唐愛(ài)筑，何守陽(yáng)

(1.貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；3.貴州喀斯特環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)教育部野外科學(xué)觀測(cè)研究站，貴陽(yáng) 550025)

0 引 言

水資源是支撐自然生態(tài)系統(tǒng)平衡和人類(lèi)生存發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，也是制約當(dāng)今世界發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，并逐漸成為擁有經(jīng)濟(jì)性質(zhì)的公共性的社會(huì)資源[1]。城市是人口分布、資源消耗和環(huán)境污染的集中區(qū)域，是一個(gè)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，水資源承載能力不僅關(guān)系到城市未來(lái)自身的命運(yùn)，也關(guān)系到其周邊地區(qū)能否順利實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展甚至區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。隨著全球人口的持續(xù)增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市發(fā)展受到了水資源承載能力的極大約束。而水資源承載力是一項(xiàng)涉及水資源、人口、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多個(gè)系統(tǒng)相互耦合的綜合指標(biāo)，如何保持城市與水資源承載力協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和政府部門(mén)的廣泛關(guān)注。

國(guó)際上不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者是對(duì)水資源承載力進(jìn)行了多維度研究。Rees[2]從城市供水量方面研究水環(huán)境承載力，評(píng)價(jià)不同供水模式下城市發(fā)展?fàn)顩r。Joardor[3]從印度供排水模式和廢棄置物點(diǎn)角度評(píng)價(jià)城市資源承載力。Harris等[4]認(rèn)為水資源減少會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減量和土壤退化。同時(shí)氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源承載力的影響日益突出，Al-Kharabsheh等[5]認(rèn)為干旱氣候、人口增長(zhǎng)和欠缺的下水道系統(tǒng)使得約旦南部盆地水質(zhì)惡化。Severskiy[6]認(rèn)為淡水資源短缺是中亞地區(qū)發(fā)展的決定性因素。Ait-Aoudia[7]等從家庭供水系統(tǒng)角度評(píng)價(jià)阿爾及爾載水量和家庭用水能力。在水資源評(píng)價(jià)方法與模型方面，Duarte等[8]運(yùn)用數(shù)學(xué)模型評(píng)估沿海水域承載能力對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。Srinivasan等[9]利用人類(lèi)環(huán)境耦合系統(tǒng)模型檢驗(yàn)了印度城市化與水資源脆弱性之間的關(guān)系，認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)公共水資源利用管理。因此，Rijsberman等[10]在對(duì)城市可持續(xù)研究發(fā)展中提到，水資源系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展是城市水資源安全保障的重要保證，是水資源評(píng)價(jià)管理的重要部分。Falkenmark等[11]認(rèn)為水資源承載力是維持社會(huì)發(fā)展的重要因素，要合理進(jìn)行水資源管理和水污染防治。Gong[12]等研究發(fā)現(xiàn)蘭州市目前水資源利用存在不合理。

在我國(guó)，關(guān)于水資源承載力的研究始于20世紀(jì)80年代后期。1989年，新疆水資源軟科學(xué)課題研究組提出水資源承載力的概念與評(píng)價(jià)模型，采用了常規(guī)趨勢(shì)法對(duì)新疆烏魯木齊河流域的水資源承載力進(jìn)行研究[13]。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初期，這期間國(guó)家加強(qiáng)了水資源戰(zhàn)略問(wèn)題的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者在水資源承載力的理論基礎(chǔ)、指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)模型(方法)等方面做出貢獻(xiàn)[14-18]，為我國(guó)水資源承載力全面、系統(tǒng)的研究提供了許多經(jīng)典的研究案例。模糊綜合分析法[19]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[20]、BP網(wǎng)絡(luò)[21]等方法已被廣泛應(yīng)用不同地區(qū)的水資源承載力評(píng)價(jià)。近年來(lái)一些基于評(píng)價(jià)和診斷識(shí)別思路的區(qū)域聯(lián)系數(shù)和利用減法集對(duì)勢(shì)的評(píng)價(jià)方法與模型逐步得到應(yīng)用[22-24]。而在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源耦合協(xié)調(diào)以及水資源承載力提升與優(yōu)化方面也受到關(guān)注，夏軍等[25]分析城鎮(zhèn)化對(duì)“社會(huì)-水資源-生態(tài)”復(fù)合系統(tǒng)的影響，探討了城鎮(zhèn)化地區(qū)水資源承載力的理論研究基礎(chǔ)。賀輝輝等[26]從時(shí)間尺度上探討了安徽省淮河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與水環(huán)境的協(xié)調(diào)程度。陳紅梅等[27]計(jì)算了城鎮(zhèn)化與水資源承載力協(xié)調(diào)發(fā)展度，研究表明城鎮(zhèn)化質(zhì)量的提高與水資源承載力之間存在雙向作用關(guān)系。馬海良等[28]對(duì)江蘇省水資源承載力進(jìn)行評(píng)估，認(rèn)為注重兩型社會(huì)和生態(tài)文明建設(shè)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程可以較大幅度提升水資源承載力。

綜上所述，水資源承載力從早期的方法學(xué)到區(qū)域水資源承載狀態(tài)識(shí)別與評(píng)價(jià)逐漸過(guò)渡到基于評(píng)價(jià)識(shí)別、診斷及提升優(yōu)化的系統(tǒng)決策上來(lái)，尤其以長(zhǎng)時(shí)間尺度下共性問(wèn)題為導(dǎo)向的水資源承載力評(píng)價(jià)與提升對(duì)策已成為是當(dāng)下及未來(lái)一段時(shí)間的研究焦點(diǎn)。城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)過(guò)程中對(duì)水資源的需求日益增加，水資源對(duì)城市可續(xù)發(fā)展的支撐受到前所未有的挑戰(zhàn)，如何正確處理水資源和城鎮(zhèn)化之間的關(guān)系，維持水資源和城市之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，已成為全球城市發(fā)展與管理面臨的共性問(wèn)題。本文以構(gòu)建水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用集對(duì)分析方法進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)，并運(yùn)用減法集對(duì)勢(shì)進(jìn)行脆弱性指標(biāo)識(shí)別，力求診斷出貴陽(yáng)市快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水資源承載力的演變特征與存在的問(wèn)題，為城市的水資源利用、保護(hù)、可持續(xù)與系統(tǒng)管理決策提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

貴陽(yáng)市近年來(lái)一直處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展階段，2017年城鎮(zhèn)化率達(dá)74.8%，城市人口數(shù)量逐漸增加，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。在水資源利用方面，貴陽(yáng)市的供水主要以地表水為主，2005年地表供水比重占85%，隨著地下水資源開(kāi)采的管控，地表供水比例逐年上升；地下水源和其他水源(非常規(guī)水源)供水占比逐年降低，目前貴陽(yáng)市供水幾乎完全依靠地表水，高達(dá)97%。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展不斷推進(jìn)，貴陽(yáng)市水資源的需求日益增大，人口不斷增加導(dǎo)致人均供水量呈下降趨勢(shì)，由2005年359.2 m3減少至2017年224.4 m3。城鎮(zhèn)化進(jìn)程中用水結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，工業(yè)用水從8.32 億m3減少到3.90 億m3，城鄉(xiāng)居民生活用水占比從12%逐漸上升至18.9%，生態(tài)用水率從0.86%提高到1.76%。貴陽(yáng)市快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水資源的利用特征及相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1所示。

表1 2005-2017年貴陽(yáng)市水資源利用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Summary of water resources utilization statistics from 2005 to 2017 in Guiyang

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及水資源、生態(tài)和社會(huì)等多個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)，各指標(biāo)之間獨(dú)立又相互制約。遵循綜合性、層次性、協(xié)調(diào)性和可操作性原則[18,29]，參考已有研究成果[22,29-32]，結(jié)合貴陽(yáng)市水資源利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和自然環(huán)境等情況[33]，建立由支撐力、壓力和調(diào)控力3個(gè)子系統(tǒng)，共15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[32,34]后，采用熵值法[32]計(jì)算指標(biāo)權(quán)重(見(jiàn)表2)：

(1)

(2)

式中：Wj為指標(biāo)權(quán)重；Xij表示第i年第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值；m為年數(shù)；n為指標(biāo)數(shù)。

2.2 承載狀態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)

在參考已有研究資料的基礎(chǔ)上[21,23,29,32,35]，建立水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)選取可載、臨界超載、超載3個(gè)等級(jí)[22]。1級(jí)(可載)表示水資源承載力較高，處于可持續(xù)利用的狀態(tài)；2級(jí)(臨界超載)表示水資源承載力一般，水資源供需緊張，若不加以合理開(kāi)發(fā)利用，則會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響；3級(jí)(超載)表示水資源承載較弱，水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高，容易引發(fā)水資源短缺，見(jiàn)表3。

表2 貴陽(yáng)市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重Tab.2 Evaluation indices and weight of water resources carrying capacity of Guiyang

表3 貴陽(yáng)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The evaluation grade standard of water resources carrying capacity in Guiyang city

2.3 承載力評(píng)價(jià)模型選擇

水資源瓶頸與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是對(duì)立統(tǒng)一的矛盾關(guān)系，尋求二者最大的公約數(shù)是水資源承載力評(píng)價(jià)與調(diào)控重要思路，我國(guó)學(xué)者趙克勤[36]提出了基于這一對(duì)立統(tǒng)一觀點(diǎn)的集對(duì)分析方法，和傳統(tǒng)方法相比，是一種新穎且具有處理不確定性?xún)?yōu)勢(shì)的分析方法[24]。其核心思想是將確定和不確定作為一個(gè)系統(tǒng)，其中確定性分為“同一”和“對(duì)立”，不確定性為“差異”，從集對(duì)的同一度、差異度、對(duì)立度進(jìn)行系統(tǒng)分析。集對(duì)分析法在水資源承載力評(píng)價(jià)中能夠處理評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)間的不確定性，將其轉(zhuǎn)化為定量的科學(xué)計(jì)算，對(duì)水資源承載力進(jìn)行定量分析。

2.3.1 評(píng)價(jià)樣本聯(lián)系數(shù)

(3)

(4)

(5)

u1i=a+bI+c

(6)

J=v1i1+v1i2I+v1i3J

(7)

式中：Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；na，nb，nc分別為樣本i的nj個(gè)指標(biāo)中分別落在1、2、3級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)中的指標(biāo)數(shù)目，且na、nb、nc和為1；u1i為樣本i的三元聯(lián)系數(shù)；a，b，c分別為集對(duì)的同一度、差異度和對(duì)立度，a、b、c∈[0,1]；I，J分別為差異度和對(duì)立度系數(shù)[36]。

2.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)值聯(lián)系數(shù)

用集對(duì)分析法計(jì)算水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)樣本值Xij之間的評(píng)價(jià)指標(biāo)值u2ijk[22,29,36]，指標(biāo)包括正向指標(biāo)和反向指標(biāo)，正向指標(biāo)是指評(píng)價(jià)指標(biāo)值Xij越大，評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)值就越大，反向指標(biāo)則相反。當(dāng)u2ijk越接近1時(shí)，表示指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)趨于同一，說(shuō)明指標(biāo)偏向隸屬于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)；當(dāng)u2ijk越接近-1時(shí)，則說(shuō)明指標(biāo)越偏向不隸屬于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，正向指標(biāo)計(jì)算公式如下，反向指標(biāo)則范圍符號(hào)相反。通過(guò)歸一化處理得到聯(lián)系數(shù)分量v2ijk，代入得到評(píng)價(jià)指標(biāo)值聯(lián)系數(shù)u2ij：

(8)

(9)

(10)

u2ij=v2ij1+v2ij2I+v2ij3J

(11)

式中：S1j為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)1級(jí)和2級(jí)之間的臨界值；S2j為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)2級(jí)和3級(jí)之間的臨界值；S0j和S3j分別為1級(jí)和3級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)另一端點(diǎn)臨界值。

2.3.3 平均聯(lián)系數(shù)

計(jì)算樣本i的評(píng)價(jià)指標(biāo)值聯(lián)系數(shù)u2i，根據(jù)最小相對(duì)熵原理然后取幾何平均數(shù)[29]：

(12)

(13)

ui=vi1+vi2I+vi3J

(14)

2.3.4 水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)確定

利用級(jí)別特征值法[22,23,37]計(jì)算樣本i對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值聯(lián)系數(shù)和平均聯(lián)系數(shù)的水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)值，級(jí)別特征值h為一個(gè)描述級(jí)別的數(shù)，以作為區(qū)域水資源承載力的單指標(biāo)評(píng)價(jià)h(j)和綜合評(píng)價(jià)h(i)結(jié)果：

(15)

(16)

式中：1≤h≤c，c為1、2、3。

2.4 承載力診斷識(shí)別

利用減法集對(duì)勢(shì)[22,29]和偏聯(lián)系數(shù)法[38,39]對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中區(qū)域水資源承載力的脆弱性進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)偏聯(lián)系數(shù)Pf(u)>0時(shí)，表示樣本具有正向發(fā)展趨勢(shì)，反之則為負(fù)向趨勢(shì)，計(jì)算如下：

(17)

根據(jù)“均分原則”[29,36]，減法集對(duì)勢(shì)劃分為5個(gè)勢(shì)級(jí)：反勢(shì)Sf(u)∈[-1.0，-0.6]，偏反勢(shì)Sf(u)∈(-0.6，-0.2]，均勢(shì)Sf(u)∈(-0.2，0.2]，偏同勢(shì)Sf(u)∈(0.2，0.6]，同勢(shì)Sf(u)∈(0.6，1.0]，診斷為反勢(shì)和偏反勢(shì)的指標(biāo)為脆弱性指標(biāo)[29]，計(jì)算如下：

Sf(u)=(a-c)(1+b)

(18)

3 結(jié)果與分析

3.1 承載狀態(tài)診斷

利用貴陽(yáng)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各指標(biāo)承載狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。支撐力系統(tǒng)中，人均水資源量X1、產(chǎn)水模數(shù)X2受當(dāng)年水資源量和人口增長(zhǎng)影響，2005-2017年在臨界超載與超載之間波動(dòng)；城鎮(zhèn)化進(jìn)程中人口不斷增加，人均供水量逐年降低，期間人均供水量X3始終處于超載狀態(tài)；森林覆蓋率X4在2005-2007年為臨界超載，隨著環(huán)城林帶的保護(hù)與植樹(shù)造林，隨后10年均為可載狀態(tài)。在壓力系統(tǒng)中，城鄉(xiāng)居民生活用水占比X5在2005-2007年為可載，之后處于臨界超載狀態(tài)，其中2011年處于超載狀態(tài)，是因?yàn)檎急葹?3a中最高，超過(guò)了20%；萬(wàn)元GDP用水量X6在2005-2011年為臨界超載，之后用水量大幅下降低于25m3，轉(zhuǎn)變?yōu)榭奢d狀態(tài)；萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量X7在2005-2011年為超載，2012年開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界超載，2017年為可載，不斷向好，是由于工業(yè)用水利用率提高，從2012年需水量大幅減少，低于75m3；人口密度X8在2005-2006年為臨界超載，由于人口的不斷增加2007-2017年為超載狀態(tài)；城鎮(zhèn)化率X9在2005-2017年均為臨界超載；農(nóng)業(yè)灌溉定額X10在2005-2017年均為超載，是由于未達(dá)到《全國(guó)節(jié)水規(guī)劃》中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[33]。在調(diào)控力系統(tǒng)中，水資源開(kāi)發(fā)利用率X11在2005-2017年均于40%，均處于可載；人均GDPX12在2005-2009年為超載，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展2010-2013年為臨界超載，2014-2017年為可載；工業(yè)重復(fù)用水量X13在2008-2011年、2014年為可載，2006年處于超載，其余年份為臨界超載；河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率X14在2006-2007年為可載，其余年份為臨界超載；生態(tài)用水率X15在2005-2006年為超載，2007-2017年均為臨界超載，生態(tài)用水率處于一個(gè)較低水平，水資源承載力指標(biāo)承載狀態(tài)如圖1所示。

3.2 承載力評(píng)價(jià)

2005-2017年貴陽(yáng)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)均高于2.00，總體處于臨界超載狀態(tài)。2005-2011年評(píng)價(jià)等級(jí)處于波動(dòng)上升狀態(tài)，不斷趨向于超載狀態(tài)；但隨著貴陽(yáng)市開(kāi)展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，2011年后評(píng)價(jià)等級(jí)逐漸降低，從2011年2.42降低至2017年2.02，水資源承載狀態(tài)不斷向好。而同時(shí)期利用偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析表明，偏聯(lián)系數(shù)識(shí)別2005-2017年貴陽(yáng)市水資源承載力均為負(fù)向態(tài)勢(shì)，但在節(jié)水型社會(huì)建設(shè)前后水資源承載狀態(tài)出現(xiàn)拐點(diǎn)，由2005年的-0.28降低至2011年的-0.53，水資源承載力較差；隨著節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)，偏聯(lián)系數(shù)逐漸增加，雖仍處于負(fù)向態(tài)勢(shì)但逐漸趨向于正向態(tài)勢(shì)，2017年偏聯(lián)系數(shù)為-0.03，水資源承載力不斷增強(qiáng)。與之相對(duì)應(yīng)的減法集對(duì)勢(shì)態(tài)勢(shì)2014年前始終處于偏反勢(shì)狀態(tài)，但不斷趨于均勢(shì)態(tài)勢(shì)，節(jié)水型社會(huì)建設(shè)實(shí)施兩年后水資源承載力進(jìn)入均勢(shì)狀態(tài)，但2016年出現(xiàn)偏反勢(shì)態(tài)勢(shì)，表明水資源承載力出現(xiàn)減弱的波動(dòng)，需引起重視，節(jié)水型社會(huì)建設(shè)成果須不斷鞏固提升，總體上貴陽(yáng)市水資源承載力改善趨勢(shì)明顯，不斷增強(qiáng)。貴陽(yáng)市2005-2017年水資源承載力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及演變見(jiàn)圖2所示。

比較2005-2017年水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)、減法集對(duì)勢(shì)和偏聯(lián)系數(shù)變化幅度，當(dāng)評(píng)價(jià)等級(jí)變幅為正時(shí)，說(shuō)明評(píng)價(jià)等級(jí)呈上升，水資源承載力表現(xiàn)減弱；當(dāng)評(píng)價(jià)等級(jí)變幅為負(fù)時(shí)，評(píng)價(jià)等級(jí)和水資源承載力的表現(xiàn)則相反。在這13年期間，2005-2006年、2007-2009年、2010-2011年、2012-2013年、2015-2016年評(píng)價(jià)等級(jí)變幅均為正，評(píng)價(jià)等級(jí)呈上升變化，水資源承載力表現(xiàn)變?nèi)酰黄溆嗄攴菰u(píng)價(jià)等級(jí)變幅為負(fù)，評(píng)價(jià)等級(jí)呈下降變化，水資源承載力表現(xiàn)增強(qiáng)。2005-2006年、2011-2012年、2013-2014年、2016-2017年評(píng)價(jià)等級(jí)的變化幅度超過(guò)了0.1，其中，由于貴陽(yáng)市開(kāi)展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)啟動(dòng)和方案實(shí)施，2012年變幅最大，評(píng)價(jià)等級(jí)下降了0.26。根據(jù)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)的意義，當(dāng)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)變幅為正時(shí)，其具有負(fù)向發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)上升，當(dāng)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)變幅為負(fù)時(shí)，其具有正向發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)下降，其表達(dá)的水資源承載力當(dāng)前所具有的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)變幅和評(píng)價(jià)等級(jí)變幅結(jié)果一致，兩者對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖3。

3.3 承載力子系統(tǒng)評(píng)價(jià)

對(duì)水資源承載力的支撐力、壓力和調(diào)控力3個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，支撐力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)等級(jí)在2.06～2.46之間波動(dòng)，處于臨界超載狀態(tài)；偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)態(tài)勢(shì)分析表明，偏聯(lián)系數(shù)在2008年和2014年為正向態(tài)勢(shì)，其余為負(fù)向態(tài)勢(shì)；減法集對(duì)勢(shì)處于均勢(shì)和偏反勢(shì)之間波動(dòng)。支撐力系統(tǒng)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)相關(guān)系數(shù)為0.98，且趨勢(shì)診斷結(jié)果表現(xiàn)和綜合評(píng)價(jià)一致，見(jiàn)圖4(a)。

壓力系統(tǒng)評(píng)價(jià)等級(jí)在2013年為1.98，其余年份均高于2.0，處于臨界超載附近。2005-2011年評(píng)價(jià)等級(jí)呈上升趨勢(shì)，趨向于超載狀態(tài)，在2012年評(píng)價(jià)等級(jí)有明顯的下降，2012年之后處于臨界超載附近。偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)態(tài)勢(shì)分析表明，偏聯(lián)系數(shù)識(shí)別除了2013年為正向態(tài)勢(shì)其余均為負(fù)向態(tài)勢(shì)，在2012年出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)后雖仍處于負(fù)向態(tài)勢(shì)但趨于正向態(tài)勢(shì)發(fā)展；2005-2011年減法集對(duì)勢(shì)均處于偏反勢(shì)狀態(tài)，且呈趨向于反勢(shì)發(fā)展，但在2012年轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?shì)，之后穩(wěn)定處于均勢(shì)狀態(tài)。壓力系統(tǒng)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)相關(guān)系數(shù)為0.94，且趨勢(shì)診斷結(jié)果與綜合評(píng)價(jià)具有很好的一致性，見(jiàn)圖4(b)。

2005-2011年調(diào)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)等級(jí)均高于2.0，處于臨界超載，在2012年評(píng)價(jià)等級(jí)降為1.95，隨時(shí)間變化呈下降趨勢(shì)。偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)態(tài)勢(shì)分析表明，2005-2011年偏聯(lián)系數(shù)處于負(fù)向態(tài)勢(shì)，從2012年開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)檎驊B(tài)勢(shì)并保持正向發(fā)展；2005-2010年期間，減法集對(duì)勢(shì)在2005年和2007年為均勢(shì)，其余處于偏反勢(shì)狀態(tài)，減法集對(duì)勢(shì)從2011年變?yōu)榫鶆?shì)，之后呈偏同勢(shì)方向升高。調(diào)控系統(tǒng)偏聯(lián)系數(shù)和減法集對(duì)勢(shì)相關(guān)系數(shù)為0.99，且趨勢(shì)診斷結(jié)果表現(xiàn)和綜合評(píng)價(jià)類(lèi)似，見(jiàn)圖4(c)。

3.4 承載力脆弱性識(shí)別

水資源承載力囊括3個(gè)子系統(tǒng)中共有15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其承載力脆弱性的識(shí)別過(guò)程需對(duì)指標(biāo)進(jìn)行減法集對(duì)勢(shì)分析。在支撐力系統(tǒng)中，人均水資源量X1和產(chǎn)水模數(shù)X2一直在偏反勢(shì)和均勢(shì)之間波動(dòng)，人均供水量X3在2005-2007年為偏反勢(shì)，之后處于反勢(shì)，3個(gè)指標(biāo)主要受波動(dòng)的自然水資源量和逐年增加的人口影響；森林覆蓋率X4處于均勢(shì)且呈向偏同勢(shì)發(fā)展，源自環(huán)城林帶的保護(hù)與植樹(shù)造林。從2008年開(kāi)始，人均供水量X3和森林覆蓋率X4態(tài)勢(shì)表現(xiàn)穩(wěn)定，由于人均水資源量X1和產(chǎn)水模數(shù)X2的波動(dòng)，造成了支撐系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)波動(dòng)。通過(guò)減法集對(duì)勢(shì)的分析，人均水資源量X1、產(chǎn)水模數(shù)X2、人均供水量X3是支撐力系統(tǒng)中的脆弱性指標(biāo)，見(jiàn)圖5(a)。

在壓力系統(tǒng)中，2005-2010年城鄉(xiāng)居民生活用水占比X5由同勢(shì)向均勢(shì)發(fā)展，由于2011年城鄉(xiāng)居民用水占比升高為22.2%，態(tài)勢(shì)突降為偏反勢(shì)，2011年之后處于均勢(shì)但向偏反勢(shì)方向發(fā)展；萬(wàn)元GDP用水量X6的減法集對(duì)勢(shì)在2005-2011年處于均勢(shì)和偏同勢(shì)輕微浮動(dòng)，在2012年轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑒?shì)后一直保持處于同勢(shì)，這是因?yàn)閺?012年開(kāi)始，萬(wàn)元GDP用水量X6大幅減少，低于25m3；萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量X7在2011年以前處于反勢(shì)，從2012年開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?shì)且向偏同勢(shì)緩慢發(fā)展，是因?yàn)槿f(wàn)元工業(yè)增加值需水量從2012年大幅下降，低于75m3。正是由于2012年開(kāi)始萬(wàn)元GDP用水量X6和萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量X7大幅降低，使壓力系統(tǒng)評(píng)價(jià)等級(jí)在2012年發(fā)生了0.37的降幅，說(shuō)明隨著貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化進(jìn)程，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)對(duì)水資源的索取強(qiáng)度明顯下降；人口密度X8一直處于偏反勢(shì)且變化平緩；城鎮(zhèn)化率X9處于均勢(shì)，有緩慢向偏反勢(shì)發(fā)展的趨勢(shì)；農(nóng)業(yè)灌溉定額X10波動(dòng)于偏反勢(shì)和反勢(shì)，是由于未達(dá)到《全國(guó)節(jié)水規(guī)劃》中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[33]。通過(guò)減法集對(duì)勢(shì)的分析，人口密度X8、農(nóng)業(yè)灌溉定額X10是壓力系統(tǒng)中的脆弱性指標(biāo)，其中萬(wàn)元GDP用水量X6和萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量X7在2005-2011年期間也屬于脆弱性指標(biāo)，見(jiàn)圖5(b)。

在調(diào)控力系統(tǒng)中，水資源開(kāi)發(fā)利用率X11處于偏同勢(shì)；人均GDPX12在2005-2010年處于偏反勢(shì)，從2011年開(kāi)始由均勢(shì)呈偏同勢(shì)發(fā)展，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人均GDP逐年增加；工業(yè)重復(fù)用水量X13在2006-2007年、2010-2011年處于偏反勢(shì)，其他年份均處于均勢(shì)，是因?yàn)楣I(yè)用水重復(fù)利用率得到提高；河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率X14在均勢(shì)和偏同勢(shì)波動(dòng)；生態(tài)用水率X152005-2010年處于偏反勢(shì)，從2011年開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?shì)，只有在2013、2014年輕微降為偏反勢(shì)。調(diào)控力系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)從2012年開(kāi)始低于臨界超載且呈下降趨勢(shì)，其主要原因是由于從2012年開(kāi)始各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)都朝著改善趨勢(shì)發(fā)展。通過(guò)減法集對(duì)勢(shì)的分析，人均GDPX12、生態(tài)用水率X15在2005-2011年期間是調(diào)控力系統(tǒng)中脆弱性指標(biāo)，見(jiàn)圖5(c)。

3.5 承載力調(diào)控

貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，全面落實(shí)了相關(guān)節(jié)水保水工作，2010年編制了《貴陽(yáng)市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃及實(shí)施方案》，出臺(tái)了系列地方性規(guī)章及規(guī)范性文件，建立較為完整的節(jié)水執(zhí)法體系，實(shí)現(xiàn)節(jié)水工作規(guī)范的制度化；開(kāi)展水量平衡測(cè)試、內(nèi)部供水管網(wǎng)改造等工作，加強(qiáng)節(jié)水工業(yè)技術(shù)推廣應(yīng)用，推進(jìn)節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新和改造；積極探索有效漏損控制的方法，如多點(diǎn)采集城市主管網(wǎng)信息及隱患點(diǎn)定位、采用大數(shù)據(jù)及地理信息系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)管理等措施來(lái)降低城市供水管網(wǎng)漏損。2011年開(kāi)始實(shí)施節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，2014年以全國(guó)水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)城市為契機(jī)，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，重點(diǎn)開(kāi)展了城市水資源利用與保護(hù)、節(jié)水減排和控源減負(fù)、現(xiàn)代水務(wù)管理體系建設(shè)等行動(dòng)建設(shè)。按照《貴陽(yáng)市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核工作“十三五”實(shí)施方案》，貴陽(yáng)市將“三條紅線”控制指標(biāo)分解至各縣(市)區(qū)；建立了用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污控制指標(biāo)體系，并采取用水方式轉(zhuǎn)變倒逼經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的辦法，提升水資源承載力，促進(jìn)貴陽(yáng)市水資源可持續(xù)利用?；?005-2017年貴陽(yáng)市水資源承載力脆弱性識(shí)別結(jié)果，隨著人口大量增加，人均水資源量不足、人均供水量明顯減少，農(nóng)業(yè)灌溉定額未能達(dá)到《全國(guó)節(jié)水規(guī)劃》中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等原因，水資源承載力基本處于臨界超載狀態(tài)。針對(duì)貴陽(yáng)市尚未完成城鎮(zhèn)化以及地表供水為主導(dǎo)的實(shí)際，結(jié)合水資源承載力狀態(tài)分析、評(píng)價(jià)以及脆弱性指標(biāo)診斷識(shí)別，未來(lái)水資源承載力提升的主要調(diào)控方向如下：

(1)優(yōu)化貴陽(yáng)市節(jié)水網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。貴陽(yáng)市人口逐年增加，人均水資源量以及人均供水量不足，因此需要建立完善的用水管理政策，完善城市供水管網(wǎng)建設(shè)，減少城市管網(wǎng)漏損，大力倡導(dǎo)節(jié)約用水，提高全民節(jié)水意識(shí)，夯實(shí)節(jié)水型社會(huì)的建立。

(2)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高用水利用率。即使早期的水利設(shè)施建設(shè)和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整使得貴陽(yáng)市萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量和萬(wàn)元GDP用水量有了明顯下降，但貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化的繼續(xù)推進(jìn)對(duì)水資源的需求會(huì)越來(lái)越大，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展和使用節(jié)水技術(shù)，提高工業(yè)用水重復(fù)利用率，降低生產(chǎn)用水總量。應(yīng)加大農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)備，提高農(nóng)業(yè)用水效率，實(shí)現(xiàn)貴陽(yáng)市農(nóng)業(yè)灌溉定額滿(mǎn)足《全國(guó)節(jié)水規(guī)劃》評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)提高非常規(guī)水源利用占比，加強(qiáng)地下水戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源的環(huán)境保護(hù)工作。貴陽(yáng)市非常規(guī)水源供水占比較小，應(yīng)加強(qiáng)污水處理及回收再利用，提高再生水利用和雨水利用，用于城市景觀用水和環(huán)境用水。貴陽(yáng)市目前供水以地表水為主，現(xiàn)階段貴陽(yáng)市水資源承載力呈臨界超載狀態(tài)，未來(lái)水資源供給將逐步向地表地下互補(bǔ)過(guò)渡，因此，當(dāng)前的地下水資源環(huán)境保護(hù)將為貴陽(yáng)市可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也是水資源承載力提升的重要戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備。

4 結(jié) 論

基于水資源承載力“支撐—壓力—調(diào)控”思路的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和集對(duì)分析評(píng)價(jià)模型，并采用減法集對(duì)勢(shì)診斷識(shí)別出貴陽(yáng)市水資源承載力的脆弱性因子，獲得以下初步的結(jié)論：

(1)2005-2017年貴陽(yáng)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)均高于2.00，呈現(xiàn)階段性演變特征，2011年前評(píng)價(jià)等級(jí)處于波動(dòng)上升狀態(tài)，不斷趨向于超載，總體處于臨界超載狀態(tài)；2011年開(kāi)展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)后，評(píng)價(jià)等級(jí)逐漸降低，水資源承載狀態(tài)不斷向好。

(2)貴陽(yáng)市水資源承載力脆弱性因子識(shí)別結(jié)果表明，有限水資源的城市背景下人口大量增加，人均水資源量和人均供水量不足，以及農(nóng)業(yè)灌溉定額未達(dá)標(biāo)是水資源承載力較弱的主要原因。

(3)基于貴陽(yáng)市水資源承載力的演變特征和脆弱性因子診斷識(shí)別，結(jié)合貴陽(yáng)市實(shí)際提出了優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，夯實(shí)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)、提高用水利用率、提升非常規(guī)水源利用占比和加強(qiáng)地下水戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源保護(hù)的優(yōu)先調(diào)控思路。

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