李治軍，周 博

(1.黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，水資源作為一種必不可少的環(huán)境因素，對可持續(xù)發(fā)展的支撐作用愈發(fā)明顯。近年來，人們對水資源狀況越來越重視，對于水資源的相關(guān)研究也越來越廣泛，其中包括水資源的管理與開發(fā)、地下水資源量與地表水資源量的分析、水資源的配置、水資源的可持續(xù)利用領(lǐng)域的研究等[1]。

水資源承載力能夠表征區(qū)域水資源狀態(tài)，科學(xué)度量區(qū)域水資源承載力，能夠?qū)λY源承載力進(jìn)行合理調(diào)控，同時(shí)也可為水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供有效的幫助。水資源可持續(xù)利用是對水資源開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約和保護(hù)的最合理的統(tǒng)一體，也是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略問題[2]。面對近年來的哈爾濱市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，分析水資源承載力可更加直觀地分析現(xiàn)階段水資源與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的關(guān)系，對水資源的可持續(xù)利用，以及經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展提供幫助。距今為止，評價(jià)水資源承載力的方式眾多，鄧全成[3]等利用組合權(quán)重TOPSIS模型對新鄉(xiāng)市水資源承載力評價(jià)進(jìn)行了評價(jià)。趙吳靜[4]基于集對分析與可變模糊集理論對區(qū)域水資源承載力進(jìn)行評價(jià)研究。文梅君[5]等采用AHP-OWA-EM-FUZZY模型對西藏高原典型小流域水資源承載力研究。王富強(qiáng)[6]等基于EFAST-云模型的方法區(qū)域水資源承載力評價(jià)。諶煒林等[7]利用生態(tài)足跡法對營口市水資源承載力研究。本文采用CRITIC-VIKOR法，對哈爾濱市2016—2021年水資源承載力的變化趨勢進(jìn)行分析。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文使用的數(shù)據(jù)均來源于2016—2021年哈爾濱市統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)。

1.2 研究方法

1.2.1建立評價(jià)指標(biāo)體系

影響水資源承載力的指標(biāo)因素有很多，因此，水資源承載力指標(biāo)在選取上應(yīng)遵循綜合性、動態(tài)性、準(zhǔn)確性、協(xié)調(diào)性的基本原則。本文通過結(jié)合哈爾濱市的水資源現(xiàn)狀、參考其他研究成果以及收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，選取水資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)3個(gè)方面的17個(gè)評價(jià)指標(biāo)建立指標(biāo)體系。評價(jià)指標(biāo)按其性質(zhì)分為效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)，效益性指標(biāo)表現(xiàn)為越大越優(yōu)型指標(biāo)，成本型指標(biāo)表現(xiàn)為越小越優(yōu)型指標(biāo)。其中效應(yīng)為“正”，代表效益性指標(biāo)；效應(yīng)為“負(fù)”，代表成本型指標(biāo)[8]，見表1。

表1 哈爾濱市水資源承載力評價(jià)指標(biāo)體系

1.2.2采用CRITIC-VIKOR法評價(jià)水資源承載力

CRITIC-VIKOR法是多個(gè)方案進(jìn)行比較分析，在水資源綜合評價(jià)領(lǐng)域應(yīng)用較多。CRITIC法是由Diakoulaki提出。CRITIC權(quán)重法為一種客觀賦權(quán)法，不僅考慮了指標(biāo)變異大小對權(quán)重的影響，還考慮了各指標(biāo)之間的沖突性。差異程度以標(biāo)準(zhǔn)差的形式來表現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)差越大表示各方案的取值差異越大；相關(guān)性通過相關(guān)系數(shù)來表現(xiàn)，兩個(gè)特征之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)，則這兩個(gè)特征的沖突性較低，保證結(jié)果的客觀性與真實(shí)性[9]。Opricovic于1998年提出了多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(VIKOR)，它是通過考慮群體效益值和個(gè)體遺憾值并加入主觀偏好，得到帶優(yōu)先級折中解，可有效解決TOPSIS法接近理想解的解并不是最優(yōu)解的問題，使得到的評價(jià)結(jié)果更加合理和準(zhǔn)確[10]。

CRITIC-VIKOR法是按照利用VIKOR法確定標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)、CRITIC計(jì)算指標(biāo)權(quán)重、確定理想解、確定群體效益值和個(gè)體遺憾值，最后確定利益比率值5個(gè)步驟依次對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

(1)利用VIKOR法標(biāo)準(zhǔn)化公式對各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理。

原始矩陣：X=(xij)m×n

(1)

式中，m—評價(jià)指標(biāo)；n—評價(jià)年份；xij—第i個(gè)指標(biāo)第j年的初始值。

標(biāo)準(zhǔn)化公式：

(2)

(3)

式中，bij—指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

(2)利用CRITIC法確定權(quán)重

(4)

(5)

式中，Ej—第j個(gè)指標(biāo)的信息量；Chj—第j個(gè)指標(biāo)的平均差；Pij—第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)；wj—第j個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重。

(3)計(jì)算群體效益值Si和個(gè)體遺憾值Vi

群體效益值可以衡量決策者對于某些事物的主觀傾向和偏好，個(gè)體遺憾值可以反映決策者錯(cuò)誤判斷所造成的損失價(jià)值，同時(shí)采用“正、負(fù)理想解”作為參照，可有效避免信息損失[11]。

正理想解是最大化效益型指標(biāo)，負(fù)理想解是最大化成本型指標(biāo)。為使評結(jié)果更穩(wěn)定，理想解采用絕對值方法計(jì)算，公式如下：

(6)

(7)

以正理想解參照，則

(8)

(9)

以負(fù)理想解參照，則

(10)

(11)

群體效用值、個(gè)體效用值為：

(12)

(13)

(4)確定利益比率R

決策機(jī)制系數(shù)z為一個(gè)調(diào)節(jié)值，介于[0，1]之間；該值大于0.5表示越偏好效用，即最大化利益，其屬于風(fēng)險(xiǎn)偏好型；該值小于0.5表示越偏好減少遺憾，即風(fēng)險(xiǎn)保守型；為了同時(shí)最大化群體效用值和最小化個(gè)體遺憾值，本文決策機(jī)制系數(shù)取z=0.5[12]。計(jì)算公式為：

(14)

利用利益比率Ri值表示評價(jià)對象與合理方案的接近程度，該值越小說明評價(jià)對象越優(yōu)，水資源承載力越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果分析

利用CRITIC法計(jì)算水資源承載力評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見表2?？梢钥闯?，權(quán)重結(jié)果大小順序?yàn)閄9>X7>X1>X3>X15>X17>X5>X2>X4>X14>X12>X8>X16>X6>X11>X10>X13。其中生態(tài)環(huán)境用水量、人均水資源量、地區(qū)水資源總量、產(chǎn)水模數(shù)、全市廢污水排放總量權(quán)重占有較大比例，對該市綜合水資源承載力影響較大。人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值、全市廢污水排放總量、全市耗水量、人均地區(qū)生產(chǎn)總值為成本型指標(biāo)。均與水資源總量，生態(tài)環(huán)境，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)，對哈爾濱市水資源承載力起到反向作用。其余指標(biāo)為效益型指標(biāo)，均為有利因素，對水資源承載力起正向作用。

表2 根據(jù)CRITIC計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

2.2 水資源承載力結(jié)果與分析

通過CRITIC-VIKOR法得出各指標(biāo)在2016—2021年最優(yōu)方案距離比值，得出樣本利益比率R值，見表3。

表3 哈爾濱市水資源承載力綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)表3可以看出，2016—2021年綜合利益比率R值大小順序?yàn)?.1065(2020年)<0.1433(2019年)<0.1898(2021年)<0.6381(2018年)<0.8375(2017年)<1.0000(2016年)。R值的大小表明水資源承載力的強(qiáng)弱，R值最大的是2016年，表明2016年的水資源承載最弱。R值最小的是2020年，表明2020年在2016—2021年內(nèi)水資源承載力處于最高水平。

2016—2021年哈爾濱市水資源承載力評價(jià)結(jié)果如圖1所示。

圖1 2016—2021年哈爾濱市水資源承載力評價(jià)結(jié)果

由圖1可以看出，2016—2021年綜合水資源承載力大致可以分為兩個(gè)階段，第一階段是2016—2018年，該階段R值較大，均大于0.5，水資源承載力表現(xiàn)較弱。第二階段是2019—2021年，這個(gè)階段R值均小于0.2，水資源承載力較高水平。第一階段的末年R值相比第二階段初年減幅77.5%。表示兩個(gè)階段的水資源承載力相差較大。在2018—2019年全市平均產(chǎn)水系數(shù)增幅14.5%、地區(qū)水資源總量增幅14.5%、生態(tài)環(huán)境用水量增幅38.1%、全市廢污水排放總量減幅19.4%，是水資源承載力大幅度提升的主要原因。第二階段，隨著城市的發(fā)展，水質(zhì)和城鎮(zhèn)化率提升，生態(tài)環(huán)境的管理與保護(hù)以及生態(tài)環(huán)境用水量大幅度增加。對城市污水，廢水管理更加合理，使該階段的水資源承載力表現(xiàn)優(yōu)異。

從2016—2021年各子系統(tǒng)的水資源承載力變化來看，水資源承載力波動幅度明顯。①水資源承載力在2016—2020年不斷提升，可在2020—2021年卻大幅度減少，其中水資源總量減幅為44.2%、全市平均產(chǎn)水系數(shù)減幅25.9%、產(chǎn)水模數(shù)減幅44.1%影響較大。由此看來，應(yīng)該強(qiáng)化對水資源的管理與開發(fā)，合理分配水利建設(shè)資源，增強(qiáng)資源的配置效率。同時(shí)開展創(chuàng)新，利用新技術(shù)和設(shè)備，處理凈化水質(zhì)，提高水的循環(huán)利用，加強(qiáng)保護(hù)水資源宣傳，保護(hù)水資源。②生態(tài)系統(tǒng)承載力表現(xiàn)為不斷提升，2016—2021年人均占有公共綠地面積、生態(tài)環(huán)境用水量、生活污水集中處理率的不斷增加，全市廢污水排放總量的減少使水資源承載力不斷提升。③經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)比益利率不斷減小，代表該市的水資源承載力整體呈上升趨勢。2016—2021年城鎮(zhèn)化率不斷提高、人口密度逐漸減少，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的增加是該市的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的承載力不斷提升的主要原因。

3 結(jié)論

本文通過運(yùn)用CRITIC-VIKOR方法，對哈爾濱市2016—2021年水資源承載力進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)評價(jià)結(jié)果顯示，水資源承載力具有明顯波動，但最近幾年在城市合理發(fā)展與治理下，水資源承載大幅度能力增強(qiáng)，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。水資源承載力評價(jià)結(jié)果由高到低為2020年、2019年、2021年、2018年、2017年、2016年。

通過CRITIC法確定指標(biāo)的權(quán)重。在評價(jià)指標(biāo)中，生態(tài)環(huán)境用水量、人均水資源量、地區(qū)水資源總量、產(chǎn)水模數(shù)、全市廢污水排放總量等占有較大的權(quán)重，對該區(qū)域內(nèi)的水資源承載力影響較大。所以應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境用水量；加強(qiáng)區(qū)域水資源的管理，大力發(fā)展節(jié)約用水；要合理規(guī)劃城市發(fā)展，加強(qiáng)污水處理，減少城市污水的排放。這對區(qū)域水資源承載力恢復(fù)具有重大意義，為城市的和協(xié)發(fā)展以及人們的生產(chǎn)生活提供幫助。