基于模糊综合评判的山东省水资源承载力评价

赵强, 李秀梅, 高倩, 熊丹, 邹春辉



基于模糊综合评判的山东省水资源承载力评价

赵强1,2,3, 李秀梅1,2,*, 高倩1, 熊丹1, 邹春辉1

1. 济南大学水利与环境学院, 济南 250022 2. 山东省生态固碳与捕集利用工程技术研究中心, 济南 250022 3. 山东省地下水数值模拟与污染控制工程技术研究中心, 济南 250022

水资源承载力是社会经济稳定发展所能支撑的最大可利用的水资源。在对山东省水资源现状进行调查和统计的基础上, 选取人均水资源量、水资源利用率、供水模数、降雨量, 人均 GDP、人口密度、人均生活用水量、万元 GDP 用水量、万元工业产值用水量、万元农业产值用水量, 耕地灌溉率、生态环境用水率、森林覆盖率共 13个主要影响区域水资源承载力的因素作为评价因子, 应用模糊综合评判模型对山东水资源承载力现状进行评价。结果表明: 山东省水资源综合评价结果值在2001—2009 年间低于0.6, 2010—2015年间高于0.6, 表明山东省水资源承载力总体得到了提高; 另外2001—2015年间, 大部分年份的a值小于0.6, 个别年份低于0.4, 年际变化相对较大, 可见山东省水资源承载力水平总体较弱, 年际变化较大。

水资源承载力; 模糊综合评价; 山东省

1 前言

水资源承载力由我国学者于20世纪80年代末提出, 指在特定的区域范围内, 在一定的生活生产水平及保证水环境子系统生态功能的前提下, 通过科学合理的分配措施, 水资源所能满足的人口、社会经济和生态环境需求的最大支撑能力[1-5]。水资源承载力作为描述水资源支撑经济—社会—环境规模能力的关键指标, 国际上对其单项研究成果较少, 一般将其纳入资源承载力、区域规划以及可持续发展理论的研究之中, 并且偏重于水资源管理与政策措施研究[6-7]。山东省是水资源短缺的北方地区之一, 通过“两区一圈一带”战略项目的进行, 水资源的供给保障面临着更高、更严峻的需求, 水资源的不足问题是山东省经济社会得以更快更好发展的最大限制因素[8-10]。如何建立一个节约优先、优化配置、合理开发、高效利用水资源供给保护系统, 实现水资源的可持续化利用, 是山东省整体经济在建设中的重要一环[11-14]。为此, 本文结合山东省2001—2015年经济—社会—环境基础调研资料, 应用模糊综合评判模型展开对山东省水资源承载力的评价, 旨在为保障山东省跨越式发展中水资源的合理开发利用提供决策依据。

2 研究区水资源概况

山东省位于我国东部沿海, 华东地区的最北端, 境内有黄河、淮河、海河三大流域。山东省水资源的主要补给来源为大气降水, 山东省水资源总量受降雨量影响较大。水资源总量主要表现为地表水和地下水, 可以通过水循环逐年得到更新。黄河是山东主要的外来水源, 南部的南四湖是山东境内最大的湖泊。从全国来看, 山东水资源相对贫乏。全省多年平均降水量为679.5 mm; 多年平均水资源总量为305.82亿m3; 人均占有水资源量344 m3, 不到全国平均水平的1/6, 为世界平均水平的1/25, 在全国各省(市、自治区)人均水资源量排名倒数第3位。根据国际普遍通用的缺水标准, 人均水资源占有量低于500 m3视为极度缺水地区。山东省人均仅344 m3, 可见, 山东省处于极度缺水地区。

3 模糊综合评判模型的构建

模糊综合评判方法在水资源承载力评价中应用较为广泛, 该方法可为区域水资源承载力的研究提供有效途径, 其实质是在对影响水资源承载能力的各单因素评价的基础上, 通过综合评判矩阵展开对水资源承载能力多因素综合评价, 从而得出水资源承载能力的大小, 该方法可较全面的分析区域水资源承载力状况[15-17]。本文应用模糊综合评判模型评价山东省整体的水资源承载力。

3.1 评判因素的选取、分级和评分

为更好地反映各等级水资源承载能力状况, 对评判等级采用1分制数量化即:1= 0.05,2= 0.5,3= 0.95, 数量化后可定量反映各等级因素对承载能力的影响程度, 数值越高, 水资源可开发容量越大。综合评定时, 根据a的值以及矩阵中各等级隶属度b的值, 按照公式(1)计算综合评判矩阵的水资源承载能力的综合评分值。

3.2 评判矩阵的计算

表1 各评价指标分级值标准

3.3 指标权重的计算

首先, 根据划分好的指标层次, 参照中国水资源评价标准, 采用AHP中常用的“1—9”尺度法[18-20], 构造判断数据矩阵。其次, 根据判断矩阵, 利用数学矩阵计算求出指标层()相对于准则层()的重要性、准则层相对于目标层()的判断矩阵。注意的是, 在这三个准则层中, 重要性也有轻有重, 水资源条件是水资源承载力的基础, 没有水源, 一切都无从谈起, 因此这里水资源条件比社会经济条件和生态环境条件要更为重要, 取3:1:1。最后用指标层对准则层权重乘以准则层对目标层权重得到指标层对目标层的权重(), 权重计算结果见表2所示。

3.14 水资源综合承载力综合评价的计算

表2 指标层对目标层O的权重

4 山东省水资源承载力综合评价

通过查阅《山东省统计年鉴》及《山东省水资源公报》[21], 并经过分析计算, 得到山东省 2001—2015年实际指标值如表3所示。

表3 山东省2001—2015年水资源承载力评价指标

表4 山东省 2001、2005、2010、2015年各指标对应于各等级的隶属度

表5 水资源承载力的综合评价结果

图1 水资源承载力分级评价值b

图2 水资源承载力综合评分值a

5 结论

本文从山东省经济—社会—环境复合系统自身特点出发, 剖析山东省水资源承载力的内涵, 综合分析人均水资源量、水资源利用率、供水模数、降雨量, 人均 GDP、人口密度、人均生活用水量、万元 GDP 用水量、万元工业产值用水量、万元农业产值用水量, 耕地灌溉率、生态环境用水率、森林覆盖率共 13个主要影响区域水资源承载力的因素作为评价因子, 应用模糊综合评判模型对山东水资源承载力现状进行评价。结果表明: 山东省水资源承载力水平逐渐得到保障, 年变化逐渐缩小, 但水资源供需矛盾突出, 缺水地区分布广泛, 在以后的发展中应坚持开源节流并重实行, 求真务实的去增加水资源的供给能力。

[1] 新疆水资源软科学课题组. 新疆水资源及其承载力的开发战略对策[J]. 水利水电技术, 1989, (6): 2–9.

[2] 冯耀龙, 韩文秀, 王宏江, 等. 区域水资源承载力研究[J].水科学进展, 2003, 14(1): 109–113.

[3] 段青春, 刘昌明, 陈晓楠, 等. 区域水资源承载力概念及研究方法的探讨[J]. 地理学报, 2010, 65(1): 82–90.

[4] 孙远斌, 高怡, 石亚东, 等. 太湖流域水资源承载能力模糊综合评价[J]. 水资源保护, 2011, 27(1): 20–23.

[5] 丁爱中, 陈德胜, 潘成忠, 等. 基于粗糙集和集对分析的中国水资源承载力现状评价[J]. 南水北调与水利科技, 2010, 8(3): 71–73.

[6] RIJSBERMAN M A, VEN F H M V D. Different approaches to assessment of design and management of sustainable urban water systems[J]. Environmental Impact Assessment Review, 2000, 20(3): 333–345.

[7] HARRIS J M, KENNEDY S. Carrying capacity in agriculture: global and regional issues[J]. Ecological Economics, 1999, 29(3): 443–461.

[8] JIANG Xiandong, NIE Bingbing. Evaluation on water resource carrying capacity in Shandong province during 2005–2014[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2016, 44(9): 103–105,161.

[9] 巩嘉誉. 基于主成分分析方法的山东省水资源承载力研究[J]. 绿色科技, 2013, (1): 82–85.

[10] 余灏哲, 韩美. 基于水足迹的山东省水资源可持续利用时空分析[J]. 自然资源学报, 2017, 32(3): 474– 483.

[11] 邓亚东. 乌鲁木齐市水资源承载力及优化配置研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆大学, 2013.

[12] 王兴, 刘欣. 山西省水资源承载力及可持续发展对策研究[J]. 资源开发与市场, 2014, 30(3): 308–310.

[13] 武荣, 李援农. 基于层次分析法的水资源安全模糊综合评价模型及其应用[J]. 水资源与水工程学报, 2013, 24(4): 139–144.

[14] 栾芳芳. 新疆跨越式发展中水资源承载力评价[D]. 北京: 中央民族大学, 2013.

[15] 李俊晓, 李朝奎, 罗淑华, 等. 基于AHP–模糊综合评价方法的泉州市水资源可持续利用评价[J]. 水土保持通报, 2015, 35(1): 210–286.

[16] HOU Guanyu, TANG Deshan. Fuzzy comprehensive evaluation of water resources carrying capacity based on vague method[J]. Applied Mechanics & Materials, 2014, 501–504: 2040–2044.

[17] YIN Jiejie, CUI Yuanlei, LIU Fangping, et al. Study on water resources carrying capacity in Ganfu plain irrigation district based on fuzzy comprehensive evaluation[J]. Water Saving Irrigation, 2016, (8): 131–134,140.

[18] 水利电力部水文局. 中国水资源评价[M]. 北京: 水利电力出版社, 1987.

[19] 宋桢桢, 顾银鲁. 基于AHP法对宁夏水资源承载力的评价[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2015, 31(1): 60–62.

[20] 戴娟, 潘益农, 刘青, 等. 改进的AHP在县域尺度暴雨洪涝风险评价的应用[J]. 气象科学, 2014, 34(4): 428–434.

[21] 山东省统计局. 山东统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2014.

Evaluation of water resources carrying capacity in Shandong province based on fuzzy comprehensive evaluation

ZHAO Qiang1,2,3, LI Xiumei1,2*, GAO Qian1, XIONG Dan1, ZOU Chunhui1

1. School of Water Conservancy and Environment, University of Jinan, Jinan 250022, China 2. Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Ecological Carbon Sink and Capture Utilization, University of Jinan, Jinan 250022, China 3. Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Groundwater Numerical Simulation and Contamination Control, Jinan 250022, China

Water resources carrying capacity is the maximum available water resources supporting by the social and economic development. Based on the investigation and statistics on the current situation of water resources in Shandong Province, this paper selects13 evaluation factors including per capita water resources, water resources utilization, water supply modulus, rainfall, per capita GDP, population density, per capita water consumption, water consumption per million yuan, the water consumption of industrial output value, the agricultural output value of farmland, the irrigation rate of cultivated land, the water consumption rate of ecological environment and the forest coverage rate, which are the main factors on influencing the bearing capacity of regional water resources. Then, the fuzzy comprehensive evaluation model was used to analyze the water resources carrying capacity force status evaluation. The results showed that the comprehensive evaluation results of water resources in Shandong Province were lower than 0.6 in 2001-2009 and higher than 0.6 in 2010-2015, indicating that the water resources carrying capacity of Shandong Province had been improved. In addition, in most of the years values were less than 0.6;some years values were below 0.4; the interannual changes were relatively large. The level of water resources was generally weak; the interannual changes were great in Shandong Province.

water resources carrying capacity; fuzzy comprehensive evaluation; Shandong province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.023

TV211.1

A

1008-8873(2018)04-188-07

2017-08-01;

2017-10-30

国家自然科学基金(41471160)

赵强(1977—), 男, 山东泰安人, 博士, 副教授, 主要从事水生态与水环境研究, E-mail: stu_zhaoq@126.com

李秀梅, 女, 硕士, 讲师, 主要从事水生态与水环境研究, E-mail: stu_lixm@ujn.edu.cn

赵强, 李秀梅, 高倩, 等. 基于模糊综合评判的山东省水资源承载力评价[J]. 生态科学, 2018, 37(4): 188-194.

ZHAO Qiang, LI Xiumei, GAO Qian, et al. Evaluation of water resources carrying capacity in Shandong province based on fuzzy comprehensive evaluation[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 188-194.