程揚(yáng) 姚建

摘要：為優(yōu)化集對分析方法的應(yīng)用，針對傳統(tǒng)層次分析法與熵值法等常規(guī)賦權(quán)方法的不足，進(jìn)行了賦權(quán)方法的整合及改進(jìn)，構(gòu)建了基于改進(jìn)組合賦權(quán)的區(qū)域水環(huán)境承載力集對分析模型，并將其應(yīng)用于四川省水環(huán)境承載力研究。結(jié)果表明：四川省2016年水環(huán)境承載力狀況呈“臨界承載”，自貢、瀘州、德陽、內(nèi)江、南充五市的水環(huán)境承載力狀況表現(xiàn)為“弱承載”或“較弱承載”，在所有評價(jià)市（州）中表現(xiàn)最差;從區(qū)域角度來看，川南地區(qū)水環(huán)境承載力表現(xiàn)最差，成都平原次之，攀西地區(qū)和川東北地區(qū)相對較好。

關(guān) 鍵 詞：

區(qū)域水環(huán)境承載力; 組合賦權(quán); 集對聯(lián)系數(shù); 四川省

中圖法分類號： X821

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.05.005

區(qū)域水環(huán)境承載力狀況是衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的重要標(biāo)尺[1]，量化和評價(jià)區(qū)域水環(huán)境承載力可以為科學(xué)制定水資源合理利用和水環(huán)境保護(hù)管理政策提供科學(xué)依據(jù)[2]。因此水環(huán)境承載力的定量研究一直是研究熱點(diǎn)，并已取得較大進(jìn)展。汪彥博等[3]建立了石家莊市水環(huán)境承載力系統(tǒng)動力學(xué)模型，比較了在不同發(fā)展方案下水環(huán)境承載力狀況，并提出了最優(yōu)發(fā)展方案。趙衛(wèi)等[4]建立了水環(huán)境承載力多目標(biāo)規(guī)劃模型，以情景分析研究了用水結(jié)構(gòu)和排污結(jié)構(gòu)對水環(huán)境承載力的影響并探尋優(yōu)化途徑。張彥等[5]利用遺傳算法將傳統(tǒng)BP-NN模型進(jìn)行優(yōu)化后得到GA-NN模型并對水環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)一步完善了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境承載力領(lǐng)域的研究。柏義生等[6]以模糊綜合評價(jià)方法建立了信陽市水環(huán)境承載力綜合評價(jià)體系并開展研究。目前，將集對分析方法應(yīng)用于水環(huán)境承載力中的研究成果較少，劉曉峰等[7]將集對分析應(yīng)用于石羊河流域水環(huán)境承載力評價(jià)，定量評價(jià)了流域水環(huán)境承載力水平，并對未來發(fā)展趨勢做出了預(yù)測。賀瑞敏[8]利用基于改進(jìn)熵值法賦權(quán)的集對分析評價(jià)模型對廣東省水環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)，以主要敏感指標(biāo)分析的角度提出了提升廣東省水環(huán)境承載能力的措施。

由于水環(huán)境承載力分級界限存在一定的模糊不確定性，很少有方法考慮到界限模糊性進(jìn)而影響了評價(jià)結(jié)果，即使考慮模糊不確定性，其評價(jià)指標(biāo)也僅采用傳統(tǒng)的層次分析-熵值組合的主客觀賦權(quán)方法，未考慮系統(tǒng)受極端指標(biāo)影響的情況，造成評價(jià)結(jié)果有失準(zhǔn)確性。集對分析方法在水環(huán)境承載力領(lǐng)域的相關(guān)研究也只是簡單的理論應(yīng)用而無更多的深入探討。因此，本文以集對分析為理論基礎(chǔ)開展區(qū)域水環(huán)境承載力評價(jià)，同時(shí)改進(jìn)評價(jià)指標(biāo)組合賦權(quán)方法，提高了指標(biāo)本地化處理后評價(jià)結(jié)果的可靠性，對于準(zhǔn)確了解區(qū)域水環(huán)境承載力狀況、針對性協(xié)調(diào)區(qū)域水環(huán)境保護(hù)管理具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

1 研究方法

集對分析理論因其能較好地處理確定不確定性系統(tǒng)問題[9-11]，符合評價(jià)指標(biāo)在評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)邊界上存在一定的模糊不確定性的特點(diǎn)，對于區(qū)域水環(huán)境承載力評價(jià)有較好的適用性。為克服已有研究中僅以層次分析法和熵權(quán)法進(jìn)行組合賦權(quán)而存在的僅考慮數(shù)據(jù)本身分布特點(diǎn)的缺陷，本文在集對五元聯(lián)系數(shù)綜合評價(jià)方法中，在原有傳統(tǒng)賦權(quán)[12]的基礎(chǔ)上，新增污染貢獻(xiàn)率賦權(quán)法達(dá)到以特定參考標(biāo)準(zhǔn)來衡量指標(biāo)優(yōu)劣的目的，并以改進(jìn)組合賦權(quán)的集對分析模型開展區(qū)域水環(huán)境承載力評價(jià)。

1.1 區(qū)域水環(huán)境承載力集對分析模型構(gòu)建

1.3 評價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)層次分析的原理，應(yīng)用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型構(gòu)建區(qū)域水環(huán)境承載力研究指標(biāo)體系[22-25]，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)側(cè)層、指標(biāo)層。準(zhǔn)則層分為水環(huán)境壓力系統(tǒng)、水環(huán)境狀態(tài)系統(tǒng)、水環(huán)境響應(yīng)系統(tǒng)。評價(jià)指標(biāo)體系見表2。

本研究確定分級標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)為：① 有國家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)的，以此為基礎(chǔ)，對相關(guān)數(shù)值進(jìn)行本地化修正;② 在參考文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)上對數(shù)值進(jìn)行本地化修正;③ 既無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也無相關(guān)參考文獻(xiàn)的，咨詢專家意見得出分級值。分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 區(qū)域概況

四川省位于中國大陸西南腹地。2012年，全省水系中，省控監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)率71.2%，達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)斷面占比71.9%;2016年，全省國、省控?cái)嗝嬷?，達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)斷面占比63.2%，全省人均水資源從3 581 m3下降到2 833 m3。四川省水環(huán)境問題面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，水環(huán)境承載力也將成為影響地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的決定因素之一。

2.2 數(shù)據(jù)來源

應(yīng)用1.1節(jié)模型對四川省2016年水環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)分析，鑒于數(shù)據(jù)的可獲得性，暫不對阿壩藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州進(jìn)行評價(jià)。

本次研究所涉及的數(shù)據(jù)均來源于《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》（2013～2017年）、四川省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2012～2016年）、四川省水資源公報(bào)（2012～2016年）、四川省環(huán)境狀況公報(bào)（2012～2016年）、相關(guān)市（州）統(tǒng)計(jì)年鑒（2013～2017年）以及國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2012～2016年）、水資源公報(bào)、環(huán)境質(zhì)量公報(bào)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

2.3 評價(jià)結(jié)果和空間分布

2.3.1 改進(jìn)權(quán)重分析

根據(jù)改進(jìn)賦權(quán)方法，計(jì)算出兩種賦權(quán)方法下權(quán)重值，見表3。

分析表3中權(quán)重值，由于2016年各個評價(jià)市（州）的“萬元GDP用水量x12”“萬元工業(yè)增加值用水量x13”“萬元工業(yè)增加值廢水排放量x16”“第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例x25” “城鎮(zhèn)污水處理率x31”“森林覆蓋率x23”指標(biāo)均沒有出現(xiàn)劣于參考標(biāo)準(zhǔn)的情況，因此本文賦權(quán)方法在傳統(tǒng)主客觀賦權(quán)方法的基礎(chǔ)上對該類指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了較大程度削弱，以突出其他劣勢指標(biāo)。同理，“人均日生活用水量x14”“耕地實(shí)際灌溉畝均用水量x15”“水資源開發(fā)利用率x17”“城鎮(zhèn)化率x24”在實(shí)際情況中均出現(xiàn)超過50%的市（州）劣于參考標(biāo)準(zhǔn)的情況，因此本文賦權(quán)方法在傳統(tǒng)主客觀賦權(quán)的基礎(chǔ)上對該類指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了加強(qiáng)。本文改進(jìn)組合賦權(quán)方法考慮指標(biāo)相對于參考標(biāo)準(zhǔn)的偏離度，強(qiáng)化或削弱了極端指標(biāo)對于系統(tǒng)的影響，使得指標(biāo)權(quán)重更加符合實(shí)際情況。

2.3.2 四川省水環(huán)境承載力狀況

應(yīng)用改進(jìn)組合賦權(quán)集對分析模型，分別從目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層對四川省2016年水環(huán)境承載力情況進(jìn)行分析，結(jié)果見圖 1～2。

從圖1可知，2016年四川省水環(huán)境承載力狀況表現(xiàn)為“臨界承載”，在準(zhǔn)則層方面，響應(yīng)子系統(tǒng)表現(xiàn)為“較弱承載”，壓力和狀態(tài)子系統(tǒng)均為“臨界承載”，響應(yīng)子系統(tǒng)表現(xiàn)較差。從圖2可知，在指標(biāo)層方面，“人均日生活用水量x14”“萬元工業(yè)增加值廢水排放量x16”“產(chǎn)水模數(shù)x21”“城鎮(zhèn)化率x24”“生態(tài)環(huán)境用水比例x33”“主要江河湖庫Ⅲ類及以上水質(zhì)斷面占比x34”表現(xiàn)為“較弱承載”或“弱承載”，是系統(tǒng)中表現(xiàn)較差的指標(biāo)。

2.3.3 空間分布狀況

應(yīng)用改進(jìn)組合賦權(quán)集對分析模型對2016年四川省除阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州外的19個市（州）開展水環(huán)境承載力狀況分析。為更好地展示各區(qū)域水環(huán)境承載力空間差異，采用ArcGIS10.2對各市（州）承載力狀況進(jìn)行空間差異可視化表征，見圖3。

由圖3可知，自貢、瀘州、德陽、內(nèi)江、南充五市的水環(huán)境承載力狀況表現(xiàn)為較弱承載或弱承載，水環(huán)境承載力整體情況處于較低水平。從區(qū)域角度分析，其中川南地區(qū)水環(huán)境承載力表現(xiàn)最差，成都平原地區(qū)次之，攀西地區(qū)和川東北地區(qū)相對較好。

2.3.4 模型驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文賦權(quán)方法的可靠性，將傳統(tǒng)的層次分析-熵值組合賦權(quán)方法[12]與本文賦權(quán)方法下的權(quán)重值分別代入模型，求得2012～2016年四川省水環(huán)境承載力等級值變化情況，見圖4。

由圖4分析可知，在傳統(tǒng)賦權(quán)方法下，從2012～2016年，四川省水環(huán)境承載力狀況等級值呈較大起伏波動，承載力狀況在較弱承載與臨界承載間反復(fù)變化。在本文賦權(quán)方法下，四川省水環(huán)境承載力狀況等級值在波動中平穩(wěn)下降，即水環(huán)境承載力狀況從“較弱承載”優(yōu)化為“臨界承載”，本文改進(jìn)賦權(quán)方法因考慮到系統(tǒng)中極端表現(xiàn)指標(biāo)的影響，使得評價(jià)結(jié)果更加穩(wěn)定也符合實(shí)際情況。

綜合以上分析，改進(jìn)賦權(quán)方法下的權(quán)重值可以更好地體現(xiàn)四川省水環(huán)境承載力的實(shí)際狀況，該方法也進(jìn)一步體現(xiàn)了水環(huán)境承載力系統(tǒng)變化的隨機(jī)不確定性。

3 結(jié) 論

（1） 改進(jìn)的組合賦權(quán)新增污染貢獻(xiàn)率法強(qiáng)化了評價(jià)指標(biāo)的本地化處理，提高了評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，也凸顯了區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)的隨機(jī)性、模糊不確定性，使得區(qū)域水環(huán)境承載力評價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際情況。

（2） 2016年四川省水環(huán)境承載力狀況表現(xiàn)為臨界承載，其中響應(yīng)子系統(tǒng)“人均日生活用水量x14”“萬元工業(yè)增加值廢水排放量x16”“產(chǎn)水模數(shù)x21”“城鎮(zhèn)化率x24”“生態(tài)環(huán)境用水比例x33”“主要江河湖庫Ⅲ類及以上水質(zhì)斷面占比x34”為表現(xiàn)較差的因素。

（3） 采用GIS可視化空間差異分析得知，自貢、瀘州、德陽、內(nèi)江、南充五市的水環(huán)境承載力狀況表現(xiàn)較差。從區(qū)域角度分析，川南地區(qū)水環(huán)境承載力表現(xiàn)最差，成都平原地區(qū)次之，攀西地區(qū)和川東北地區(qū)相對較好。

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（編輯：劉 媛）