陳 磊，梁新平

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002)

0 引 言

水是保障區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為重要的自然資源之一[1]，近些年隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水問題已經(jīng)成為制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要因素。水資源承載力(WRCC)作為水資源可持續(xù)利用的重要組成，開展對水資源承載力的評價研究，是進(jìn)行區(qū)域水資源優(yōu)化配置、實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和水安全戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)與保證[2,3]。

關(guān)于水資源承載力評價研究，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究，并取得了一系列成果[4-13]。目前，在水資源承載力評價方法研究中，存在兩個問題：一是評價指標(biāo)權(quán)重確定單純采用客觀賦權(quán)法或主觀賦權(quán)法，不能對指標(biāo)進(jìn)行合理賦權(quán)；二是水資源承載力評價結(jié)果分級明顯，不能反映實際情況。鑒于此，本文以新疆塔里木河流域“三源一干”為研究區(qū)，基于可變模糊集理論，引入綜合賦權(quán)法建立水資源承載力評價模型，通過調(diào)整模型參數(shù)，提高水資源承載力評價結(jié)論的穩(wěn)定性，為后續(xù)區(qū)域水資源的合理配置與優(yōu)化提供參考。

1 水資源承載力評價指標(biāo)體系構(gòu)建

考慮到水資源承載力評價指標(biāo)體系的完整性、代表性和可行性。本文參考有關(guān)研究成果，結(jié)合干旱區(qū)水資源特點，選取12項評價指標(biāo)，建立水資源承載力評價體系(見表1)。

表1 水資源承載力評價指標(biāo)體系

建立水資源承載力分級標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。其中：V1為良好，表示該流域水資源開發(fā)利用尚處于初級，有很大承載潛力；V3表示較差，該流域水資源承載能力已經(jīng)達(dá)到飽和值，繼續(xù)發(fā)展下去將會導(dǎo)致環(huán)境惡化；V2介于兩者之間。

表2 水資源承載力評價指標(biāo)分級

2 水資源承載力評價方法

本文采用可變模糊集理論，基于綜合賦權(quán)方法，構(gòu)建水資源承載力評價模型[14]。

假設(shè)：

(1)

(2)

(3)

2.1 相對差異函數(shù)

首先，構(gòu)建指標(biāo)特征值矩陣：

S=(sij)

(4)

式中：sij為樣本j指標(biāo)i的特征值；i= 1，2，… ，m；j= 1，2，… ，n。

將指標(biāo)特征值矩陣按照c個級別的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值K進(jìn)行計算

K=(kih)

(5)

式中：kih表示指標(biāo)i在h級時的標(biāo)準(zhǔn)特征值，h=1，2，… ，c。

根據(jù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值矩陣和可變集合的吸引區(qū)間矩陣Rab與范圍區(qū)間矩陣Rcd：

Rab=([aih,bih])

(6)

Rcd=([cih,dih])

(7)

s是S區(qū)間中的任意一點，若s位于M點左側(cè)，則相對差異函數(shù)為：

(8)

若s位于M點右側(cè)，則相對差異函數(shù)為：

(9)

2.2 改進(jìn)綜合賦權(quán)

本文將熵權(quán)法和層次分析法組合賦權(quán)，以便評價結(jié)果更科學(xué)合理，切合實際[15,16]。

σi=αωi+(1-α)wi, 0≤α≤1；

0<σi,ωi,wi<1,i=1,2,…,n

(10)

式中：σi為綜合權(quán)重；ωi為層次分析法計算權(quán)重；wi為熵權(quán)法計算權(quán)重；α為決策系數(shù)，取0.5。

2.3 求解相對隸屬度矩陣

評價樣本對不同水資源承載力等級的相對隸屬度計算式如下：

(11)

其中：

(12)

(13)

U=(uh)

(14)

其中：

(15)

根據(jù)式(16)計算樣本級別分值：

H=(1,2,3,)·U

(16)

式中：H為評價樣本水資源承載力等級分值。

3 研究區(qū)概況

塔里木河是我國最大的內(nèi)陸河，其位于新疆維吾爾自治區(qū)南部，天山山脈和昆侖山山脈之間，地理位置介于73°10′～94°05′E，34°55′～43°08′N之間，流域總面積102.7 萬km2，涵蓋南疆五地州。塔里木河流域由阿克蘇河、葉爾羌河等九大水系144條河流組成。目前，與塔里木河干流有地表水力聯(lián)系的僅有阿克蘇河、和田河與葉爾羌河，簡稱“三源一干”。塔里木河流域是新疆重要的石油石化基地，也是全國聞名的糧食、瓜果蔬菜基地，流域水系見圖1。

圖1 塔里木河流域水系

4 結(jié)果與分析

本文針對塔里木河流域“三源一干”2015年(現(xiàn)狀年)水資源承載力情況進(jìn)行評價。同時，參考《新疆地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》、《塔里木河流域綜合規(guī)劃》等資料，對流域“三源一干”2025年、2035年(規(guī)劃水平年)水資源承載力情況進(jìn)行預(yù)測評價。

4.1 現(xiàn)狀年水資源承載力評價

根據(jù)塔里木河流域“三源一干”2015年水資源承載力評價指標(biāo)數(shù)值(見表3)，構(gòu)建現(xiàn)狀指標(biāo)特征值矩陣S與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值矩陣K。

表3 塔里木河流域“三源一干”2015年水資源承載力評價指標(biāo)

根據(jù)式(8)～式(16)，計算得到塔里木河流域“三源一干”現(xiàn)狀年水資源承載力評分。

由表4可知，比較4組模型參數(shù)計算得到的“水資源承載力”級別特征值，其評價結(jié)果穩(wěn)定。阿克蘇河以及塔里木河干流水資源承載力綜合評價為2級，形勢不容樂觀，因此必須加強水資源管理，提高水資源利用率，增強節(jié)水意識，提高水資源承載力。和田河流域與葉爾羌河流域水資源承載力已達(dá)到2～3級，接近該流域水資源承載極限，必須加強水資源監(jiān)管，若繼續(xù)惡化必將阻礙流域水資源可持續(xù)發(fā)展。

表4 研究區(qū)現(xiàn)狀年WRCC評價結(jié)果

4.2 規(guī)劃水平年水資源承載力變化分析

4.2.1 水資源承載力評價指標(biāo)預(yù)測

對規(guī)劃水平年研究區(qū)發(fā)展要素分析，得到水資源承載力評價指標(biāo)值，見表5。

表5 研究區(qū)規(guī)劃水平年水資源承載力評價指標(biāo)值

4.2.2 結(jié)果與分析

采用可變模糊綜合評價方法對塔里木河流域“三源一干”規(guī)劃水平年水資源承載力進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表6與表7。

由表6與表7可知，葉爾羌河流域2015年水資源承載力分值為2.22～2.65，2025年為2.26～2.57，2035年為2.17～2.42，水資源承載力評價分值從現(xiàn)狀年到規(guī)劃年逐漸降低，由最初的2～3級降到2級，說明葉爾羌河流域水資源承載力水平逐漸提高，水資源復(fù)合系統(tǒng)逐漸好轉(zhuǎn)；和田河流域水資源承載力分值由2015年的2.25～2.59降至2025年的2.16～2.32，至2035年，分值為2.14～2.28，評價等級也由2～3級降到2級，且置信區(qū)間逐漸縮小，評價結(jié)果趨于穩(wěn)定；阿克蘇河流域從現(xiàn)狀年2015年到規(guī)劃水平年2035年，水資源承載力評價等級均為2級，且分值變化幅度較小，說明該流域水資源復(fù)合系統(tǒng)相對穩(wěn)定，若要進(jìn)一步提高該流域水資源承載力則需要采取控制人口數(shù)量，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等方法，結(jié)合工程與非工程措施共同作用；塔里木河干流2015年水資源承載力分值為1.89～1.96，2025年為2.10～2.2，2035年為2.07～2.21，較其他流域而言，水資源承載力分值較低，且穩(wěn)定在2級階段，說明該流域水資源復(fù)合系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，可支撐當(dāng)?shù)牡厣a(chǎn)生活與生態(tài)用水，且有一定的發(fā)展空間。

表6 規(guī)劃水平年研究區(qū)水資源承載力分值

表7 不同水平年研究區(qū)水資源承載力分級

5 結(jié) 語

(1)現(xiàn)狀水平年(2015年)，阿克蘇河流域與塔里木河干流水資源承載力評價為2級，形勢不容樂觀，必須加強水資源管理，提高水資源利用效率；和田河流域與葉爾羌河流域水資源承載力已達(dá)到2～3級，接近水資源承載力極限，若繼續(xù)惡化必將阻礙流域可持續(xù)發(fā)展。

(2)規(guī)劃水平年(2035年)，葉爾羌河流域與和田河流域水資源承載力評價分值較現(xiàn)狀年有所降低，流域水資源承載力評價等級均為2級，表明研究區(qū)水資源復(fù)合系統(tǒng)有好轉(zhuǎn)趨勢，承載力有所增強；阿克蘇河流域水資源承載力評價等級均為2級，且分值變化幅度較小，說明該流域水資源復(fù)合系統(tǒng)相對穩(wěn)定；塔里木河干流水資源承載力分值較其他流域較低，且穩(wěn)定在2級階段，說明該流域水資源復(fù)合系統(tǒng)可支撐當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活與生態(tài)用水，且有一定的發(fā)展空間。

(3)利用改進(jìn)綜合賦權(quán)法的可變模糊綜合評價模型對塔里木河流域“三源一干”不同水平年水資源承載力評價，其評價分值波動區(qū)間變化不大，評價結(jié)果穩(wěn)定度和精準(zhǔn)度有所提升。因此，本文構(gòu)建模型能夠很好地反映研究區(qū)水資源承載力實際狀況，為流域的發(fā)展與規(guī)劃提供重要決策依據(jù)。