn)問題之一，尤其是在城市地區(qū)用水極度緊張的背景下，城市水資源承載力的研究也越來越被重視。

本文以遼寧省為例，選取大連、沈陽、鞍山三個(gè)代表城市，采用模糊綜合評價(jià)模型，對代表城市進(jìn)行水資源承載力評價(jià)，以期為該地區(qū)水資源的可持續(xù)利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

遼寧省位于中國東北地區(qū)南部，總面積14.8萬km2。遼寧省地處歐亞大陸東岸的中緯度地區(qū)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是東北地區(qū)降水量最多的省份，年降水量在600～1100mm之間，降雨量分布不均，東濕西干。2014年，遼寧省總?cè)丝?391萬，其中城鎮(zhèn)人口2944.4萬，城鎮(zhèn)化水平達(dá)到了67.05%。

2 指標(biāo)體系及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

指標(biāo)體系的建立是水資源承載力評價(jià)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，城市水資源系統(tǒng)涉及了水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等各方面，因此，本文在選取指標(biāo)體系時(shí)將各方面進(jìn)行耦合，并結(jié)合研究區(qū)的具體情況，借鑒其他水資源承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[2-5]，確定本文城市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系及等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表1、表2)。本文將承載力分為3個(gè)等級，其中，Ⅰ級表示城市水資源承載力強(qiáng)，水資源供給充足，利用合理；Ⅱ級表示城市水資源承載力中等，水資源供給量基本能夠滿足需要，處于水資源中度利用狀態(tài)；Ⅲ級表示城市水資源承載力弱，水資源相對缺乏。

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于《遼寧省2014年水資源公報(bào)》及《遼寧省2014年國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》等資料，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過計(jì)算整理得到。

表1 城市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系

表2 代表城市各評價(jià)指標(biāo)值及等級劃分

3 構(gòu)建評價(jià)模型

城市水資源承載力評價(jià)系統(tǒng)涉及了水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多個(gè)系統(tǒng)，影響因素較多，并具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，使城市水資源承載力評價(jià)具有模糊性和隨機(jī)性等不確定因素。因此，本文采用模糊綜合評價(jià)法進(jìn)行城市水資源承載力的評價(jià)[6]。

各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算也是水資源承載力評價(jià)中的重要環(huán)節(jié)，目前，國內(nèi)外常用的確定權(quán)重的方法有主成分分析法、層次分析法、熵權(quán)法等[7-8]。其中，主成分分析法和層次分析法的主觀性較強(qiáng)，熵權(quán)法是以整體的觀念去度量水資源承載力變量所具有的不確定性，計(jì)算精度較高，客觀性較強(qiáng)。因此，本文采用熵權(quán)法對各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。

3.1 模糊綜合評價(jià)模型

(1)

式中：B為V上的模糊子集；A為U上的模糊子集；其中，A=(a1，a2，…，am)，0≤ai≤1；B=(b1，b2，…，bm)，0≤bj≤1。其中，ai為Ui對A的隸屬度，bj為Vj對綜合評判所得模糊子集B的隸屬度，它表示綜合評判的結(jié)果。評判矩陣為

(2)

(3)

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

a.構(gòu)建判斷矩陣R=[vij]，(i=1,2,…,n；j=1,2，…,m)。

b.將判斷矩陣歸一化處理。

(4)

(5)

式中： maxxij，minxij分別為同指標(biāo)下所有樣本對應(yīng)模糊量值中的最大值和最小值。

c.計(jì)算指標(biāo)的熵值，計(jì)算公式如下：

(6)

d.各指標(biāo)的熵值的確定。

(7)

4 評價(jià)結(jié)果

通過熵權(quán)法確定的各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為W=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)，按照隸屬度，計(jì)算每個(gè)評價(jià)因素對應(yīng)各個(gè)等級的相對隸屬度rij，進(jìn)而求出綜合評價(jià)矩陣R的值。比如，對沈陽市城市水資源承載力的綜合評價(jià)進(jìn)行計(jì)算：

B=A·R=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，

0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)×

其綜合評分值為

=0.58

按同樣方法對大連市和鞍山市進(jìn)行城市水資源承載力評價(jià)，其結(jié)果見表3。從評價(jià)結(jié)果中可以得出，3個(gè)代表城市水資源承載力的大小為：大連市≥沈陽市≥鞍山市，各城市對V2級的隸屬度均在0.50以上，表明各城市水資源開發(fā)利用已具有相當(dāng)規(guī)模，但城市水資源仍具有一定的開發(fā)利用潛力。對比各城市對V1、V3的隸屬度大小可以看出，大連市和鞍山市V1級的值均大于V3級的值，表明這些城市的情況較為樂觀，水資源進(jìn)一步開發(fā)的潛力也較大；沈陽市V3級的值大于V1級的值，表明沈陽市2014年的水資源狀況相對比較緊張，進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較小，沈陽市在今后的發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)水資源的保護(hù)，加大節(jié)約用水的宣傳力度，完善節(jié)水設(shè)施的配套建設(shè)，提高城市的水資源管理水平。

表3 遼寧省各代表城市水資源承載力評價(jià)結(jié)果

5 結(jié) 語

本文在分析遼寧省各代表城市水資源承載力基本情況的前提下，建立了針對性的評價(jià)指標(biāo)體系，并采用了模糊綜合評價(jià)模型以及熵權(quán)法進(jìn)行分析評價(jià)。結(jié)果表明：沈陽市的水資源承載能力不容樂觀，今后的水資源開發(fā)利用相對比較緊張；大連市和鞍山市的水資源承載能力雖然樂觀，但在今后的水資源開發(fā)利用中，仍需注意水資源的保護(hù)。

根據(jù)此次對遼寧省代表城市水資源承載力的評價(jià)，對遼寧省今后的水資源開發(fā)利用提出以下建議：加強(qiáng)水資源保護(hù)力度，建立相關(guān)水資源保護(hù)制度，使水資源保護(hù)工作正規(guī)化；建立節(jié)水型工業(yè)、生活等用水體系，研究可循環(huán)的用水技術(shù)，提高水資源的利用效率；建立健全城市水資源管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各用水部門之間公平、合理的用水分配。

[1] 李慶賀，伍博煒，楊珺麗，等.福建省城市水資源承載力綜合評價(jià)研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2014,25(4):147-151.

[2] 王友貞，施國慶，王德勝.區(qū)域水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系的研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2005,20(4):597-604.

[3] 孫才志，左海軍，楊靜.基于極大熵原理的黃河流域水資源承載力研究——以山西段為例[J].資源科學(xué)，2004,26(2):17-22.

[4] 張鑫，王紀(jì)科，蔡煥杰，等.區(qū)域地下水資源承載力綜合評價(jià)研究[J].水土保持通報(bào)，2001,21(3):24-27.

[5] 劉玉東.基于相關(guān)分析與粗糙集理論的區(qū)域水資源承載力評價(jià)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(8):57-60,76.

[6] 李朦，解建倉，楊柳，等.基于模糊物元模型的渭北工業(yè)區(qū)地下水資源承載力評價(jià)[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2014,25(4):169-174.

[7] 常建娥，蔣太立.層次分析法確定權(quán)重的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版)，2007,29(1):153-156.

[8] 邱菀華.管理決策與應(yīng)用熵學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[9] 蘇永紅，馮起，劉蔚，等.應(yīng)用模糊綜合評判方法評價(jià)石羊河流域水資源承載力[J].干旱區(qū)研究，2009,26(2):169-175.

Research on urban water resources carrying capacity evaluation based on fuzzy comprehensive evaluation model

XIN Shuai

(Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project Construction Bureau, Shenyang 110166, China)

In the paper, Dalian, Shenyang and Anshan—three representative cities in Liaoning Province are adopted as examples for constructing urban water resources carrying capacity evaluation index system from many aspects of water resources, social economy, ecological environment and other aspects. Fuzzy comprehensive evaluation model is adopted for evaluating water resources carrying capacity in all selected representative cities. The results show that water resources development and utilization in Liaoning Province have certain scale. However, urban water resources carrying capacity trend in Shenyang is not optimistic, and water resources situation is tight. The research results can provide reference for urban water resources management in Liaoning Province.

Liaoning Province; urban water resources carrying capacity; fuzzy comprehensive evaluation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.021

TV213.4

A

2096- 0131(2016)07- 0074- 04