基于突变级数法的六安市近10年水资源承载力综合评价

吴传余

(安徽省水文局 淠史杭蒸发实验站，安徽 六安 237011)

1 概 述

随着我国各地区经济的快速发展，政府已逐渐认识到环境的重要性，并制定出许多措施以维持和保护现有的生态环境。水资源承载力指的是区域为了保持其一定的经济社会和科术发展水平，以资源可持续利用和保护环境为前提，能够支撑社会经济可持续发展的区域水资源系统的合理规模[1]。水资源承载能力作为评价某个区域水资源供需能力的重要指标，已逐渐成为国内研究的热点[2]。水资源承载力包括自然资源、社会资源和经济资源等重要指标[3]，但由于其指标众多，找到合适的方法来综合评价各区域水资源承载力已成为各部门急需解决的问题。同时，研究区域水资源承载力综合评价模型对当地水资源评估及水资源保护措施的制定有着重要的意义[4]。

目前，许多方法已逐渐被应用于水资源承载力的综合评价中。李高伟等[5]基于主成分分析法综合评价了郑州市的水资源承载力，通过SPSS软件计算每个指标的相关系数，从而计算每个指标对水资源承载力的贡献率，通过得到的主成分分析式，计算当地水资源承载力的综合得分，指出郑州市水资源承载力呈逐年提高趋势。王弛[6]利用层次分析法综合评价了浑河流域水资源承载力，通过区分不同指标的重要性，计算不同指标的权重，为当地水资源承载力综合评价提供了理论依据。王楠等通过模糊综合评价法评价了吉林省松原市的农业水资源承载力，基于8个评价指标，对不同指标进行综合评分，指出当地水资源开发潜力较小。

截止到目前，用于水资源承载力的综合评价方法多基于主观权重，忽略了不同指标之间的客观联系。突变级数法是一种基于突变理论的多指标集成技术，该法不需要对评价指标赋以权重，但它从各评价指标实际重要性出发，以定性与定量相结合的研究方法，最大程度消除主观因素对评价模型客观性与科学性的影响，是一种客观、准确、计算简便值得推广的评价方法[7]。本文通过突变级数法，对安徽省六安市近10年水资源承载力进行综合评价，以期得到合理的水资源承载力综合评价模型，为当地水资源开发利用提供科学指导。

2 研究区域概况及研究方法

2.1 研究区域概况

安徽省六安市(N30°16′～N32°05′，E116°05′～E116°30′)位于安徽省西部，大别山北麓，南与舒城、霍山接壤，北与寿县毗邻。境内地势由南向北逐渐降低，形成以丘岗为主，山、岗、湾、畈兼有的农业大区。全区耕地资源总量49 663 hm2，常用耕地48 210 hm2，总人口达到573万人，年平均气温15.6℃，年平均降雨量900～1 600 mm，年平均风速2.8 m/s，农业总产值198.8亿元，是全国重要的粮食生产基地[7]。因此，研究当地水资源承载力的综合评价模型，对节约灌溉水源有着重要的意义。

2.2 研究方法

突变级数法是基于突变理论，通过不同指标的势函数，反映系统的动态变化情况[8]。突变理论区分了不同指标的临界点，并根据势函数把临界点分类，进而研究各种临界点附近非连续性的特征，通过理论与实际资料相结合，就可建立数学模型[9]。

突变级数法首先建立评价指标体系，对评价目标进行多层次矛盾分解，再用突变理论建立突变隶属函数，由归一公式进行综合量化计算，求出总隶属函数，从而得出综合评价结果。

为综合确定指标的评价体系，突变系统共分为4种类型，分别为折叠模型、尖点模型、燕尾模型和蝴蝶模型[10]，每种模型的控制变量形式与归一化公式见表1。

表1 突变级数法不同突变类型相关公式

突变级数法的具体步骤为：①根据当地实际情况，选择合适的指标，建立区域水资源承载力综合评价指标体系。②根据已有研究基础，制定合理的分级标准，将区域水资源承载力分为不同类别，更好地反映出当地实际水资源承载力状况，对不同指标进行归一化处理，计算不同指标的相对隶属度。③将不同评价指标体系进行分类，选择合适的归一化公式，求取评价体系的综合评价指数。④将各评价对象的综合评价值与等级标准综合评价值进行比较，判定评价对象隶属的评价等级。

3 结果与分析

3.1 水资源承载力评价指标体系构建

进行区域水资源承载能力评价，首先要建立起一套能反映区域水资源承载能力的指标体系。构建区域水资源承载能力评价指标体系时，必须选取相互联系且相互独立的指标，同时必须能够较好地反映水资源承载力的特性。其选择原则包括区域性原则、科学性原则、实用性原则和规范性原则。本文结合以往研究和六安市的实际情况，选择12项指标体系，指标包含当地水资源自然状况、社会经济状况和社会生活状况，具体指标体系见图1。其中，C代表水资源承载力，根据指标重要性，分为水资源自然状况C1、当地社会经济状况C2、社会生活状况C3。每个指标下分成了4项子指标，分别为地表水资料总量C11、水资源可利用量C12、水资源剩余开采量C13、人均水资源利用量C14、国内生产总值C21、工业用水量C22、农业用水量C23、生态用水量C24、城市总人口数C31、人口密度C32、垃圾无害化处理量C33、城市森林覆盖率C34。

图1 区域水资源承载力评价指标体系

根据图1中的3种不同类型指标，对六安市水资源承载力进行综合评价。由于不同指标量纲不同，需在计算前对不同指标进行无量纲化处理，采用下列公式计算。对最终水资源承载力进行综合打分，最终求得不同年份六安市近10年的水资源承载力状况及变化趋势。

式中：bij为每个指标所对应的的相对隶属度；a、b为改进公式系数，根据实际情况和模型确定，此处取a=0.99，b=0.01。

3.2 水资源承载力分析

根据六安市近10年现场调查的基本数据，得出近10年12项基本指标的相对隶属度，见表2。

表2 不同指标相对隶属度

参考以往研究及安徽省当地实际情况，制定出六安市水环境承载力评价指标分级标准，并通过突变级数理论的归一化公式逐级向上计算，得出不同水资源承载力分布的等级标准值，见表3。

表3 不同水资源承载力分布等级标准值

根据表2中计算得出的六安市近10年基本数据的相对隶属度与前文简介的突变级数法，得出六安市近10年水资源承载力的综合评价指数，结果见表4。由表4可以看出，六安市水资源承载力普遍偏低，只有进入2015年后，水资源承载力才到达低承载标准，结果符合当地实际情况。

由图2可知，六安市近10年水资源承载力基本呈先上升后平稳的趋势。水资源承载力在2007～2009年时最低，在0.88以下。随着政府的重视与相应措施的颁布，2009年后水资源承载力出现显著提高。水资源承载力在2015年后达到最高，然后逐渐趋于平稳，说明当地土地资源的利用和经济资源的发展逐渐达到一个平衡，但仍处于较低的标准，表明六安市生产节水、废水重复再生利用等环节的技术水平及其他环境治理措施虽逐年有所提高，但仍需改进，依然需要突破更多的技术革新，提高水资源利用率。

表4 六安市近10年水资源承载力综合评价指数

图2 六安市近10年水资源承载力综合评价指数年际变化趋势

4 结 论

本文基于安徽省六安市近10年的实际调查数据，利用突变级数法中的突变理论对六安市近10年的水资源承载力进行综合评价，建立水资源承载力评价综合模型。该模型计算简单、思路明确，可以弥补静态模型中的不足，同时消除主观评价方法的主观因素，相较于其他方法，在保证计算结果精确性的前提下，大大降低了工作量。经过模型计算后发现，六安市近10年水资源承载力呈先提高后平稳趋势，但水资源承载力普遍较低，最高时仅在2015年达到弱承载标准，得出的结论与当地实际情况相符，证明该模型的科学性，表明该模型可用于水资源承载力的综合评价工作中。但由于突变模型是由折叠模型、尖点模型、燕尾模型和蝴蝶模型4种模型构成，最多只能同时处理4个变量，对于变量较多的情况并不适用。在今后的工作中应用该模型时，应根据实际情况对目标进行归类和分解，使得控制变量在该模型适用范围之内。