李丹陽， 方國華， 黃顯峰

(河海大學 水利水電學院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

我國境內(nèi)水資源總量豐富，但人均水資源量不足，水環(huán)境問題嚴峻，已成為制約我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，在今后相當長的一段時間內(nèi)，水資源供需矛盾將會更加突出[2]。

水資源承載能力對于一個國家或地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展、提升綜合發(fā)展能力、持續(xù)擴大發(fā)展規(guī)模來說十分重要[3]。然而，區(qū)域的快速發(fā)展導致水問題越來越嚴重，甚至導致水資源承載能力過載。由于水問題日益嚴重，新疆水資源研究組[4]首次開展對水資源承載能力的研究。Naimi-ait-aoudia等[5]以嚴重缺水國家阿爾及利亞為研究區(qū)域，開發(fā)出水資源承載能力評價軟件并計算出該地區(qū)的水資源總量。孟珍珠等[6]以“健康、發(fā)展、協(xié)調(diào)”為準則構(gòu)建了基于和諧論的水資源承載力評價指標體系。時佳等[7]從社會、經(jīng)濟、水資源、生態(tài)和環(huán)境5個方面建立并完善了水資源承載力量化指標體系。蔣汝成等[8]從水資源、水環(huán)境、經(jīng)濟和社會4個系統(tǒng)中選取指標構(gòu)建評價指標體系并進行評價。危文廣等[9]從水資源、社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境4個子系統(tǒng)選取定量指標作為評價因素。綜觀國內(nèi)外學者在研究水資源承載能力時，評價指標體系的構(gòu)建主要集中于兩大方面：自然生態(tài)與經(jīng)濟社會?；谶@兩者所建立的評價指標體系，雖經(jīng)典和具有代表性，但隨著水資源“雙控”行動的提出，可考慮基于“雙控”理論建立評價指標體系，以順應時代的發(fā)展和政策的施行。

為了控制水資源消耗，提高區(qū)域水資源承載能力，2012年國務院頒布了《國務院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》文件，明確實行“三條紅線”管理；并在第十二屆全國人大四次會議上通過的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中明確提出，要實施水資源消耗總量和強度雙控行動[10]。自“雙控”行動實施以來，計劃推進53條跨省江河流域水量分配已完成19條，多個項目已完成水資源論證并核減水量40×108m3，制定并頒布取水定額國家標準累計達32項，全國31個省區(qū)市實現(xiàn)用水定額全覆蓋[11]。然而，還存在著部分省份未將用水強度指標分解到縣級行政區(qū)域、規(guī)劃水資源論證缺乏頂層設計、全國性的節(jié)水條例及實施安排未出臺、個別地區(qū)沒有足夠重視節(jié)水工作、農(nóng)業(yè)用水浪費現(xiàn)象依然比較嚴重、對最嚴格的水資源管理制度與“雙控”行動之間的聯(lián)系認識不到位等問題[12]。因此，本文從水資源總量和強度兩方面入手，結(jié)合水資源質(zhì)量構(gòu)建評價指標體系，采用層次分析法(主觀)和熵值法(客觀)相結(jié)合的方法確定各指標權(quán)重，建立模糊綜合評價模型對南京市浦口區(qū)的水資源承載能力進行綜合評價，以便為更好組織和實施“雙控”行動提供依據(jù)，進一步促進經(jīng)濟社會發(fā)展要素與水資源承載能力相互協(xié)調(diào)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

南京市浦口區(qū)地處南京市西北部，長江下游北岸，國土總面積為913.75 km2。2016年，浦口區(qū)常住人口為76.99×104人；水資源總量為7.437×108m3(不包含過境水資源量)，總供水量為31 321×104m3，實際用水總量3 1321×104m3，其中，第一產(chǎn)業(yè)用水量為21 960×104m3、第二產(chǎn)業(yè)用水量為1 918×104m3、第三產(chǎn)業(yè)用水量為910×104m3；全區(qū)萬元GDP用水量33.8 m3，萬元工業(yè)增加值用水量5.6 m3，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)0.66；城市供水管網(wǎng)漏損率11.6%；污水總處理量為2 206×104t，污水處理率為83%；再生水回用率為4.1%；水功能區(qū)達標率為56.25%，工業(yè)用水計量率為95%。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標體系構(gòu)建 為了對區(qū)域水資源承載能力進行綜合評價，需要構(gòu)建一套科學合理的區(qū)域水資源承載能力評價指標體系，使體系中大量相互聯(lián)系并制約的因素能夠條理清晰、層次分明。在構(gòu)建指標體系時，應當首先分析可能對區(qū)域水資源承載能力產(chǎn)生影響的因素，然后將總量、強度、質(zhì)量這3種類型的指標進一步分解為若干個分析指標，從而構(gòu)成相應的指標體系。

總量即水資源消耗總量，是反映區(qū)域和各產(chǎn)業(yè)所消耗水資源量的最大值，也是反映水資源開發(fā)利用程度最有效的指標。分析水資源消耗總量，可以掌握區(qū)域和各行業(yè)的可用水總量，同時也會促進區(qū)域?qū)λY源消耗強度的管理。強度即水資源利用效率，包括單位產(chǎn)品、單位面積、單位人口等用水量，通過分析水資源在經(jīng)濟、人口、技術(shù)等方面的利用效率，可以更好地辨識方向、抓住重點、采取措施，提高水資源利用效率。質(zhì)量即水質(zhì)，通過分析區(qū)域水質(zhì)情況，確定區(qū)域水資源對生態(tài)環(huán)境的影響，從而更加全面地對水資源承載能力進行評價。

根據(jù)評價指標選取的五大原則，可采用理論分析法、頻度統(tǒng)計法和專家咨詢法進行具體的指標選取[13]。理論分析法是對區(qū)域水資源承載能力評價進行綜合分析，結(jié)合水資源“雙控”行動的目標，選擇具有代表性的重要特征指標?！半p控”行動的主要內(nèi)容在最嚴格的水資源管理制度中已有所體現(xiàn)，從本質(zhì)上來說，“雙控”行動是最嚴格水資源管理制度的拓展[10]，如區(qū)域用水總量(以水資源開發(fā)利用率代替)、萬元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、水功能區(qū)水質(zhì)達標率等，“雙控”行動還增加了控制萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量。頻度分析法是根據(jù)國內(nèi)外與區(qū)域水資源承載能力評價相關(guān)的文獻進行頻度統(tǒng)計，分析后選擇頻率較高的指標，比如人均供水量、需水模數(shù)、工業(yè)用水計量率、污水處理率等。專家咨詢法是初步確定指標后，征詢在區(qū)域水資源承載能力評價領域的專家意見，對所選指標進行調(diào)整，最終完成區(qū)域水資源承載能力評價指標體系的指標選取。經(jīng)綜合分析，確定基于總量和強度控制的區(qū)域水資源承載能力評價指標，見圖1。

本文選擇浦口區(qū)現(xiàn)狀水平年(2016年)、近期水平年(2020年)和遠期水平年(2025年)作為研究對象，并根據(jù)選取的各評價指標的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定南京市浦口區(qū)水資源承載能力評價指標體系和3個水平年各指標數(shù)據(jù),如表1所示。

圖1 基于總量和強度控制的區(qū)域水資源承載能力評價指標

指標層2016年2020年2025年C1/%42.145.448.3C2/%70.165.058.0C3/%6.17.49.3C4/%2.93.54.5C5/m3406.80393.95381.49C6/104(m3·km-2)34.2539.4042.00C7/m333.833.432.4C8/m35.65.24.4C90.660.680.75C10/%11.610.05.0C11/%4.16.013.0C12/%9598100C13/%56.2575.0090.00C14/%8390100

2.2.2 評價等級與標準確定 在現(xiàn)有研究成果的基礎上[3]，考慮區(qū)域水資源承載能力與該區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展能力的協(xié)調(diào)性，可將其劃分為5個等級，分別為好(a1)、較好(a2)、一般(a3)、較差(a4)和差(a5)。“好”等級說明該區(qū)域水資源承載能力強，可與經(jīng)濟社會發(fā)展相適應；“一般”等級說明該區(qū)域水資源承載能力與經(jīng)濟社會發(fā)展水平處于平衡狀態(tài)；“差”等級說明該區(qū)域水資源承載能力將突破極限值，繼續(xù)發(fā)展下去將破壞生態(tài)平衡；“較好”等級和“較差”等級則分別位于“好”與“一般”、“一般”與“差”的等級之間。具體分級界限為：0.9

綜合考慮國際上相關(guān)指標的警戒值，以及全國、江蘇省和南京市范圍內(nèi)各項指標的上限值和下限值，界定5個等級的閾值，以此來確定水資源承載能力評價指標的評價標準，具體見表2。

2.2.3 指標權(quán)重計算 指標權(quán)重會直接影響到多目標綜合評價的結(jié)果。目前確定指標權(quán)重的方法有很多，可按照主、客觀性，將其分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法確定的指標權(quán)重能夠充分考慮決策者的偏好，但當評價指標數(shù)量較多時，計算結(jié)果可靠性較低；客觀賦權(quán)法是根據(jù)各指標的實際數(shù)據(jù)確定權(quán)重，不會因為主觀判斷的失誤而影響權(quán)重。因此，指標具體數(shù)值不確定時可用層次分析法(主觀性)進行計算，若是已知每項指標的具體數(shù)值，則可利用熵值法(客觀性)進行計算。

本文首先采用熵值法計算指標層對準則層的權(quán)重，然后采用層次分析法計算準則層對目標層的權(quán)重，最后將兩次運算的權(quán)重值進行綜合，得到指標層對目標層的組合權(quán)重[14]。主客觀相結(jié)合，使計算結(jié)果更具有可靠性。計算公式為：

(1)

式中：Qz為指標層對目標層的組合權(quán)重；Qy為準則層對目標層的相對權(quán)重，即一級權(quán)重；Qyz為指標層對準則層的相對權(quán)重，即二級權(quán)重;Y為準則層數(shù)量；Z為指標層數(shù)量。

首先，依據(jù)浦口區(qū)水資源承載能力控制現(xiàn)狀水平年(2016年)、近期水平年(2020年)和遠期水平年(2025年)的實際指標值(表1)，采用熵值法確定指標層的指標對其相應準則層的權(quán)重(具體見表3)。其次，針對浦口區(qū)基于總量和強度控制的水資源承載能力評價指標體系，邀請10名專家對準則層的3類指標進行打分，根據(jù)其打分結(jié)果，采用層次分析法確定準則層對目標層的相對權(quán)重Qy=(0.4599,0.3189,0.2211)。最后計算得到組合權(quán)重，即各項指標對目標層的權(quán)重。計算結(jié)果如表3所示。

2.2.4 模糊綜合評價模型構(gòu)建 模糊綜合評價模型的構(gòu)建與計算步驟如下[15]：

步驟1：建立因素集、評判集與權(quán)重集。

因素集是綜合評價的因素所組成的集合，用有限論域U={u1,u2,…,um}表示，其中ui(i=1,2,…,m)代表各評價因素；評判集是對評判對象的評語所組成的集合，用有限論域V={v1,v2,…,vn}表示，其中vj(j=1,2,…,n)代表各種可能的評價結(jié)果。為了反映各評價因素各自的重要程度，需要對各個因素賦予相應的權(quán)重qi，組成權(quán)重集Q=(q1,q2,…,qm)。

步驟2：建立隸屬度矩陣。

對每一個因素ui建立單因素評判集Ri，設rij表示因素集U的第i個因素的評價結(jié)果，即ui對vj的隸屬度，則單因素評判集為Ri=(ri1,ri2,…,rim)。將各因素評判集的隸屬度按行排列，構(gòu)成因素集與評判集的隸屬度矩陣R=rij。

步驟3：模糊綜合評價結(jié)果的確定。

采用加權(quán)平均法，評價結(jié)果可表示為下列模糊變換B=Q×R，其中，B為V上的模糊子集，B=(b1,b2,…,bn)，0≤bj≤1，bj為等級vj對綜合評價模糊子集B的隸屬度。

步驟4：確定區(qū)域水資源承載能力的評價等級。

采用加權(quán)平均法，給評價等級中的每一個等級賦分，根據(jù)與V={v1,v2,…,vn}各等級對應的評分值a1,a2，…，an，即可求得水資源承載能力的綜合評分值a，計算公式如下：

(2)

根據(jù)計算所得的出的綜合評分值，可以確定該區(qū)域水資源承載能力。

表2 水資源承載能力評價指標評價標準

表3 浦口區(qū)水資源承載能力各評價指標權(quán)重值

3 評價結(jié)果與分析

根據(jù)表1中各評價指標的具體數(shù)值，計算得出各評價指標的隸屬度，所得3個水平年的模糊綜合評判矩陣分別為R2016、R2020、R2025。

根據(jù)各評價指標組合權(quán)重值構(gòu)造相應的權(quán)重矩陣Q，由權(quán)重矩陣Q和模糊綜合評判矩陣R采用加權(quán)平均法得到南京市浦口區(qū)基于總量和強度控制的區(qū)域水資源承載能力各水平年的評價結(jié)果矩陣B如下所示：

B2016=(0.197,0.205,0.205,0.202,0.190)

B2020=(0.246,0.256,0.252,0.246,0)

B2025=(0.255,0.250,0.250,0.244,0)

為了便于對水資源承載能力大小進行比較，確定a1=0.95、a2=0.85、a3=0.6、a4=0.4、a5=0.01。根據(jù)公式(2)可計算得出a2016=0.568,a2020=0.701,a2025=0.703。

由計算結(jié)果可知，2016年浦口區(qū)水資源承載能力為一般，2020和2025年浦口區(qū)水資源承載能力為較好。

浦口區(qū)2016年水資源承載能力綜合評分值為0.568，承載能力為一般，區(qū)域水資源總量、強度和質(zhì)量基本合理。14項評價指標中，5項評價指標等級為好，3項評價指標等級為較好，4項評價指標等級為一般，1項評價指標等級為較差，1項評價指標等級為差，未達標指標為再生水回用率和水功能區(qū)水質(zhì)達標率。這主要是因為灌區(qū)工程設施老化失修，農(nóng)民大水漫灌習慣未徹底改變，全區(qū)灌溉水利用系數(shù)在0.66左右，與節(jié)水型社會的要求仍有差距，有待進一步提高；同時，部分工業(yè)企業(yè)用水習慣也有待改善，用水重復利用率有待提高；雨水、中水等非傳統(tǒng)水源利用程度還不高，再生水回用率為4.1%，節(jié)水潛力仍然很大。此外，境內(nèi)部分河湖水質(zhì)未能穩(wěn)定達標，水功能區(qū)水質(zhì)達標率只有56.3%，河湖水體污染仍較嚴重，水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)污染物排放量大，處理率低，部分地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)布置不盡合理，水環(huán)境現(xiàn)狀與功能區(qū)劃總體要求還不相適應，與節(jié)水型社會建設要求仍有一定差距。

浦口區(qū)2020年的水資源承載能力綜合評分值為0.701，承載能力為較好，14項評價指標中，4項評價指標等級為好，6項評價指標等級為較好，4項評價指標等級為一般。浦口區(qū)2025年的水資源承載能力綜合評分值為0.703，承載能力為較好，14項評價指標中，9項評價指標等級為好，4項評價指標等級為較好，1項評價指標等級為一般。在近期、遠期水平年指標中，第一產(chǎn)業(yè)用水比重和城市供水管網(wǎng)漏損率降低，第三產(chǎn)業(yè)用水比重、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、再生水回用率和水功能區(qū)水質(zhì)達標率增加，浦口區(qū)規(guī)劃年的水資源承載能力相對于現(xiàn)狀年來說有進一步的提高，這主要是因為在“十三五”建設期間，浦口區(qū)嚴格按照“雙控”行動的要求，控制了水資源的消耗總量和強度，完成了水資源的分配優(yōu)化，實現(xiàn)了水資源高效利用，同時全面提升了浦口區(qū)節(jié)水技術(shù)水平并應用到各行業(yè)。

4 結(jié) 論

通過對基于總量和強度控制的區(qū)域水資源承載能力進行評價研究，主要結(jié)論如下：

(1)本文在我國實施“雙控”行動的基礎上，建立了一套基于總量和強度控制的浦口區(qū)水資源承載能力評價指標體系，并從水資源總量、水資源強度和水資源質(zhì)量3個方面構(gòu)建了包含目標層、3個準則層和14個指標層的評價指標體系。采用層次分析法(主觀)和熵值法(客觀)相結(jié)合的方法，確定了各評價指標的組合權(quán)重。并選取浦口區(qū)2016、2020和2025年3個水平年的相關(guān)數(shù)據(jù)進行研究，構(gòu)建了模糊綜合評價模型對浦口區(qū)水資源承載能力進行綜合評價，確定了浦口區(qū)3個水平年水資源承載能力等級分別為一般、較好、較好，與浦口區(qū)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢相適應，從而確定了基于總量和強度控制的區(qū)域水資源評價指標體系的可行性。

(2)根據(jù)本文所建立的基于總量和強度控制的區(qū)域水資源承載能力評價指標體系，結(jié)合我國“十三五”規(guī)劃中的“雙控”行動施行過程中出現(xiàn)的問題，可以更加快速地找出問題的根源，以采取最恰當?shù)姆椒ń鉀Q問題，縮短提高區(qū)域水資源承載能力的進程。

(3)由于水資源承載能力研究的復雜性，本文還存在一些不足，主要集中于確定各評價指標的評價等級時，受限于研究對象和研究區(qū)域，存在局限性，且隨著地區(qū)對水資源承載能力的逐漸重視以及對水資源管理水平的不斷加強，某些指標的評價標準會發(fā)生變化。因此需要根據(jù)研究區(qū)域的實際情況不斷地修改完善評價標準，保證其適用性。