汪超 李治軍

摘 要：為了解河南省水資源承載能力，促進(jìn)其水資源開發(fā)利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間協(xié)調(diào)發(fā)展，結(jié)合河南省實(shí)際狀況，選取社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個(gè)子系統(tǒng)１８ 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于河南?。玻埃埃怠玻埃玻?年水資源相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用區(qū)間層次分析法（ＩＡＨＰ）與改進(jìn)變異系數(shù)法（ＩＣＶＭ）組合賦權(quán)，并利用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型分析河南省水資源承載能力。結(jié)果表明：２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力雖有波動(dòng)，但總體趨于穩(wěn)定，水資源承載力綜合得分平均值為０．４１６，承載力等級(jí)為“中等”。由Ｍ－Ｋ 趨勢(shì)檢驗(yàn)可知，河南省水資源承載能力呈上升趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)幾年水資源承載力等級(jí)繼續(xù)保持“中等”且有可能達(dá)到“較高”等級(jí)。由障礙度分析可知，廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學(xué)需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長(zhǎng)率與人均ＧＤＰ為河南省水資源承載力主要障礙因子，可通過(guò)加強(qiáng)水資源保護(hù)、合理優(yōu)化配置水資源提高水資源承載力。

關(guān)鍵詞：水資源承載力；改進(jìn)變異系數(shù)法；區(qū)間層次分析法；Ｍ－Ｋ 趨勢(shì)檢驗(yàn)；河南省

中圖分類號(hào)：ＴＶ２１３．４ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１２

引用格式：汪超，李治軍．基于改進(jìn)變異系數(shù)法的河南省水資源承載力評(píng)價(jià)［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１０）：６７－７２．

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源短缺、水生態(tài)破壞、水環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出，如何處理好區(qū)域水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的矛盾，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵?？茖W(xué)評(píng)價(jià)地區(qū)水資源承載力對(duì)于水資源的可持續(xù)開發(fā)利用、促進(jìn)水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于水資源承載力的評(píng)價(jià)研究已有不少，如何使評(píng)價(jià)結(jié)果更貼近實(shí)際一直是專家學(xué)者致力于解決的問(wèn)題。水資源承載力評(píng)價(jià)主要方法有模糊綜合評(píng)價(jià)法［１］ 、主成分分析法［２］ 、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法［３］ 、ＴＯＰＳＩＳ 模型［４］ 、減法集對(duì)勢(shì)［５］ 等，這些方法各有優(yōu)勢(shì)，具有較好的可行性，但是仍有待改進(jìn)，特別是在考慮權(quán)重的主客觀結(jié)合方面。

在對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí)，如何確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的好壞。對(duì)于指標(biāo)權(quán)重的確定，目前主要分為主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法兩種，常見的主觀賦權(quán)法有層次分析法（ＡＨＰ）、專家打分法和主觀加權(quán)法等，而客觀賦權(quán)法主要有熵權(quán)法（ＥＷＭ）、主成分分析法和均方差法等。主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)各有優(yōu)缺點(diǎn)，如何綜合兩者的優(yōu)勢(shì)、彌補(bǔ)兩者的不足是專家學(xué)者們努力的方向。本文在對(duì)河南省水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí)，將區(qū)間層次分析（ＩＡＨＰ）主觀賦權(quán)法與改進(jìn)變異系數(shù)法（ＩＣＶＭ）客觀賦權(quán)法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)組合賦權(quán)，使評(píng)價(jià)方法更具科學(xué)性，以期為水資源承載力評(píng)價(jià)方法研究提供參考。

２．２ 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)均來(lái)源于２００５—２０２１ 年《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省水資源公報(bào)》和《河南省生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》。

２．３ 計(jì)算結(jié)果

２．３．１ 權(quán)重計(jì)算結(jié)果

采用ＩＡＨＰ 計(jì)算準(zhǔn)則層社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個(gè)子系統(tǒng)權(quán)重，構(gòu)造的區(qū)間判斷矩陣見表２，權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表３。由表３ 可知，準(zhǔn)則層社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)環(huán)境４ 個(gè)子系統(tǒng)歸一化權(quán)重分別為０．１４１、０．１０２、０．４３８、０．３１９，且由一致性檢驗(yàn)得出０＜α ＝０．８６９＜１＜β ＝ １．１２０，可知區(qū)間判斷矩陣一致性較好。為了驗(yàn)證ＩＣＶＭ 作為確定客觀權(quán)重方法的適應(yīng)性，選用ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ （ Ｃｒｉｔｅｒｉａ Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔｅｒ?Ｃｒｉｔｅｒｉａ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）與ＩＣＶＭ 對(duì)比分析。３ 種方法確定權(quán)重的結(jié)果見表４。經(jīng)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重向量ｗｊ ＝ （０．０４０，０．０３６，０．０２８，０．０３７，０．０５１，０．０５１，０．０４９，０．０５９，０．０７０，０．０７１，０．０５５，０．０５４，０．０３８，０．０４１，０．０５６，０８２，０．０８６，０．０９６）。

由表４ 可知：對(duì)于絕大部分評(píng)價(jià)指標(biāo)，ＩＣＶＭ 得到的權(quán)重比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ 兩種方法得到的權(quán)重更貼近河南省實(shí)際情況，特別是對(duì)于社會(huì)子系統(tǒng)中的人口密度、城鎮(zhèn)化率，水資源子系統(tǒng)中的人均用水量、萬(wàn)元ＧＤＰ 用水量，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的建成區(qū)綠化覆蓋率、化學(xué)需氧量排放量、氨氮排放量。在社會(huì)子系統(tǒng)中，ＣＲＩＴＩＣ 得到的權(quán)重最小的指標(biāo)為人口自然增長(zhǎng)率，但是ＩＣＶＭ 與ＥＷＭ 得到的權(quán)重最小的指標(biāo)為城鎮(zhèn)化率。河南省作為我國(guó)人口大省，２０２２ 年末其常住人口達(dá)到９ ８７２ 萬(wàn)人，在全國(guó)人口排名中位列第三，如此龐大的人口數(shù)量必定帶來(lái)較大的水資源承載壓力，而河南省近幾年的城鎮(zhèn)化率基本維持在５５％左右，因此與城鎮(zhèn)化率相比，應(yīng)提高人口自然增長(zhǎng)率在河南省水資源承載力評(píng)價(jià)中的權(quán)重。在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中，ＩＣＶＭ 得到的權(quán)重最小的指標(biāo)為建成區(qū)綠化覆蓋率，而ＣＲＩＴＩＣ 得到的權(quán)重最小的指標(biāo)為化學(xué)需氧量排放量?；瘜W(xué)需氧量排放量過(guò)高意味著水中含有大量有機(jī)污染物，這是制約水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵因素，且化學(xué)需氧量排放量作為負(fù)向指標(biāo)，相比建成區(qū)綠化覆蓋率正向指標(biāo)更能充分反映河南省的水資源承載能力，因而應(yīng)當(dāng)提高該指標(biāo)的權(quán)重。ＥＷＭ 得到的建成區(qū)綠化覆蓋率、化學(xué)需氧量排放量這兩個(gè)指標(biāo)權(quán)重相差０．１５８，遠(yuǎn)高于ＩＣＶＭ 與ＣＲＩＴＩＣ 得到的兩個(gè)指標(biāo)的權(quán)重差值０．０８２、０．０５５。綜合以上考慮，本文在對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀賦權(quán)時(shí)采用ＩＣＶＭ，以便獲得更貼近河南省實(shí)際情況和更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。

２．３．２ 水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

首先對(duì)２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)造決策矩陣Ｖ ＝（ｂｉｊ ）ｍ×ｎ 。在決策矩陣的基礎(chǔ)上，由式（９）計(jì)算河南省水資源承載力綜合得分，并根據(jù)綜合得分得出各年份水資源承載力等級(jí)（見表５）。由表５ 可知，２０１５ 年之前除２００５ 年、２００７ 年和２０１０ 年水資源承載力等級(jí)為“中等”外，其他年份水資源承載力都處于“較低”等級(jí)，２０１５ 年之后水資源承載力等級(jí)則一直維持在“中等”，說(shuō)明現(xiàn)階段河南省水資源承載力基本滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需要。

２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力綜合得分在０．２５１～０．５７８ 范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為０．４１６，水資源承載力平均等級(jí)為“中等”。２０１０—２０１３ 年水資源承載力綜合得分一直減小，由０．４５９減小到０．２５１；２０１３ 年之后，水資源承載力綜合得分波動(dòng)增大，由２０１４ 年的０．３８３ 增大到２０２０ 年的０．５７８（２０１９ 年減小到０．４０４，但是等級(jí)仍然為“中等”）。

對(duì)河南省水資源承載力綜合得分進(jìn)行Ｍ－Ｋ 趨勢(shì)檢驗(yàn)（見圖２），Ｍ－Ｋ 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量０＜Ｚ ＝ １．２１６＜１．２８０，未通過(guò)置信度為９０％的顯著性檢驗(yàn)，表明河南省水資源承載力綜合得分雖然呈增大趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中需要注重水資源可持續(xù)利用。河南省水資源承載力綜合得分的ＵＦ 和ＵＢ 統(tǒng)計(jì)量在２００５—２０１７ 年未出現(xiàn)交點(diǎn)，而在２０１７—２０２０ 年出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)，且兩個(gè)交點(diǎn)均介于臨界直線之間，表明突變發(fā)生在２０１７—２０２０ 年。在顯著性水平為０．０５ 時(shí)，ＵＦ 統(tǒng)計(jì)量在２００５—２０１７ 年小于０，且在２０１２—２０１４ 年超出信度線，說(shuō)明此期間河南省水資源承載力綜合得分呈減小趨勢(shì)且在２０１２—２０１４ 年減小趨勢(shì)顯著；２０１７ 年之后ＵＦ 統(tǒng)計(jì)量均大于０，表明水資源承載力綜合得分呈上升趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)幾年河南省水資源承載力等級(jí)會(huì)繼續(xù)保持“中等”且有可能達(dá)到“較高”等級(jí)。

２．４ 障礙因子診斷

由式（１０）計(jì)算河南?。玻埃埃怠玻埃玻?年水資源承載力１８ 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的障礙度和障礙度均值，根據(jù)障礙度大小列出排名前八的評(píng)價(jià)指標(biāo)，見表６。

由表６ 可知，制約河南省水資源承載力的主要指標(biāo)分別為廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學(xué)需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長(zhǎng)率與人均ＧＤＰ，這８ 個(gè)指標(biāo)障礙度均值之和為５８．４４％，因此可以認(rèn)為這８ 個(gè)指標(biāo)為河南省水資源承載力的主要障礙因子。在這些障礙因子中，排名首位的是廢污水排放量，障礙度均值為１０．４０％；排名最后的為人均ＧＤＰ，障礙度均值為５．２４％。由《河南統(tǒng)計(jì)年鑒２０２２》知，２０２１ 年河南省城市廢污水排放量為２５．４１ 億ｔ， 占河南省當(dāng)年供水總量的１１． ４％， 而２０１７—２０２１ 年河南省平均廢污水排放量為３６．３５ 億ｔ，廢污水排放嚴(yán)重制約河南省水資源承載力的提高。主要障礙因子中大多數(shù)屬于水資源子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中的指標(biāo)，因此在河南省未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中，應(yīng)注重水資源的保護(hù)，努力提高水資源承載力。

圖３ 為排名前六的障礙因子障礙度隨時(shí)間的變化情況，借助Ｅｘｃｅｌ 中的Ｌｉｎｅｓｔ 函數(shù)對(duì)其分析可知，廢污水排放量、人均用水量、水資源總量的障礙度隨時(shí)間逐漸增大，說(shuō)明這３ 個(gè)障礙因子對(duì)未來(lái)河南省水資源承載力的影響會(huì)越來(lái)越大。由《河南省水資源公報(bào)》知，２００５—２０２０ 年人均用水量為２３３．０６ ｍ３，但是２０２０ 年人均用水量比２０１９ 年下降了８ ｍ３，２０２１ 年比２０２０ 年下降了１３ ｍ３，表明近年來(lái)河南省人均用水量存在明顯下降趨勢(shì)。水資源總量和降水量有關(guān)，２０２０ 年河南省水資源總量（４０８．５９ 億ｍ３）比２０１９ 年（１６８．９ 億ｍ３）增加了１４１．９％，表明水資源總量年際變幅較大。其他３ 個(gè)障礙因子的障礙度雖隨時(shí)間逐漸減小，但仍對(duì)河南省水資源承載力有制約作用，同樣應(yīng)在未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中受到重視。

３ 結(jié)論

１）ＩＡＨＰ 法采用區(qū)間數(shù)代替單一值來(lái)判別指標(biāo)的重要程度，能夠在一定程度上降低專家賦權(quán)的主觀性。通過(guò)對(duì)比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ、ＩＣＶＭ ３ 種方法，發(fā)現(xiàn)ＩＣＶＭ更適合作為河南省水資源承載力的客觀賦權(quán)法。

２）構(gòu)建綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型對(duì)河南省水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明２００５—２０２０ 年河南省水資源承載力綜合得分平均值為０．４１６，水資源承載力等級(jí)為“中等”。對(duì)河南省水資源承載力綜合得分進(jìn)行Ｍ－Ｋ趨勢(shì)檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)未來(lái)幾年內(nèi)河南省的水資源承載力等級(jí)會(huì)繼續(xù)保持“中等”且有可能達(dá)到“較高”等級(jí)。

３）廢污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化學(xué)需氧量排放量、水資源總量、人口自然增長(zhǎng)率與人均ＧＤＰ 是河南省水資源承載力的主要障礙因子。

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