盧建秋 曹 越

（1.黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080）

引言

水資源是人類生存的基礎(chǔ)和經(jīng)濟發(fā)展的保障，是一項十分重要的基礎(chǔ)性資源。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程，水資源的供需問題已經(jīng)成為了人類發(fā)展迫切需要解決的問題[1]。水資源承載力是在一定的歷史發(fā)展條件下當(dāng)?shù)厮Y源對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的最大支撐力[2]。水資源承載力評價是進行水資源宏觀調(diào)控和合理配置的主要依據(jù)，是對水資源、社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的綜合反應(yīng)，對區(qū)域水資源的合理開發(fā)利用具有指導(dǎo)意義[3]。

水資源承載力評價主要的評價方法有模糊綜合評價法，層次分析法，灰色關(guān)聯(lián)度法，主成分分析法等。但這些方法具有較強的主觀性或?qū)υ紨?shù)據(jù)有一定的限制要求。如層次分析法分析時研究對象不宜太多；主成分分析法分析時主成分因子符號有正負會導(dǎo)致評價結(jié)果意義不明確等。本文采用結(jié)合熵權(quán)法的TOPSIS模型，通過熵權(quán)法來確定評價指標(biāo)權(quán)重避免了專家意見得分帶來的主觀因素的影響。TOPSIS模型對樣本數(shù)據(jù)沒有限制，簡便易行，能較為精準的評價目標(biāo)間的優(yōu)劣程度，近年來得到廣泛的運用。如王晗[4]等鄭州市水資源承載力綜合評價對鄭州市水資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。李勤[5]等基于改進TOPSIS法的民用建筑再生利用方案，為民用建筑再生利用方案的選擇提供了新思路。孫瀅悅[6]等基于TOPSIS評價法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價研究，為城市避難所的選址和適宜性提供了參考。本文采用此方法對自貢市2016—2020年的水資源承載力進行評價分析，以期為自貢市水資源可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

自貢市地處四川盆地南部，位于東經(jīng)104°02′57″—105°16′11″，北緯28°55′37″—29°38′25″，幅員面積為4 381km2。常住人口249萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值1 458.43億元。自貢市為亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候，全年雨量豐沛，集中在夏季，多年平均降雨量為1 003.18mm，全市人均占有水資源量880 m3，僅占全省人均水資源量的22.7%，屬水資源嚴重缺乏地區(qū)。全市河流分屬二個水資源三級區(qū)，西部越溪河、沙溪河屬青衣江和岷江干流水資源三級區(qū)，其余河流屬沱江水資源三級區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)均來自2016—2020年《自貢市水資源公報》和《自貢市統(tǒng)計年鑒》。

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

表1自貢市水資源承載力評價指標(biāo)體系

水資源承載力評價是研究水資源與社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，在選取承載力子系統(tǒng)時以水資源供給、水資源消耗、社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境為水資源承載力的子系統(tǒng)構(gòu)建評價指標(biāo)體系。結(jié)合自貢市當(dāng)?shù)靥卣魈暨x15個具有代表性、科學(xué)性和可操作性的指標(biāo)進行評價見表1。為了充分分析水資源的供需問題將水資源分為消耗和供給兩個方面去評價承載力。水資源消耗子系統(tǒng)為從各個方面分析水量消耗，選取了人均用水量、萬元GDP用水量、農(nóng)業(yè)用水率等指標(biāo)；水資源供給子系統(tǒng)為了解自貢市水資源量和水資源的開發(fā)程度，選取產(chǎn)水模數(shù)、人均水資源量和水資源開發(fā)利用率為評價指標(biāo)；社會經(jīng)濟子系統(tǒng)為了解在水資源變化中社會經(jīng)濟的發(fā)展?fàn)顩r，選取第一產(chǎn)業(yè)GDP占比、城鎮(zhèn)化率和人均GDP為評價指標(biāo)；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)為了解水資源對環(huán)境的影響和維護生態(tài)環(huán)境的用水狀況，選取污水處理率、生態(tài)用水率等評價指標(biāo)。根據(jù)評價指標(biāo)與目標(biāo)呈線性正相關(guān)或負相關(guān)確定指標(biāo)類別。

為準確對水資源承載力評價和分級結(jié)合國內(nèi)已有研究文獻[7-8]先對評價指標(biāo)進行分級見表2。其中Ⅰ級為可承載，Ⅱ級為弱可承載，Ⅲ級為臨界可承載，Ⅳ級為超載，Ⅴ級為嚴重超載[8]。

2.2 熵權(quán)TOPSIS模型基本原理

表2評價指標(biāo)分級標(biāo)準

熵權(quán)TOPSIS模型是先用熵權(quán)法確定各指標(biāo)層的權(quán)重，再用TOPSIS模型找到方案的最優(yōu)解和最劣解，通過計算出指標(biāo)與最優(yōu)解與最劣解之間的歐式距離來評價指標(biāo)。具體步驟如下：

（1）構(gòu)建原始矩陣。根據(jù)需要決策的目標(biāo)和評價指標(biāo)構(gòu)造出多目標(biāo)決策矩陣。

（2）決策矩陣無量綱化處理。

對決策矩陣中與分析結(jié)果正相關(guān)的指標(biāo)采用公式：

對決策矩陣中與分析結(jié)果負相關(guān)的指標(biāo)采用公式：

式中min（xj），max（xj）為第j列中xij的中的最小值和最大值。

（3）計算出指標(biāo)權(quán)重。

1）計算第i年第j項的比重。

2）計算信息熵。

其中n為年份數(shù)。

3）計算權(quán)重

其中m為指標(biāo)數(shù)。

（4）構(gòu)建TOPSIS模型

1）加權(quán)決策矩陣。對數(shù)據(jù)進行正向化和標(biāo)準化處理：

其中wj為各指標(biāo)權(quán)重。

2）確定最優(yōu)理想解和最劣理想解

最優(yōu)理想解為：

最劣理想解為：

3）運用計算歐式距離法計算評價指標(biāo)與最優(yōu)理想解與最劣理想解之間的距離

4）計算評價指標(biāo)與最優(yōu)解與最劣解的貼近度

Si越接近1說明評價指標(biāo)越接近最優(yōu)理想解，則水資源承載力水平越高。Si越接近0說明評價指標(biāo)越接近最劣理想解，則水資源承載力水平越低。

3 自貢市水資源承載力綜合分析

3.1 計算結(jié)果

（1）由熵權(quán)法確定的各指標(biāo)系數(shù)結(jié)果見表3。

（2）由TOPSIS法計算出的自貢市2016—2020年的各指標(biāo)的貼近度結(jié)果見表4。

表3評價指標(biāo)比重

表4自貢市2016-2020年水資源承載力結(jié)果

3.2 水資源承載力結(jié)果綜合分析

從圖1自貢市水資源承載力評價結(jié)果圖中可以看出從2016年到2020年水資源承載力水平總體為上升趨勢，在2016—2017年水資源承載力為Ⅳ級到2018年水資源承載力增長到了Ⅲ級且直到2020年水資源承載力都在穩(wěn)定的增長。子系統(tǒng)中，水資源消耗子系統(tǒng)的水資源承載力保持在Ⅲ級且總體呈上升趨勢；水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力水平呈V字型上升趨勢，2016年水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力為Ⅳ級到2017年水資源承載力降至V級，經(jīng)過政府一系列工程措施，水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力穩(wěn)定增長到2020年達到Ⅲ級；社會經(jīng)濟子系統(tǒng)水資源承載力2016—2020年均為Ⅲ級總體處于平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)水資源承載力水平總體發(fā)展呈倒V型，2016年為Ⅲ級到2017—2019年達到Ⅱ級至2020年降至Ⅲ級。

圖1 自貢市水資源承載力評價結(jié)果

從資料上分析，從2016年到2017年降雨量比上一年減少21.6%，水資源總量為68 216萬m3，比多年平均減少53.9%，是造成水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力大幅降低主要原因。2018年降雨量比多年平均增加5.1%；小井溝水庫建成，累計向旭水河、釜溪河生態(tài)補水2 318萬m3，向雙溪水庫補充生活生產(chǎn)用水1 225萬m3，使水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力得到提升；2020年降水量再次增加比多年平均增加10.2%，通過《小井溝水庫和雙溪水庫聯(lián)合調(diào)度方案》通過合理配置、優(yōu)化調(diào)度措施，使2020年水資源供給子系統(tǒng)水資源承載力再次得到提升。

水資源消耗子系統(tǒng)水資源承載力2016—2020年均為Ⅲ級，其中農(nóng)業(yè)用水率C3和耗水率C4均為阻礙水資源承載力的因素。農(nóng)業(yè)用水在2020年達到66.4%為Ⅴ級嚴重超載水平，總耗水率在2020為59.8%為Ⅳ超載水平。

生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中污水處理率C11和城市綠地面積C12水資源承載力水平均達到Ⅱ級、森林覆蓋率C13水資源承載力水平均達到Ⅲ級且均呈緩慢上升趨勢；生態(tài)用水率C14從2016年的2.0%到2018年降到了1.2%，再從2018年升到了2020年1.9%，生態(tài)用水率是引起生態(tài)環(huán)境承載力變化的主要原因。生態(tài)環(huán)境的改善離不開水資源，生態(tài)用水對自貢市水資源承載力的提升有遲緩性。

社會經(jīng)濟子系統(tǒng)中人均GDPC102016—2020年水資源承載力水平為Ⅲ級且持續(xù)增長至2020年接近Ⅱ級。城鎮(zhèn)化率C9和第一產(chǎn)業(yè)GDP占比C8為水資源承載力增長的阻礙因素。城鎮(zhèn)化率C9從48.5%增至55.4%，使用水空間分布更集中，不利于水資源承載力提升；第一產(chǎn)業(yè)GDP占比C82020年水資源承載力增長到15.8%達到超載水平。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文采用熵權(quán)TOPSIS法從水資源供給、水資源消耗、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境四個方面分析自貢市2016—2020年水資源承載力，結(jié)果表明自貢市水資源承載力大多數(shù)為Ⅲ級臨界可承載狀態(tài)。水資源供給除了2020年為Ⅲ級其他年份均為Ⅳ級超載狀態(tài)，自貢市屬于資源型缺水城市。

（1）2016—2020年自貢市水資源承載力從Ⅳ級提升到Ⅲ級，貼近度在穩(wěn)定增長，表明自貢市的水資源承載力水平正在逐步的提升。但水資源承載力總體處于臨界可承載狀態(tài)，水資源壓力依舊嚴峻。

（2）農(nóng)業(yè)用水率、耗水率、第一產(chǎn)業(yè)GDP占比、城鎮(zhèn)化率、生態(tài)用水率是阻礙水資源承載力提升的障礙因素。其中農(nóng)業(yè)用水率、耗水率和第一產(chǎn)業(yè)GDP占比是阻礙水資源承載力提升的主要因素。

4.2 建議

從農(nóng)業(yè)用水率和第一產(chǎn)業(yè)GDP占比是阻礙水資源承載力提升的主要障礙因素來看，自貢市的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟占比較高，為了減輕水壓力應(yīng)該合理優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)該減輕農(nóng)業(yè)經(jīng)濟占比、大力發(fā)展低水耗的新型產(chǎn)業(yè)；同時農(nóng)業(yè)方面研發(fā)新型灌溉技術(shù)如采用滴灌等方法減少水資源的浪費。從源頭了解生態(tài)環(huán)境用水機理，確保生態(tài)用水發(fā)揮最大作用，以減少生態(tài)用水量。自貢市為亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候夏季降雨量豐沛，可以通過工程措施較少汛情的發(fā)生并提高水資源供給能力。