基于模糊综合评价模型的城市水资源承载力评价研究

辛 帅

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)



基于模糊综合评价模型的城市水资源承载力评价研究

辛 帅

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)

本文以辽宁省大连、沈阳、鞍山三个代表城市为例，构建了涉及水资源、社会经济以及生态环境等多方面的城市水资源承载力评价指标体系，采用模糊综合评价模型对选取的各代表城市进行水资源承载力评价。结果表明：辽宁省的水资源开发利用已具有一定规模，但其中沈阳市的城市水资源承载力形势不容乐观，水资源状况比较紧张。本研究结果可为辽宁省城市水资源管理工作提供参考。

辽宁省； 城市水资源承载力； 模糊综合评价

随着社会经济的发展以及城市化进程的不断加快，人类生活、生产等对水资源的需求不断增加，由此引发的水资源供需矛盾突出、水环境恶化等问题已成为制约城市可持续发展的重要因素[1]。水资源承载力是近年来国内外为实现水资源可持续利用所研究的热点问题之一，尤其是在城市地区用水极度紧张的背景下，城市水资源承载力的研究也越来越被重视。

本文以辽宁省为例，选取大连、沈阳、鞍山三个代表城市，采用模糊综合评价模型，对代表城市进行水资源承载力评价，以期为该地区水资源的可持续利用提供参考。

1 研究区概况

辽宁省位于中国东北地区南部，总面积14.8万km2。辽宁省地处欧亚大陆东岸的中纬度地区，属于温带大陆性季风气候区，是东北地区降水量最多的省份，年降水量在600～1100mm之间，降雨量分布不均，东湿西干。2014年，辽宁省总人口4391万，其中城镇人口2944.4万，城镇化水平达到了67.05%。

2 指标体系及评价标准的建立

指标体系的建立是水资源承载力评价中的关键环节，城市水资源系统涉及了水资源、社会经济、生态环境等各方面，因此，本文在选取指标体系时将各方面进行耦合，并结合研究区的具体情况，借鉴其他水资源承载力评价标准[2-5]，确定本文城市水资源承载力评价指标体系及等级划分标准(见表1、表2)。本文将承载力分为3个等级，其中，Ⅰ级表示城市水资源承载力强，水资源供给充足，利用合理；Ⅱ级表示城市水资源承载力中等，水资源供给量基本能够满足需要，处于水资源中度利用状态；Ⅲ级表示城市水资源承载力弱，水资源相对缺乏。

本文的基础数据来源于《辽宁省2014年水资源公报》及《辽宁省2014年国民经济及社会发展统计公报》等资料，部分数据通过计算整理得到。

表1 城市水资源承载力评价指标体系

表2 代表城市各评价指标值及等级划分

3 构建评价模型

城市水资源承载力评价系统涉及了水资源、社会经济、生态环境等多个系统，影响因素较多，并具有复杂性和动态性，使城市水资源承载力评价具有模糊性和随机性等不确定因素。因此，本文采用模糊综合评价法进行城市水资源承载力的评价[6]。

各单项指标权重的计算也是水资源承载力评价中的重要环节，目前，国内外常用的确定权重的方法有主成分分析法、层次分析法、熵权法等[7-8]。其中，主成分分析法和层次分析法的主观性较强，熵权法是以整体的观念去度量水资源承载力变量所具有的不确定性，计算精度较高，客观性较强。因此，本文采用熵权法对各单项指标的权重进行计算。

3.1 模糊综合评价模型

(1)

式中：B为V上的模糊子集；A为U上的模糊子集；其中，A=(a1，a2，…，am)，0≤ai≤1；B=(b1，b2，…，bm)，0≤bj≤1。其中，ai为Ui对A的隶属度，bj为Vj对综合评判所得模糊子集B的隶属度，它表示综合评判的结果。评判矩阵为

(2)

(3)

3.2 指标权重的确定

熵权法计算指标权重的步骤如下：

a.构建判断矩阵R=[vij]，(i=1,2,…,n；j=1,2，…,m)。

b.将判断矩阵归一化处理。

(4)

(5)

式中： maxxij，minxij分别为同指标下所有样本对应模糊量值中的最大值和最小值。

c.计算指标的熵值，计算公式如下：

(6)

d.各指标的熵值的确定。

(7)

4 评价结果

通过熵权法确定的各评价指标的权重为W=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)，按照隶属度，计算每个评价因素对应各个等级的相对隶属度rij，进而求出综合评价矩阵R的值。比如，对沈阳市城市水资源承载力的综合评价进行计算：

B=A·R=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，

0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)×

其综合评分值为

=0.58

按同样方法对大连市和鞍山市进行城市水资源承载力评价，其结果见表3。从评价结果中可以得出，3个代表城市水资源承载力的大小为：大连市≥沈阳市≥鞍山市，各城市对V2级的隶属度均在0.50以上，表明各城市水资源开发利用已具有相当规模，但城市水资源仍具有一定的开发利用潜力。对比各城市对V1、V3的隶属度大小可以看出，大连市和鞍山市V1级的值均大于V3级的值，表明这些城市的情况较为乐观，水资源进一步开发的潜力也较大；沈阳市V3级的值大于V1级的值，表明沈阳市2014年的水资源状况相对比较紧张，进一步开发利用的潜力较小，沈阳市在今后的发展中，应加强水资源的保护，加大节约用水的宣传力度，完善节水设施的配套建设，提高城市的水资源管理水平。

表3 辽宁省各代表城市水资源承载力评价结果

5 结 语

本文在分析辽宁省各代表城市水资源承载力基本情况的前提下，建立了针对性的评价指标体系，并采用了模糊综合评价模型以及熵权法进行分析评价。结果表明：沈阳市的水资源承载能力不容乐观，今后的水资源开发利用相对比较紧张；大连市和鞍山市的水资源承载能力虽然乐观，但在今后的水资源开发利用中，仍需注意水资源的保护。

根据此次对辽宁省代表城市水资源承载力的评价，对辽宁省今后的水资源开发利用提出以下建议：加强水资源保护力度，建立相关水资源保护制度，使水资源保护工作正规化；建立节水型工业、生活等用水体系，研究可循环的用水技术，提高水资源的利用效率；建立健全城市水资源管理机制，实现各用水部门之间公平、合理的用水分配。

[1] 李庆贺，伍博炜，杨珺丽，等.福建省城市水资源承载力综合评价研究[J].水资源与水工程学报，2014,25(4):147-151.

[2] 王友贞，施国庆，王德胜.区域水资源承载力评价指标体系的研究[J].自然资源学报，2005,20(4):597-604.

[3] 孙才志，左海军，杨静.基于极大熵原理的黄河流域水资源承载力研究——以山西段为例[J].资源科学，2004,26(2):17-22.

[4] 张鑫，王纪科，蔡焕杰，等.区域地下水资源承载力综合评价研究[J].水土保持通报，2001,21(3):24-27.

[5] 刘玉东.基于相关分析与粗糙集理论的区域水资源承载力评价[J].水利规划与设计，2015(8):57-60,76.

[6] 李朦，解建仓，杨柳，等.基于模糊物元模型的渭北工业区地下水资源承载力评价[J].水资源与水工程学报，2014,25(4):169-174.

[7] 常建娥，蒋太立.层次分析法确定权重的研究[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2007,29(1):153-156.

[8] 邱菀华.管理决策与应用熵学[M].北京：机械工业出版社，2002.

[9] 苏永红，冯起，刘蔚，等.应用模糊综合评判方法评价石羊河流域水资源承载力[J].干旱区研究，2009,26(2):169-175.

Research on urban water resources carrying capacity evaluation based on fuzzy comprehensive evaluation model

XIN Shuai

(Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project Construction Bureau, Shenyang 110166, China)

In the paper, Dalian, Shenyang and Anshan—three representative cities in Liaoning Province are adopted as examples for constructing urban water resources carrying capacity evaluation index system from many aspects of water resources, social economy, ecological environment and other aspects. Fuzzy comprehensive evaluation model is adopted for evaluating water resources carrying capacity in all selected representative cities. The results show that water resources development and utilization in Liaoning Province have certain scale. However, urban water resources carrying capacity trend in Shenyang is not optimistic, and water resources situation is tight. The research results can provide reference for urban water resources management in Liaoning Province.

Liaoning Province; urban water resources carrying capacity; fuzzy comprehensive evaluation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.021

TV213.4

A

2096- 0131(2016)07- 0074- 04