基于三角白化权函数的重庆市水资源承载力灰色聚类评价*

石汝杰

(1．重庆三峡学院生命科学与工程学院，重庆 404100;2．西南大学农学与生物科技学院，重庆 400716)

水资源不仅是人类社会经济发展与赖以生存的物质基础，也是影响地区或国家间农业生产、农民收入、粮食消费及经济实力的重要因素［1］。区域水资源系统包括人口、经济、社会与环境，是一个复杂的巨大系统［2］。目前，世界上有12亿的人口生活在受到水资源缺乏影响的地区，并且随着全球水资源需求量的增加，将有更多的人口与区域得不到足够的水资源［3］。农业灌溉用水技术落后、水资源利用效率低下、水资源的时空分布不均及水资源生态环境恶化是水资源短缺的中国面临的严峻问题，因此实现水资源的可持续发展至关重要。水资源可持续承载力是指在可预见的未来，在特定的社会经济与生态环境背景下，区域水资源所能够持续支持的社会经济规模与人口数量，它是区域可持续发展综合评价的重要指标。通过对水资源可持续承载能力进行综合评价，可以为区域水资源的科学规划与可持续开发利用提供决策依据，对确保区域社会经济与生态环境的可持续发展、保障未来粮食安全以及减少地区贫困具有重要意义［4］。

1999～2010年间，重庆市平均年降水量为1134mm，高于全国平均水平;2010年水资源总量为464．3亿m3，占全国水资源总量的1．5%;人均水资源量占全国平均水平的70%。由此可见，重庆市水土资源总量不足，人均水平低于全国平均水平。因此，重庆市水资源可持续承载力的评价研究，对该区域水资源的合理开发、高效利用、优化配置、有效保护及综合治理具有警示与指导意义。

1 重庆市水资源可持续承载力综合评价方法

随着经济社会的高速发展，影响水资源承载力的各种自然因素与社会经济因素发生了变化，需要构建评价指标体系对时间或空间尺度内的区域水资源可持续发展程度进行评价分析。近年来，基于三角白化权函数的灰色评估方法已被用于各类评价的实践，该文的创新之处在于把基于三角白化权函数的灰色评价与信息熵结合起来，建立了重庆市水资源可持续承载力评价体系，其评价结果更加真实可信。

1.1 评价指标体系的构建

对特定区域水资源可持续发展进行评价，首先要构建反映该区域水资源承载能力的评价指标体系。根据指标构建的“全面性与主导性相结合、普适性与区域性相结合、静态性与动态性相结合、理论性与实践性相结合”的原则，并结合重庆市水资源利用基本特点，同时借鉴构建资源节约型农业综合评价指标体系研究［5］，以及贵阳市生态环境资源承载能力分析［6］等其它区域水土资源可持续发展评价研究的成果后［7-10］，构建了包括目标层、准则层及指标层在内的重庆市水资源可持续承载力评价指标体系。

表1 重庆市水资源承载力综合评价指标体系

指标层共有24个单项指标，其中水资源总量与年降雨量是评价区域水资源丰度的核心指标;水资源开发利用率反映了区域水资源的供水能力;人均水资源量、人均耗水量、人均用水量、人均GDP、人口自然增长率及城市化水平这几个指标反映了社会生活用水满足程度;单位国土面积水资源量是反映水土资源协调度的指标;蓄水供水量占地表供水量比重这个指标反映了社会经济技术条件对供水能力稳定性的支撑程度;万元工业增加值用水量与工业用水量占总用水量比率是衡量工业用水效益对水资源承载力的支持程度;耕地灌溉率与农业用水占用水总量的比重这两个指标反映了农业需水满足程度;森林覆盖率、生态环境用水率以及水土流失治理率反映了生态环境对水资源承载力的支持程度;污水排放量、污水排放达标率及COD排放量这3个指标反映了水资源承载力中的水资源质量的公平利用原则。具体评价指标含义以及指标原始数值如表1、表2。

1.2 各层次指标权重的确定

根据信息熵的理论，对各指标给予熵权，方法参考夏绪梅［11］、谢飞［12］、江涤非［13］、唐摇影［14］等文献。由此计算出重庆市水资源承载力评价指标体系的指标层权重、准则层权重及组合权重，如表3所示。3个子系统权重系数分别为0．3789、0．3567及0．2644，说明水资源自然系统是水资源承载力水平的首要影响因素，其次为社会经济因素与生态环境因素。

2 基于三角白化权函数的水资源可持续承载力灰色评估

2.1 三角白化权函数灰色评估原理及步骤

三角白化权函数的灰色评估方法是由刘思峰首次提出，近年来很多领域的评估实践都采用过此方法，

其原理及方法步骤参考刘思峰［15］、陆剑锋［16］、刘婷［17］、贾燕丽［18］等文献。

表2 2000～2009年重庆市水资源承载力评价指标原始值

表3 重庆市水资源承载力评价指标体系权重

2.2 基于三角白化权函数的重庆市水资源承载力灰色评价实证分析

2．2．1 评价灰类的确定

为了客观充分地反映重庆市水资源承载力，该文把24个评价指标值分为5个评价灰类，分别是劣、差、中、良、优，用数字分别表示为1、2、3、4、5(表4)。指标分级的方法是，把所有评价单元同一个指标的最大值与最小值作为劣灰类与优灰类的终端界限取值，同时要考虑指标值是越小越优型还是越大越优型。需要说明的是，该文对指标原始值的灰类划分只是针对评价对象之间的相对比较，不是客观真实的阈值。

2．2．2 评价指标取值区域的延拓

根据重庆市区域特点，参考历年统计资料，对所有指标进行延拓，表5所示为各指标的延拓值。

表4 重庆市水资源承载力评价指标灰类

表5 评价指标延拓值

2．2．3 计算各指标的白化权聚类系数

2．2．4 结果分析

根据评价对象所属灰类的综合聚类系数公式以及通过熵值法计算出的指标权重、层次权重及综合权重，计算出准则层及水资源承载力的综合聚类系数如表7所示。根据对重庆市2000～2009年水资源可持续承载力状况分析如下。

表6 2000年水资源承载力评价指标白化权聚类系数

从社会经济准则层来看:2000～2009年社会经济子系统的值分别为 0．272 1、0．408 8、0．372 5、0．433 6、0．515 1、0．609 0、0．527 7、0．422 9、0．420 5、0．400 0;表明社会经济子系统承载力在 2000 ～2002年属于劣灰类，在2003年属于良灰类，2004年属于差灰类，2005与2006年为中灰类，2007年属良灰类，2008年与2009年属于优灰类;根据值大小，对2000～2009年重庆市水资源可持续承载力综合评价指标体系中的社会经济系统承载力水平排序为2008年＞2009年＞2003年＞2007年＞2005年＞2006年＞2004年＞2000年＞2002年＞2001年。由此可以看出，虽然社会经济子系统的承载力系数年际间有波动，但总体呈上升趋势，说明水资源系统对社会经济发展的承载力在逐渐提高。从生态环境准则层来看:2000～2009年生态环境子系统的值分别为 0．780 5、0．340 1、0．322 6、0．380 1、0．310 3、0．370 3、0．468 7、0．591 5、0．716 1、0．713 9;表明生态环境子系统承载力在2000年与2002年属于劣灰类，在2001年、2003年及2004年属于中灰类，2007年属良灰类，2005年、2006年、2008年及2009年属于优灰类;根据值大小，对2000～2009年重庆市水资源可持续承载力综合评价指标体系中的生态环境承载力水平排序为2008年＞2009年＞2006年＞2005年＞2007年＞2003年＞2001年＞2004年＞2002年＞2000年。由此可以看出，重庆市水资源的生态环境承载力总体呈上升趋势，说明了重庆市森林覆盖率、生态环境用水率、污水排放达标率及水土流失治理率等指标的提高产生了较好的生态效益。

表7 2000～2009年准则层及综合聚类系数

3 结论与讨论

(1)综合来看:2000～2009年重庆市水资源可持续承载力的综合值分别为 0．336 5、0．374 2、0．408 7、0．389 4、0．434 1、0．580 5、0．369 0、0．343 2、0．416 1 及0．331 4;说明重庆市水资源可持续承载力水平在2000年、2008年及2009年属于优灰类，2001年属于劣灰类，2002～2004年及2007年属于良灰类，2006年属于差灰类，2005年属于中灰类;根据值大小，对2000～2009年重庆市水资源可持续承载力相对水平排序为2008年＞2000年＞2009年＞2004年＞2002年＞2003年＞2007年＞2005年＞2006年＞2001年;在人口数量保持相对平衡、水土保持生态工程持续建设、工农业水资源利用效率不断提高的情况下，未来重庆市水资源的人口、经济规模及纳污能力等方面的承载力基本都在可承载范围，不会超过警戒线。

(2)尽管重庆市水资源承载力水平总体呈上升趋势，但可以看出:影响重庆市水资源承载力的关键因素是年降水量，例如2001年与2006年降水量的显著减少降低了该年份的水资源承载力程度。为避免高温干旱带来的灾害，应建立推广以防旱保墒为中心的农业生产技术体系，因地制宜地进行节水高效农业建设。

(3)基于三角白化权函数灰色评估所分析的水资源承载力只是一个相对的概念，论文对各年份水资源可持续承载力的灰色评估只是反映了在该区域某一年份的社会经济发展水平、水资源自然状况及生态环境条件下，水资源承载能力所达到的灰类水平，具体到不同年份的实际承载力水平的定量分析需要用其它方法进行深入研究。

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