基于理想点法的江西省水资源承载力评价

危文广， 黎良辉, 赖敬飞， 李 威

(南昌大学 建筑工程学院， 江西 南昌 330031)

1 研究背景

水资源承载力[1]即水资源最大开发容量，是衡量社会经济可持续发展的重要因素，它包含水资源子系统，社会子系统，经济子系统和生态环境子系统等方面。随着经济的高速发展，人民生活水平日益提升，对水资源的需求也越来越大，水资源短缺和环境污染等问题也越来越严重。为实现人与社会的可持续发展，人与自然的和谐相处，保护生态环境，保障水资源生态健康，对江西省水资源承载力状况进行综合评价意义重大且迫在眉睫。傅春等[2]通过对江西省各行各业的需水预测, 从人口和经济承载力两个方面对江西省水资源承载能力进行分析和评价；张星标[3]结合AHP法和模糊数学隶属度法对江西省水生态承载力进行分析；孟丽红等[4]用可变模糊评价模型对江西省水资源承载力进行评价；戴明宏等[5]利用熵权法赋权，构建模糊综合评价模型对广西省各地市水资源承载力进行评价及对比分析；苏永军等[6]将投影寻踪法和物元可拓理论结合建立评价模型，消除主观判断对评价结果的影响。这些方法在指标权重确定及综合评价过程中，部分方法过度依赖专家的经验而主观判断，部分方法仅仅考虑指标的实际值，忽视了指标本身的重要性。鉴此，本文在以上的基础上综合考虑影响江西省水资源承载力的主要因素，构建了多层次多指标的评价体系，先通过AHP法确定初始权重，利用熵权法修正权重系数，然后结合理想点法建立水资源承载力综合评价模型，对江西省水资源承载力进行评价分析，以期为江西省水资源的可持续发展和相关管理单位政策的制定提供指导和借鉴作用。

2 研究区概况

江西地处中国东南部，长江中下游南岸，位于东经113°34′～118°28′，北纬24°29′～30°04′之间，东邻浙江省、福建省，南连广东省，西接湖南省，北毗湖北省、安徽省而共接长江，如图1所示。全省由南昌市、赣州市、九江市等11个地级市组成，辖区面积16.69×104km2，境内有赣江、抚河、信江、饶河、修河5大河系和中国第一淡水湖鄱阳湖。由于地势南高北底，五大河系最后都注入鄱阳湖，经湖口县汇入长江。全省水网稠密，降水充沛，但各河水量季节变化较大，河川径流主要靠降水补给，具有夏季丰水期造成洪涝，冬季枯水期连续干旱的特点。全省季风气候特征明显，属中亚热带温暖湿润季风气候，年均温约16.3～19.5℃，南北差异较小。江西为全国多雨省区之一，多年平均降水量为1 638 mm，地区分布上是南多北少，东多西少，山地多，盆地少，2015年全省年平均降水量2 075 mm，比多年均值多26.7%。此外，全省地区生产总值约16 724×108元，同比增长9.1%，人均地区生产总值36 724元，同比增长8.5%，保持着良好的发展趋势。

3 研究方法

3.1 指标体系构建与等级划分

水资源是生命之源，是工农业的命脉，水资源承载力已经成为衡量区域可持续发展的重要指标，它决定着人类的生存和社会经济的发展速度。本文通过参考文献资料并综合江西省水资源承载力的情况，从水资源、社会、经济和生态环境子系统等[6-8]方面考虑，从《江西省统计年鉴》、《江西省水资源公报》和《江西省环境统计公报》等获取主要影响指标进行分析。这些指标往往共同起作用，通过对指标的综合分析，建立了多层次的水资源承载力综合评价指标体系，如图2所示。

图1 研究区域示意图

依据国际、国家认可的标准，地区颁布的发展规划指标值和相关文献综合考虑来确定其标准等级[10-11]，将水资源承载力划分为五个等级比较合适，指标评估集为：V={v1，v2，v3，v4，v5}={Ⅰ(优)，Ⅱ(良)，Ⅲ(中)，Ⅳ(差)，Ⅴ(很差)}。参考文献[1]和[3]中指标划分标准， 给出具体的指标等级划分和等级区间见表1。

3.2 指标权重的确定与修正

(1)确定指标初始权重。AHP法[12]确定权重主要依据专家的知识和经验来判断同一层各指标的相对重要性。引入1～9 数值标度对相对重要性进行定量。但是由于各个专家的知识和经验水平存在差异，在构建判断矩阵时，会出现权重相差过大和不一致性的问题，需通过一致性检验。

(2)熵权法修正权重。尽管层次分析法识别问题的系统性较强，可靠性也相对较高，但其主要基于专家经验，具有较强的主观性。熵权法[13]是一种客观赋权方法，在具体使用过程中，熵权法根据各指标的变异程度，利用信息熵计算出各指标的熵权，其计算结果客观，严谨，可以有效的降低权重确定的主观性。 利用熵权法确定权重的步骤如下:

图2 水资源承载力评价指标体系

等级C1/m3C2/m3C3/mmC4/%C5/%C6/(人·km-2)C7/108 m3C8/108 m3C9/104元C10/%C11/%C12/m3C13/%C14/%C15/%C16/%Ⅰ(优)0～3003000～80002000～250030～500～0.20～250～100～10～0.30～280～1000～2080～10065～8080～1005～8Ⅱ(良)300～5001700～30001600～200020～300.2～125～5010～201～20.3～0.662～660～8020～4070～8050～6570～803～5Ⅲ(中)500～8001000～17001200～160015～201～1.550～10020～302～30.66～2.56～940～6040～6060～7035～5050～702～3Ⅳ(差)800～1100500～1000800～120010～151.5～2100～30030～403～52.5～7.749～1430～4060～10040～6020～3530～501～2Ⅴ(很差)1100～15000～5000～8000～102～3300～100040～505～87.74～1014～200～30100～5000～400～200～300～1

步骤1：构建m个事物n个评价指标的判断矩阵R=(xij)mn(i=1,2，…，m；j=1,2，…，n)。

步骤2：对评价指标R进行归一化处理，得到标准矩阵Y。

对于越大越优型指标，有：

(1)

对于越小越优型指标，有：

(2)

步骤3：计算各指标的熵值：

(3)

(i,j=1,2,…,n)

步骤4：计算各指标的熵权：

(4)

为了充分考虑主观性与客观性，减少人为因素的影响，使评价结果更加准确可靠，既要考虑专家的知识及经验，又要考虑数据间的变异程度，因此采用熵权法对层次分析法的初始权重进行修正，按照式(5)计算修正后权重:

(5)

3.3 基于理想点法的综合评价模型

经过熵权法修正后的指标权重wi更加客观科学，能更好地反映出不同指标在实际工程中的重要程度。基于此，采用理想法对水资源承载力进行综合评估。

(1)正、负理想点。理想点法[14-16]是根据评价对象对理想化目标的接近程度进行排序的方法，理想化目标包括正理想点和负理想点，评价指标越大越接近正理想点的为正向指标，反之则为逆向指标，正、逆指标下正负理想点的计算公式如下：

(6)

(7)

(2)理想点的综合测度距离。 评价指标与正、负理想点间的距离被称为综合测度距离，评价指标与正理想点间的距离越小，则表明评价指标越优，反之，则相反。通常可依据闵可夫斯基距离公式[17]，本文中采用欧氏距离来定义评价指标到正理想点和负理想点的综合测度距离，公式如下：

(8)

(9)

式中：D1为贴近正理想点的综合测度距离；D2为贴近负理想点的综合测度距离；wi为各评价指标的修正权重。

(3)理想点贴近度。 通过理想点贴近度T的大小来评价水资源承载力的状态，主要表现为对指标的综合评价，从而反映出各指标对水资源承载力评价的影响。对理想点贴近度的相关公式为：

T=D2/(D1+D2)

(10)

式中：贴近度T属于区间[0,1]，T越大，代表距离正理想点越近，距离反理想点越远。

4 结果与讨论

4.1 指标权重的计算与分析

以2011-2015年江西省各地市数据为例评价水资源承载力的的状态，根据《江西省统计年鉴》、《江西省水资源公报》和《江西省环境统计公报》选取指标数据。采用AHP法，请相关专家对指标的相对重要性做出评估，再结合熵权法修正权重，通过公式(1)～(5)分别确定指标的修正权重wi，如表2所示。层次分析法和熵权法对各指标权重的赋权总体上是较为接近的，个别指标赋权有点差异，年降雨量C3的权重最大，修正权重达到0.134，其次是工业用水重复利用率C13，修正权重为 0.108，再次是第三产业比重C11和人均水资源量C2，修正权重分别为0.095、0.079，权重最小的是万元工业增加值用水量C12，修正权重为0.019。从各指标的权重来看，修正权重的大小符合各指标对总体目标的重要程度。

表2 水资源承载力权重系数

4.2 各等级的综合贴近度

(11)

首先结合修正权重wi，利用公式(8)、(9)计算出各等级下水资源承载力评价指标标准临界点的理想点综合测度D1、D2，然后依据公式(10)、(11)计算各等级临界点的理想点贴近度，计算结果见表3。

4.3 水资源承载力综合评价

以2011-2015年数据为例选取16个指标，并对指标进行归一化处理，根据建立的基于理想点法江西省水资源承载力评价模型，计算出各指标的理想点贴近度，并依据表3的评价标准，得出2011-2015年江西省各地市水资源承载力评价等级如表4所示。

表3 水资源承载力等级临界点的理想点贴近度T

表4 2011-2015年江西省各地市水资源承载力评价结果

4.4 分析与建议

根据理想点法得到的2011-2015年江西省水资源承载力评价结果，可以得到各地市的变化特点，如图3所示。

图3 2011-2015年江西省各地市水资源承载力

2011-2015年江西水资源承载力值在0.5～0.7之间波动，由于2012年降雨量明显增大，人均水资源量也显著提高，导致2011-2012年上升幅度最大，而后又出现短暂的回降，但总体呈缓慢上升趋势。各地市从2011年均处于Ⅲ(中)等改变为到2015年除南昌、赣州和宜春3市之外均处于Ⅱ(良)等的良好状态，其中南昌市的水资源承载力除2014年外均处于全省最低值，水资源承载力与其它地市相比最差，鹰潭市从2011-2015年水资源承载力值均最大，位居全省第一，其原因是南昌、赣州和宜春等地社会经济迅速发展，GDP增长率较大，在吸引了大量外来人口同时造成人口聚集现象，导致城镇居民生活用水量和总耗水量增大，人均水资源量减少，均低于全省平均值，水资源供需矛盾突出，然而鹰潭、上饶、新余地年降雨量和人均水资源量都较丰富，城镇居民生活用水量和万元工业增加值用水量较少，工业用水重复利用率和污水处理率也均高于省内平均值。

影响江西省水资源承载力的因素有很多，其主要因素有降雨量、工业用水重复利用率、第三产业占比、人均水资源量和污水处理率等，此外，还受GDP增长率、总耗水量、人口自然增长率等影响，根据江西省的实际情况有如下建议：

(1)加快产业结构调整，推动工业经济转型升级。从影响因素来看，第三产业占比对江西省水资源承载力的影响较大，与其他产业相比具有生产同等GDP资源消耗少的优点，调整产业结构，大力发展第三产业和绿色企业，同时需要发展新材料、新能源，以创新驱动发展，提升工业技术，提高工业用水重复率和污水处理能力，从而减少污染，提高水资源承载能力。

(2)提倡节约用水，推广节水技术与设施。从全国范围来看，江西省水资源总量比较丰富，由于城镇居民日常生活用水量和总耗水量较大，人们过度消耗水资源，将造成水资源的浪费和日益短缺，需大力宣传全民节水意识，建立水资源危机意识，开展水资源警示教育，推广节水技术与设施，同时合理开发水资源，避免水资源破坏，以缓解水资源需求压力。

(3)加强生态文明建设，坚持可持续发展。生态文明建设是人类社会经济可持续发展的根基，是人与人、人与自然、人与社会相互尊重和谐共处的文化理念，在坚持以人为本、可持续发展的基础上，制定科学的法律制度，合理利用自然。在经济快速发展的同时大力开展生态环境保护工作，保护水资源，保证河湖基本生态需水量，努力建设美丽江西，实现生态文明可持续发展。

(4)缩小地区差异，保持均衡发展。各地市水资源承载力值差异较大，地区差别比较明显，对总体提高江西省水资源承载力有一定的影响，政府应因地制宜制定不同的政策，对水资源承载力较差的地区给予更多的帮扶，加大对水资源承载力的建设，使其与社会经济发展相协调，既要金山银山，也要绿水青山，努力缩小地区差距，实现均衡发展。

5 结 论

(1)本文阐述了江西省水资源承载力评价体系及指标分级标准，采用AHP和熵权法进行融合确定指标权重，提出了基于理想点法的评价模型。结果表明，该模型能够削弱AHP 法确定指标权重过程中的主观性，有效的减少人为因素的干扰，使江西省水资源承载力评价结果更加客观科学。

(2)实证结果表明：2011-2015年江西省水资源承载力整体逐年呈上升趋势，综合状态处于Ⅱ～Ⅲ等，但地域差距比较明显，针对南昌、赣州、宜春和吉安等人口聚集且经济发展迅速的地区水资源承载力相对较差的问题，并结合江西省水资源承载力的实际情况提出相应建议，以期为各地市“河长制”的推行与管理和水资源规划保护与可持续开发利用提供一定的借鉴和参考。今后江西各地市应加快产业结构调整，提高工业用水重复率及污水处理率，节约用水，珍惜水资源，同时加大对生态环境的保护，均衡发展社会经济，以提升水资源承载能力，实现水资源的高效、可持续利用。

(3)由于影响水资源承载力的指标数较多和部分数据的缺失，导致指标评价体系的构建和水平年份的选取也难以详尽全面，为保障评价的准确性与科学性，有待今后进一步研究完善。