（唐山市水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

在我國北方地區(qū)，水資源表現(xiàn)為資源性缺乏且用水供需矛盾嚴峻，并演變成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的障礙因子，理清水資源承載力的多維層次特征并抽象成量化模型，以合理評判水資源承載力，是促進區(qū)域水生態(tài)文明建設的重要內(nèi)容。國內(nèi)外學者對水資源承載力進行了廣泛探索，如劉佳駿等［1］對中國省域水資源承載力進行分析，認為西南地區(qū)承載力良好、南方地區(qū)次之、東北和西北較差、華北地區(qū)最差；郭倩等［2］基于DPSIR框架研究了云南省水資源承載力演變趨勢，表明該省水資源的管理力度與壓力均有增加，水資源承載力演變趨勢較復雜；席丹墀等［3］運用分層模糊數(shù)學探究了京津冀地區(qū)水資源承載力與產(chǎn)業(yè)分布的耦合性，表明兩者存在顯著空間不一致。這些研究深入分析了區(qū)域水資源承載力的時空分布格局與經(jīng)濟、環(huán)境、人口、科技等要素之間的聯(lián)系。

唐山市屬于典型缺水城市，本文擬采用熵權法構建水資源承載力的模糊綜合評價模型，以期為區(qū)域水資源與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 水資源承載力評價指標體系構建

依據(jù)水資源承載力一般概念，可知其具有自然、社會雙重屬性，從要素構成來看，其屬于水資源、經(jīng)濟社會、水環(huán)境3個維度。為了全面反映水資源承載力，將區(qū)域人口、環(huán)境、水資源、經(jīng)濟等本地概況予以綜合考慮，并依據(jù)不同要素間作用機理將水資源承載力抽象成PSR框架。

人口與經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源產(chǎn)生的壓力P；面對壓力水資源本身呈現(xiàn)的狀態(tài)，亦即水資源質(zhì)量S；優(yōu)化水資源承載力，人類社會對水資源環(huán)境采取的保護、治理措施R。從這3個方面確立水資源承載力評價指標體系，能夠較好地解析水資源承載力的層次結構特征及其能動關系。參考相關學者研究經(jīng)驗［1-4］，列出了眾多指標，通過信度、效度分析選取了18個指標，構建唐山市水資源承載力評價指標體系如表1。

表1 水資源安全評價指標體系及權重系數(shù)

1.2 水資源承載力數(shù)學建模

1.2.1 指標賦權

依據(jù)表1得到唐山市水資源承載力評價矩陣［X］m*n，該矩陣由m個指標、n個評價對象（唐山市縣級行政區(qū)個數(shù)）組成。不同維度和指標對水資源承載力大小的影響存在差異，為量化表達其重要性，采用熵值信息予以客觀賦權［5］，其公式：

經(jīng)計算可得各項指標權值和PSR維度的權值如表1。

1.2.2 指標隸屬度計算

參照相關學者研究經(jīng)驗，確定各項指標分級標準（表1），據(jù)此對水資源承載力展開模糊綜合評判，其評判的關鍵在于計算各評價對象的每一指標的隸屬度。該分級準則記作F，分為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3共3級標準，設定位居區(qū)間中部的隸屬度為1，區(qū)間邊緣為0.5；對位居F1和F3邊緣點兩側外，其距離臨界值越遠，則對于兩側等級隸屬度越大。對于m項指標，F(xiàn)的隸屬度計算公式：

式中 a∈［X］，b∈［F］，將隸屬度矩陣記作記作［Y］m*n。

1.2.3 水資源承載力指數(shù)計算與評價

單一指標隸屬度值表明該因子的分級，考慮到各指標重要性存在差異，運用綜合指數(shù)法，將隸屬度值與熵權信息加權求和，以量化描述水資源承載力大小WCI，量化值記作，其值越大，表明水資源承載力越好。其模型公式為：

式中 WCId（d=1，2，3）為各子系統(tǒng)指數(shù)，WCI為水資源承載力指數(shù)，其指數(shù)值域為［0，1］；yij為第i個評價對象的第j個指標歸一化值；w為第j個指標權重。由于表1中的分級準則， 將WCI分為3級：（0，0.35）為不可承載，［0.35，0.65］為可承載，（0.65，1）為理想承載。

1.3 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究數(shù)據(jù)主要為唐山市統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中以唐山市為評價對象的數(shù)據(jù)來源于 《河北統(tǒng)計年鑒》（2001～2016），而以唐山市各縣區(qū)為評價對象的數(shù)據(jù)來源于《唐山統(tǒng)計年鑒》（2016），數(shù)據(jù)來源差異主要由于前者統(tǒng)計數(shù)據(jù)以市為統(tǒng)計單元，后者則以縣為統(tǒng)計單元。基本數(shù)據(jù)整理、熵權和隸屬度計算、水資源承載力指數(shù)計算在Excel 2016中進行。

2 結果與分析

2.1 水資源承載力綜合演變趨勢

為完整體現(xiàn)唐山市水資源承載力變化特征，以2000～2015年為研究時域，模糊綜合評價了PSR子系統(tǒng)及水資源承載力，結果如圖1。

圖1 PSR子系統(tǒng)及水資源承載力演變趨勢

（1）2001～2015年唐山水資源承載力指數(shù)WCI由0.572下降至0.410，表明水資源支撐能力有所下降，但仍處于可承載水平。其中在2010年之前，水資源承載力指數(shù)WCI介于0.445～0.572之間，指數(shù)下降趨勢明顯；而在2010～2015年間，水資源承載力指數(shù)介于0.445～0.410之間，其變化幅度較小。

（2）壓力P子系統(tǒng)呈現(xiàn)降低趨勢，由2001年的0.6035減小至2015年的0.2414，相應地其水資源承載力等級由可承載演變至不可承載，表明區(qū)域水資源供應壓力逐漸增大。其中在2005～2010年間壓力指數(shù)呈明顯波動趨勢，介于0.280～0.448之間，而在2010年后呈現(xiàn)平穩(wěn)降低。

（3）狀態(tài)S子系統(tǒng)表征區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)，圖1顯示研究時域內(nèi)其變化趨勢于水資源承載力特征一致，由2001年的0.6334減小至2015年的0.4114，仍處于可承載級別，但其整體水平降低。

（4）響應R子系統(tǒng)表明，近16年間唐山市水資源保護力度逐漸加大，其指數(shù)由2001年的0.428波動升高至2015年的0.658，但仍處于可承載級別。

2.2 唐山市水資源承載力分布

為了解唐山市各縣水資源承載力分布差異，以縣區(qū)為評價對象，研究了2015年水資源承載力指數(shù)以及壓力、狀態(tài)、響應子系統(tǒng)指數(shù)，如圖2。

圖2 唐山市各縣區(qū)水資源承載力雷達圖

（1）曹妃甸、遷西、樂亭的水資源承載壓力指數(shù)大于0.4，高于其他地區(qū)，表明這些地區(qū)水資源供應壓力較小，而路南、路北和豐潤區(qū)的壓力最大。

（2）狀態(tài)S子系統(tǒng)來看，曹妃甸的狀態(tài)指數(shù)最高，其次為豐潤、豐南、灤南等地；灤縣和遷西縣最差，表明沿海地區(qū)水資源環(huán)境狀態(tài)良好。

（3）響應R子系統(tǒng)表明，曹妃甸、開平、遷西的水環(huán)境質(zhì)量效果較好，而市中心的路南、路北、豐潤區(qū)水資源響應指數(shù)最低。

（4）綜合來看，曹妃甸區(qū)水資源承載力最佳，達到0.548，遷西、豐南區(qū)次之，為0.4277，0.4274，豐潤、古冶、開平、樂亭、灤南縣的水資源承載力指數(shù)相差不大、介于0.4254～0.4176之間，灤縣、路南、路北地區(qū)的水資源承載力最脆弱，僅為0.3615，0.2972，0.3542。由此看來，全市水資源承載力分布不均衡，承載力較好的地區(qū)位于全市邊緣地帶，水資源承載力較差的地區(qū)集中于市中心地區(qū)。

2.3 水資源承載力影響因素解析

PSR各子系統(tǒng)的綜合作用決定了區(qū)域水資源承載力的大小。將水資源承載力指數(shù)與各子系統(tǒng)指數(shù)進行擬合分析，能夠直觀顯示兩者之間的關系，如圖3。

圖3 水資源承載力與各子系統(tǒng)擬合

由圖3可知，水資源承載力WCI與壓力P、狀態(tài)S子系統(tǒng)的擬合系數(shù)分別為0.4491，0.7854，表明其變化趨勢I一致，均呈下降特征；反映了P，S子系統(tǒng)的惡化是水資源承載力的制約因素。而與響應R子系統(tǒng)的擬合系數(shù)達-0.7672，表明兩者呈反向發(fā)展特征，R子系統(tǒng)逐漸優(yōu)化而水資源承載力呈惡化態(tài)勢。而熵權信息表明S子系統(tǒng)的權值最大，為0.4018，P，R子系統(tǒng)的權值依次為0.3521，0.2461，說明狀態(tài)系統(tǒng)是水資源承載力變化的主控維度，壓力、響應子系統(tǒng)的重要性次之。

指標權值雷達如圖4，可知C13（環(huán)境污染治理投資比重）、C12（產(chǎn)水模數(shù)）、C8（森林覆蓋率）、C1（人均水資源量）的權值信息最大，是水資源承載力的重要影響因子。

圖4 指標權值雷達圖

3 結語

（1）PSR指標模型能夠較好闡釋水資源承載力的自然、社會屬性及其之間反饋機制，模糊綜合評判法具有可操作性、科學性特點，具有良好應用前景。

（2）近16年來唐山市水資源承載力趨于惡化，有可承載主要由于水資承載壓力加大和水環(huán)境質(zhì)量退化引起，對此應該加強水源涵養(yǎng)能力和環(huán)境治理，并優(yōu)化經(jīng)濟發(fā)展與水資源的協(xié)調(diào)性。

（3）唐山市各縣區(qū)水資源承載力分布不均，市中心區(qū)需水量大而供水潛力難以滿足需要，因而水資源承載力較差，今后應注重產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與結構調(diào)整；而邊緣地區(qū)水資源承載力較好，應保持可持續(xù)發(fā)展并接納部門經(jīng)濟發(fā)展與人口流動。

參考文獻：

［1］劉佳駿，董鎖成，李澤紅.中國水資源承載力綜合評價研究［J］.自然資源學報，2011，26（2）：258-269.

［2］郭倩，汪嘉楊，張碧.基于DPSIRM框架的區(qū)域水資源承載力綜合評價［J］.自然資源學報， 2017，32（3）：484-493.

［3］席丹墀，許新宜，韓冬梅，等.京津冀地區(qū)水資源承載力評價［J］.北京師范大學學報（自然科學版），2017（5）.

［4］王建華，翟正麗，桑學鋒，等.水資源承載力指標體系及評判準則研究［J］.水利學報， 2017，48（9）：1023-1029.

［5］田靜宜，王新軍.基于熵權模糊物元模型的干旱區(qū)水資源承載力研究——以甘肅民勤縣為例［J］.復旦學報（自然科學版），2013，52（1）：86-93.