基于模糊综合评价和主成分分析法的岩溶流域水资源承载力评价

2021-12-04陈丽,周宏

安全与环境工程 2021年6期

陈丽,周宏

(中国地质大学(武汉)地质调查研究院,湖北武汉 430074)

水资源是国家可持续发展的重要战略资源，也是生态环境建设的基础资源，习近平总书记在全国生态环境保护大会上发表重要讲话时强调，建立统一的空间规划体系和协调有序的国土开发保护格局，严守生态保护红线等措施对于生态环境的开发和利用至关重要。随着我国步入重视生态环境的新时代，“双评价”工作成为了国土空间规划的基础。“双评价”是针对水、土地与土壤、气候变化、生态系统与生物多样性能源资源、环境灾害等单要素的评价，由此判断资源是否科学布局，是否合理和高效利用，最终服务于国土空间规划以及“三区三线”的划定。然而，无论是生态保护、农业生产还是城镇建设，都离不开水资源。因此，水资源承载力评价已经成为区域水资源合理开发与利用的重要标准，研究水资源承载力对水资源的开发利用、对分析水资源在社会经济以及生态环境发展方面的承载能力、对实现水资源合理配置都具有重大的意义。

水资源承载力是指在一定的发展水平下，以社会经济与自然环境可持续发展为基础，通过对水资源进行科学、合理配置和优化，区域水资源可维持的最大人口和社会经济发展规模。水资源承载力评价方法研究在汲取了相关学科及最新成果后得到了进一步的拓展，通过对前人研究成果的归纳和总结，将其大致分为三类：经验估算法、指标体系评价法和复杂系统分析法。其中，经验估算法包括背景分析法、常规趋势法；指标体系评价法包括层次分析法、模糊综合评价法、灰色关联法、主成分分析法等；复杂系统分析法主要指系统动力学方法。

相较于国外，我国的水资源承载力研究起步较晚，但相关研究发展迅速。我国学者从水资源承载力的概念和内涵出发，针对不同区域的水资源特点进行了水资源承载力评价，但现有水资源及承载力评价方法仍存在以下不足：①岩溶区水资源承载力评价除贵州个别案例外，其他地区少有研究；②评价方法多采用集总参数方式，缺少针对岩溶区水资源时空分布不均特征的评价方法，导致评价结果与实际不符。

由于影响水资源承载力的因素较多，为了全面、客观地对水资源承载力的真实状况进行评价，本文以湖北省宜昌市长阳县为研究区，计算研究区的水资源量，并选取模糊综合评价法和主成分分析法对研究区的水资源承载力进行评价，对两种评价方法的评价结果进行对比，以获得更适合岩溶流域水资源承载力的评价方法，为提高当地水资源承载力和当地国土空间规划提供依据，以期能为西南岩溶流域的水资源承载力评价提供借鉴。

1 研究区概况

长阳县位于鄂西南清江中下游(见图1)。境内地势西高东低，光照充足，雨量丰富。长阳县境内的河流数量多，除清江外，全县有河流436条。属于清江流域的河流有428条，其中清江的一级支流有60条，二级支流有173条，三级支流有141条，四级支流有54条。

图1 长阳县地理位置图Fig.1 Location of Changyang County

长阳县位于“长阳东西向构造带”，区内碳酸盐岩地层占总面积的85%以上，碳酸盐岩类水分布广、富水性强，是典型的鄂西岩溶地貌。研究区处于区域水文地质单元的茅田-柏杨向斜水文地质单元的北西部，平面上总体呈北东向展布。北西侧边界为恩施红色断陷盆地边缘线，南东侧边界大致以三叠系中统巴东组地层界线为界。本区地下水补径排条件主要受含(隔)水层(组)、地质构造、地形地貌、岩溶等因素控制。

长阳县地下水的主要补给来源是大气降雨，不同岩溶地貌条件和岩溶发育程度的降雨补给强度都有所不同。隔河岩、高家堰、高坝洲一带主要为峰丛洼地地貌，峰丛间发育规模不等的溶蚀洼地和漏斗，入渗补给条件较好，降雨主要以片流汇入洼地，通过漏斗或落水洞进入地下水。龙舟坪镇、大堰乡一带为高原岩溶地貌和岩溶斜坡地貌的过渡地带，为峰丛槽谷，降水以径流形式直接汇入槽谷或洼地底部落水洞内转为地下径流，部分地区还有碎屑岩区的外源水流入洞内，降雨入渗条件非常好，大型暗河在该地方发育。

研究区地下水径流方向主要受构造控制，沿着构造轴线方向流动，总体流向由补给区指向排泄区。清江北岸的地下水总体从东北向西南方向径流，清江南岸，地下水总体从西南向东北方向径流。长阳复背斜以东地带，在长阳复背斜及肖家隘背斜的控制下，地层展布方向呈东-西向，地下水顺层流动。在清江两岸，清江的二级支流展布与构造一致，与清江平行，自西向东流，在清江与支流间形成河间地块，地下水往两侧河岸流动，在接近排泄区表现为以岩溶管道流为主的极强径流区。含水介质以岩溶管道和地下暗河为主，总体上也表现为由补给区指向排泄区，含水介质极不均一，地下径流速度快，地下水循环交替条件极好。

研究区地下水流系统的排泄基准面是清江的二、三级支流，最终的排泄基准面是清江。根据地下水成因类型划分排泄方式可以分为：侵蚀型、接触型、溢出型。受地形地貌的影响，在地形陡峭的斜坡区，地表河流小溪发育多，受到地形切割后地下水以岩溶泉的形式出现，然后再流入地表水汇集或者形成一条新的地表溪沟。在比较平缓的地区，岩溶地下水一般是以地下径流的形式从泉点以及地下暗河排泄。

长阳县隶属宜昌市，辖区内共有11个乡镇，5个居委会和154个行政村，截至2019年末，全县总人口385 884人，全县完成地区生产总值159.38亿元。长阳县社会经济总体特征可以概括为“三低一高”，即人口密度低、城镇化率低、农村居民的可支配收入低、外出务工占比高。长阳县境内林地面积占比大，耕地少且不连片，居民居住点分散，经济发展以第一产业和第三产业为主，其中第一产业以传统粮油为主，高山蔬菜、柑橘等特色农业同步发展，第三产业以旅游业为主，旅游业发展迅猛。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 水资源量评价方法

地下水水资源评价方法有水均衡法、解析法、数值法、水文模型法等。本文利用2019年长阳县地下水水资源量统测成果，圈画泉域范围，求取地下水径流模数。利用地下水径流模数推求地下水水资源量公式为

000 315 36×

(1)

式中：

为地下水天然径流量(×10m/a)；

为地下水径流模数(L/s·km)；

为五级区面积(km)。

地下水平均径流模数计算公式为

(2)

式中：

为地下水平均径流模数(L/s·km)；

、

分别为丰水期和枯水期统测的地下水平均流量(m/s)；

为流域面积(km)。

该方法通过计算各泉域及其所在含水岩组的地下水径流模数，计算地下水水资源量。

当地区降水量己知，且降水量与径流量间关系密切时，可依据降雨量与径流量间的定性关系计算径流量，其计算公式为

(3)

式中：

为径流量(mm)；

为降雨量(mm)；

为年径流系数。

年径流系数与研究区地形、地貌、植被等因素有关，可通过实验或参照省、地市《水文手册》确定。当计算地区的水文气候及自然地理条件与邻近控制站的相似时，采用相似流域年径流系数法，即直接移用邻近控制站的年径流系数，根据计算地区的降水量、计算分区面积来推求计算分区的年径流系数。长阳县整体下垫面条件相似，年径流系数采用高家堰站年径流系数0.52作为整体年径流系数。

2.1.2 水资源承载力评价方法

2.1.2.1 模糊综合评价法

利用模糊综合评价法对水资源承载力进行评价的步骤如下：①确定评价指标集

和评价等级

；②运用模糊数学评判法分析各评价指标对评判结果的隶属度，计算隶属函数，构建隶属度矩阵

；③分别采用层次分析法和熵权法对系统层和指标层各评价指标权重进行计算，然后计算其综合权重

；④将综合权重

与隶属度矩阵

进行复合运算，得到综合评级值

，并采用10分制对各等级取不同分值，Ⅰ级取值10、Ⅱ级取值5、Ⅲ级取值1，计算最终的综合评分值。

2.1.2.2 主成分分析法

运用主成分分析法对水资源承载力进行评价的优点是评价结果客观，但缺点是评价指标选取要求高、主成分难以取舍、评价结果不符合实际。本文运用SPSS 25软件对评价指标的数据以及指标数据阈值进行主成分分析，其主要步骤是：①评价指标的标准化；②计算相关系数矩阵；③计算特征值和特征向量；④计算主成分的贡献率；⑤计算主成分荷载；⑥计算主成分综合得分值

。为了便于与模糊综合评价法的评价结果进行比较，需将最终的评分值归一化处理。

2.2 数据来源

本文数据主要来源于中国地质调查局水文地质调查项目统测数据和长阳县规划局、长阳县水利局等部门收集的资料，主要包括2014—2018年长阳县水资源公报、2016—2020年长阳县统计摘要、《长阳土家族自治县城乡总体规划》等。

3 长阳县水资源承载力评价指标体系

3.1 评价指标体系的构建

水资源承载力评价指标体系的构建以及指标的选取对于评价结果的准确性具有重要意义。影响水资源承载力的主要因素有水资源禀赋及开发利用情况、社会经济发展状况和生态环境状态，故本文从水资源系统、社会系统、经济系统和生态系统4个系统层面，结合长阳县实际状况，借鉴前人在不同区域的研究成果，在遵循系统性、层次性、可操作性、动态性和可比性原则的水文前提下，选取17个评价指标，建立了长阳县县城和乡镇水资源承载力评价指标体系，见表1和表2。由于长阳县乡镇级水资源承载力评价指标统计数据的缺乏，其评价指标数据使用其他具有相似性的指标数据代替，且为了消除数据偶然性带来的误差，采用多年平均值进行计算。

表1 长阳县县域水资源承载力评价指标体系一览表Table 1 Carrying capacity evaluation index system of water resources in Changyang County

表2 长阳县乡镇水资源承载力指标体系一览表Table 2 Carrying capacity evaluation index system of water resources of towns in Changyang County

3.2 评价指标分级标准的确定

评价指标分级标准值的确定是水资源承载力研究的重要内容，其值大小的设定直接决定了水资源承载力所处的等级。本文参考国内外已有水资源承载力评价标准值，结合长阳县的实际情况，将长阳县水资源承载力评价指标划分为Ⅰ级(强)、Ⅱ级(中等)、Ⅲ级(差)3个等级。Ⅰ级表示当地水资源具有强承载力，水资源还有较大的开发空间，水资源量可以支撑社会经济的稳定发展；Ⅲ级表示当地水资源的承载力接近极限，水资源可开发利用的潜力不足；Ⅱ级介于Ⅰ级与Ⅲ级之间，表示当地水资源开发利用已有一定的规模，水资源量对社会经济发展有一定的保障，若采取合理的管理措施，可使当地水资源承载力有所提高。长阳县水资源承载力评价指标分级标准值的拟定原则如下：

(1) 参考已有的国家标准或国际指标标准值，以及借鉴其他学者对水资源承载力评价指标等级标准值进行指标分级标准值的拟定。

(2) 对于没有参考依据的评价指标，根据评价指标定义及专家打分法，并结合长阳县的发展特征，合理确定评价指标的分级标准值。

根据以上原则，确定长阳县县城和乡镇水资源承载力评价指标体系中各评价指标的分级标准值，见表3和表4。

表3 长阳县县城水资源承载力评价指标分级标准值Table 3 Classification standard values of carrying capacity evaluation indexes of water resources in Changyang County

表4 长阳县乡镇水资源承载力评价指标分级标准值Table 4 Classification standard values of carrying capacity evaluation indexes of water resources of towns in Changyang County

4 评价结果与分析

4.1 长阳县水资源量评价结果与分析

根据本项目在长阳县境内的水文地质调查结果，计算了长阳县各乡镇的水资源量，其结果见表5。

表5 长阳县各乡镇水资源量计算结果Table 5 Calculation results of water resources of towns in Changyang County

岩溶流域受地质构造、地层岩性的影响，高程对水资源量的影响程度较大，海拔越高的地区，地下水埋藏深度大，取用条件也越苛刻，真正可利用的水资源量越少。本文参考王宇对岩溶高原地下水径流系统垂向分带的研究结果，结合研究区地质构造、地层岩性等特点，将研究区的地下水分为4个垂直分带，即表层岩溶带、垂向径流带、潜水-承压水循环带和区域循环带(见图2)。

图2 岩溶地区补径排模式图Fig.2 Model of recharge runoff discharge in karst area

利用ArcGIS的空间分析功能，计算每个乡镇在不同高程上分布的面积。根据本项目在长阳县内的统测数据，挑选不同高程区间范围内流速为<0.1 L/s、0.1～1 L/s、1～5 L/s、5～20 L/s、20～50 L/s、>50 L/s的泉点圈定泉域范围计算径流模数，得到不同高程范围内的径流模数平均值，见表6。结合长阳县在不同分带内的面积数据，计算垂向上的水资源量，结果见表7。

表6 长阳县不同高程区间径流模数平均值Table 6 Average of runoff modulus in different elevations in Changyang County

表7 长阳县各乡镇垂向水资源量计算结果Table 7 Calculation results of water resources of towns in Changyang County

根据对长阳县的水资源量评价结果可知，长阳县的水资源量还存在以下几个问题：

(1) 水资源空间分布不均、利用率低。长阳县水资源依然匮乏，尤其是由于空间上的分布不均，使得很多地区缺水严重。同时，随着经济的发展和人口的逐步城镇化，对水资源的需求越来越大，但是水资源的供应却远远滞后，导致供需矛盾加剧。

(2) 垂向上水资源量差异大。岩溶流域由于特殊地质结构的影响，地形高差大，地下水垂向上分布差异大。根据垂向上的评价结果显示，平均海拔较高的火烧坪乡、贺家坪镇等乡镇的垂向水资源量明显比常规评价方法得出的水资源量少，而平均海拔较低的龙舟坪镇、磨市镇等乡镇的垂向水资源量明显大于常规评价方法得出的水资源量。这说明在岩溶流域，高程对于水资源分布的影响程度较大，海拔越高的地区，地下水埋藏深度大，取用条件也越苛刻，真正可利用的水资源量就越少，应该重点关注高海拔地区居民的用水情况。

(3) 水域面积大、污染源多、保护困难。长阳县境内的大小河流共计428条，最终都汇流到清江。清江横穿长阳县，在长阳县修建的隔河岩大坝为长阳县隔出了两个大“水库”，治理和管理难度大。上游来水主要来自于清江干流，水体在进入长阳县境内前就已经被严重污染，研究区长年开采锰矿、煤矿、铁矿等产生的工业污染、农业化肥污染以及网箱养殖和生活污水等废水都加重了水体的污染程度。

(4) 水生态受污染速度加快、修复缓慢。长阳县水域面积大，水源来源广，锰矿、煤矿、铁矿等矿产发达，部分未经处理的生活污水、工业废水等废弃物排入河中，且占用河道、填占水域的现象禁而不止。

4.2 水资源承载力评价结果与分析

4.2.1 模糊综合评价法评价结果与分析

采用层次分析法，从系统层到指标层自上而下进行评价指标重要性排序，为了确保评价指标之间的相对重要性分值合理，进行一致性检验，确保

<0.1。同时，为了确保评价指标权重确定的相对客观性，采用熵权法对上述评价指标进行分析得到熵权法权重，并与层次分析法确定的评价指标权重相结合，得到评价指标的综合权重。根据隶属度计算公式计算各评价指标在3个不同承载力等级下的隶属度值并结合评价指标综合权重，计算得到2015—2019年长阳县县域和乡镇的水资源承载力的综合评分值，见表8和表9。

表8 2015—2019年长阳县县域水资源承载力模糊综合评分值Table 8 Fuzzy comprehensive scores of carrying capacity of water resources in Changyang County in 2015-2019

表9 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力模糊综合评分值Table 9 Fuzzy comprehensive scores of carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019

4.2.1.1 县域水资源承载力模糊综合评价结果

由表8可知：2015—2019年，长阳县的水资源承载力隶属度最大值均处于中等，除2016年外的其他年份综合评分值均大于5，故长阳县2015—2019年水资源承载能力处于中等水平。2016年水资源承载力相比于2015年呈下降趋势，原因是人均生活用水量增加，且人均GDP、第一产业和第三产业GDP占总GDP的比重均有所提高，社会经济发展速度增加，但水资源和生态环境没有得到较好的保护和发展。2017年和2018年水资源承载力综合评分值达到5年内最高，原因是单位面积水资源量、人均可利用水资源量、水功能区水质达标率和生态环境用水率相比于2016年大幅增加，而水资源开发利用率、GDP增长率相较于其他几年较低。2019年水资源承载力相较于前两年有所下降，主要是因为2019年单位面积水资源量、人均可利用水资源量和森林覆盖率下降；与此同时，水资源开发利用率、人均生活用水量、第三产业GDP占总GDP比重等增加，社会经济用水量增加但水资源量减少，导致水资源承载力综合评分值下降。

4.2.1.2 乡镇水资源承载力模糊综合评价结果

由表9可知：长阳县大堰乡、都镇湾镇、榔坪镇、磨市镇、鸭子口乡、资丘镇的水资源承载力综合评分值位于6～8之间，水资源承载力处于中等偏高水平；高家堰镇、火烧坪乡、龙舟坪镇的水资源承载力综合评分值在5～6之间，水资源承载力处于中等水平；贺家坪镇和渔峡口镇的水资源承载力综合评分值在4～5之间，水资源承载力处于中等偏低水平。

长阳县乡镇水资源模糊综合评价空间分布图，见图3。

图3 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力模糊综合评价空间分布图Fig.3 Spatial distribution of the fuzzy comprehensive evaluation of carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019

各乡镇水资源承载力存在差异的原因主要有以下几点：一是地下水取用深度不同。受到复杂岩溶地质构造和地形地貌的干扰，长阳县的水资源分布在时间和空间上都存在差异，从垂向上分析，整体海拔较高的乡镇的水资源量要比平均海拔低的乡镇少，地下水取用深度过大降低了水资源的可开发利用量。二是财政收入和生态环境修复能力差异。岩溶区地质构造复杂且山高林深，造成高海拔地区人烟稀少、经济发展落后，社会经济对水资源的压力相对较低，生态环境的自身修复也较快。三是人口密度不同。人口聚集的区域普遍具有海拔低、地势平坦的特点，人口聚集密度大、经济发展迅速增加了水资源承载压力，生态环境的修复能力退化，最终导致水资源承载力变差。

4.2.2 主成分分析法评价结果与分析

使用SPSS统计分析软件对长阳县县域和乡镇水资源承载力原始评价指标数据进行主成分分析，得到因子的主成分特征值及贡献率，选取前3个主成分进行数据分析，得到主成分荷载矩阵，然后计算2015—2019年长阳县县域和乡镇水资源承载力的综合评分值，其结果见表10和表11。

表10 2015—2019年长阳县县域水资源承载力主成分分析综合评分值Table 10 Comprehensive scores of main components for carrying capacity of water resources in Changyang County in 2015-2019

表11 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力主成分分析综合评分值Table 11 Comprehensive scores of main components for carrying capacity of water resources of towns- in Changyang County in 2015-2019

4.2.2.1 县域水资源承载力主成分分析评价结果

主成分得分值的正负仅表示水资源承载力所处的相对位置，负值表示该年的水资源承载力处于平均水平以下，正值说明该年份水资源承载力处于平均水平以上。其得分值越大，水资源承载力越大。2015—2019年长阳县水资源承载力主成分分析综合评分趋势图，见图4。

图4 2015—2019年长阳县县域水资源承载力主成分分析综合评分趋势图Fig.4 Trend of comprehensive scores of main components for carrying capacity of water resources in Changyang County in 2015-2019

由图4可以看出，由于各主成分贡献率不同，使其对综合评分值的影响不同。其中，第一主成分贡献率为62.19%，说明长阳县的水资源承载力受水资源开发利用率、社会经济环境、生态环境平衡等因素的影响较大；第二主成分贡献率为22.011%，主要影响因子是人均可利用水资源量和单位面积水资源量，因此2015—2019年的综合得分值变化幅度与单位面积水资源量和人均可利用水资源量的变化趋势相同；第三主成分贡献率为 10.844%，整体呈上升趋势但在2018年下降，原因是第三主成分主要与生态环境因素有关，2015—2017年长阳县生态环境用水率持续增加，水功能区水质达标率持续增大，而2018年的水功能区水质达标率和生态环境用水率相较于2017年均有所下降，所以导致2018年的水资源承载力下降。

利用SPSS软件分析长阳县县域水资源承载力评价指标分级数据，得到县域水资源承载力主成分分析综合得分值的阈值范围

=(1.213，-1.213)。将长阳县2015—2019年水资源承载力的综合评分值与水资源承载力主成分分析综合得分的阈值进行比较，得到2015—2019年长阳县水资源承载力主成分分析评价结果，见图5。

图5 2015—2019年长阳县县域水资源承载力主成分分析法评价结果Fig.5 Carrying capacity evaluation result of water resources in Changyang County in 2015-2019 by the Principle Component Analysis method

由图5可知:2015—2019年长阳县县域水资源承载力综合评分处于Ⅱ级，水资源承载力处于中等水平。其综合评分值总体呈下降趋势，主要原因是第一主成分中社会经济相关因子的权重占比较大，随着长阳县经济的持续发展和人口的不断增长，对水资源的需求也逐年增加，这在一定程度上加大了水资源的承载压力。

4.2.2.2 乡镇水资源承载力主成分分析评价结果

利用SPSS软件分析长阳县乡镇水资源承载力评价指标分级数据，得到乡镇级水资源承载力主成分分析综合评分值的阈值范围

=(2.449，-2.449)。将长阳县各乡镇的水资源承载力的综合评分值与水资源承载力主成分分析综合得分的阈值进行比较，得到2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力主成分分析评价结果，见图6；2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力主成分分析综合评价空间分布图，见图7。

图6 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力主成分分析法评价结果Fig.6 Carrying capacity evaluation result of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019 by the Principle Component Analysis method

由图6和图7可知：各乡镇水资源承载力综合评分均处于Ⅱ级，虽然各乡镇所处等级相同，但仍存在差异;贺家坪镇、火烧坪乡、龙舟坪镇和渔峡口镇的水资源承载力处于中等偏低水平，大堰乡、都镇湾镇、高家堰镇、榔坪镇、鸭子口乡和资丘镇的水资源承载力处于中等偏高水平，磨市镇处于平均水平。其主要原因是各乡镇财政收入不一、人口分布密度不同、地下水取用深度差异大，生态系统的自我修复能力有区别所造成的。龙舟坪镇是长阳县的中心，人口密度和经济发展都远远高于长阳县其他乡镇，因此水资源承载的压力最大；渔峡口镇的人口密度排在11个乡镇中的第四位，财政收入中等，人均可利用水资源量较大，但是其地下水取用深度过大，导致水资源的开发利用受到限制，从而影响水资源承载能力；贺家坪镇和火烧坪镇虽然人口密度不大，经济发展也不靠前，但是海拔较高，地下水的取用深度制约了水资源的开发利用率，从而影响了水资源承载能力。大堰乡、都镇湾镇、高家堰镇、榔坪镇、资丘镇和鸭子口乡的整体海拔相对较低，水资源总量大，森林覆盖面积广，人口密度比龙舟坪镇和渔峡口镇低，经济发展水平也不高，因此其水资源承载力较高；磨市镇水资源量略低于平均水平，人口密度高、经济发展水平高、森林覆盖率中等，但地下水取用深度浅，水资源利用潜力大，承载能力中等。

图7 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力主成分分析综合评价空间分布图Fig.7 Spatial distribution of comprehensive score of main components for carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019

4.3 两种评价方法评价结果的对比

4.3.1 长阳县县域水资源承载力评价结果的对比

将2种评价方法的2015—2019年长阳县县域水资源承载力评价结果进行对比，其结果见表12和图8。

表12 2015—2019年长阳县县域水资源承载力2种评价方法的综合评分结果对比Table 12 Comparison of comprehensive evaluation result of carrying capacity of water resources in Changyang County in 2015-2019 between two evaluation methods

图8 2015—2019年长阳县县域水资源承载力2种评价方法的评价综合评分趋势图Fig.8 Trend of comprehensive scores of carrying capacity of water resources in Changyang County in 2015- 2019 by two evaluation methods

由表12和图8可知：2种评价方法的2015—2019年长阳县县域水资源承载力评价结果均是Ⅱ级，说明长阳县的水资源承载力现状较好，基本可以满足长阳县发展的需要；从综合评分值来看，模糊综合评价法得出的综合评分值除2016年外从2015—2018年逐年上升，随后在2019年有所下降，而主成分分析法评出的综合评分值从2015—2019年呈现持续下降的趋势。

对存在差异的原因进行分析可知:在模糊综合评价中,水资源禀赋和生态环境的隶属度最大值所处区间整体要优于社会经济的隶属度最大值所处区间，所以模糊综合评价的综合评分值趋势和生态环境以及水资源禀赋相关指标的趋势整体相近；而在主成分分析中，第一主成分占比62.19%，虽然与水资源、社会经济和生态环境的相关性都很大，但主要是以社会经济为主导，所以主成分分析法的综合评分值与长阳县的社会经济发展趋势呈负相关，随着经济和社会的发展，水资源的承载力越来越小。

4.3.2 长阳县乡镇水资源承载力评价结果的对比

将2种评价方法的2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力评价结果进行对比，其结果见表13和图9。

表13 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力2种评价方法的综合评分结果的对比Table 13 Comparison of comprehensive evaluation result of carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019 between two evaluation methods

图9 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力2种评价方法的综合评价空间分布图Fig.9 Spatial distribution of comprehensive evaluation of carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019 between two evaluation methods

由表13和图9可知：模糊综合评价法和主成分分析法的评价结果均是Ⅱ级，说明长阳县的水资源承载力现状较好，基本可以满足长阳县发展的需要；榔坪镇、资丘镇、大堰乡、都镇湾镇和磨市镇的模糊综合评价结果处于中等偏高水平，榔坪镇、资丘镇和大堰乡的主成分分析综合评价结果处于中等水平，都镇湾镇和磨市镇的主成分分析综合评价结果处于中等偏低水平；火烧坪镇和龙舟坪镇的模糊综合评价结果处于中等水平，但其主成分分析的综合评价结果处于中等偏低水平；高家堰镇的模糊综合评价结果处于中等水平，但其主成分分析的综合评价结果处于中等偏高水平。

对2种评价方法得到的评价结果存在差异的原因进行分析可知：由于2种评价方法赋予各个评价指标的权重不同，因此导致最终的评价结果不同。2种评价方法评价指标权重的对比见表14。

由表14可知：在模糊综合评价法中，水资源系统中的地下水开发利用和水资源禀赋条件相关指标权重占比较大，对水资源承载能力影响也较大；但在主成分分析法中，代表着社会经济发展的人口密度和财政收入指标与水资源承载能力的相关性更大。

表14 2种评价方法评价指标权重的对比Table 14 Weight comparison between two evaluation methods

因此，长阳县各乡镇模糊综合评价法的综合评分值变化趋势与地下水取用深度的变化趋势呈负相关关系，与权重相对较大的森林覆盖率和人均可利用水资源量变化趋势基本一致；长阳县各乡镇主成分分析法综合评分值的变化趋势则与人口密度和财政收入的变化呈相反趋势(见图10和图11)。

图10 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力各评价指标变化趋势图Fig.10 Trend of each index for carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019

图11 2015—2019年长阳县乡镇水资源承载力2种评价方法的综合评分趋势图Fig.11 Trend of comprehensive score of carrying capacity of water resources of towns in Changyang County in 2015-2019

模糊综合评价法在确定评价指标权重时同时使用了层次分析法和熵权法，既能主观地反映研究区的实际情况，也能运用客观的方法加以约束，避免主观臆测，最终的评价结果也比较细致、准确，不仅可以得出目标层水资源承载力的综合承载状况，较全面地呈现出水资源承载力各系统层的承载状况，能够清晰地从水资源、社会、经济和生态系统层面分析影响水资源承载力的变化原因；主成分分析法在评价指标权重的确定上虽然客观，但过分依赖数据本身，对评价指标的选取要求较高，所以导致最终的评价结果不太符合实际而且单一，仅能得出目标层的承载力综合状况。因此，本文更建议采用模糊综合评价法来进行岩溶流域的水资源承载力评价。

4.4 提高长阳县水资源承载力的建议

根据本项目前期在长阳县的实地调查结果，龙舟坪镇地势低、清江横穿境内，整体水资源量和水资源开发利用条件较好。但作为长阳县的城中心，社会经济发展快、人口密集，水资源承载能力经受着巨大考验；火烧坪乡整体地势较高，人口密度小，生态环境好，是长阳县的高山蔬菜种植基地，但在调查中发现，该地区的农业灌溉用水主要是靠储蓄雨水或者卡车运输，需要通过加强水资源的开发利用来提高水资源承载能力；高家堰镇的地表水资源量和地下水资源量均比较丰富，人口密度中等，社会经济发展相对较为迅速，但是该地区水资源的开发利用率较低；贺家坪镇整体海拔中等偏高，镇中心人口聚集，社会经济发展迅速，但该地区地表水和地下水资源比较缺乏，居民日常生活用水相对匮乏，时常出现断水现象。总的来说，对照本项目在长阳县的实地调查情况，模糊综合评价法的评价结果与实际情况较符合，评价结果合理、可靠。针对本文评价结果，提出以下提高长阳县水资源承载力的几点建议：

(1) 针对水资源系统，建议提高水资源开发利用率，关注海拔较高地区的居民用水情况，协调好水资源丰富地区与贫乏地区的用水，可通过建设蓄水工程集蓄丰水期的水来解决因时空差异而出现的缺水现象，进而提高长阳县水资源合理开发配置能力。

(2) 针对社会系统，建议提高居民的节水意识，提高水资源的重复利用率。

(3) 针对经济系统，建议加强水资源消耗的过程管理，尽量做到少浪费。同时，完善城市污水处理系统，实现污水资源化，减少生态环境污染，从而缓解城市用水压力。另外，长阳县农业生产规模大，应避免在灌溉上造成大量水资源浪费，建议大力开发和采用节水灌溉技术与先进的灌溉设备，实行定额灌水来有效提高长阳县水资源承载力。

(4) 针对生态系统，一方面要加强水土保持工作，避免山坡林地的荒漠化，另一方面应该加强生态环境治理，整治污染河段，保护水源地，从而提高水质。