基于改进变异系数法的河南省水资源承载力评价

2023-10-07汪超李治军

人民黄河 2023年10期

汪超李治军

摘要：为了解河南省水资源承载能力，促进其水资源开发利用与社会经济之间协调发展，结合河南省实际状况，选取社会、经济、水资源、生态环境４个子系统１８个指标构建评价指标体系，基于河南省２００５—２０２０年水资源相关数据，运用区间层次分析法（ＩＡＨＰ）与改进变异系数法（ＩＣＶＭ）组合赋权，并利用综合指数評价模型分析河南省水资源承载能力。结果表明：２００５—２０２０年河南省水资源承载力虽有波动，但总体趋于稳定，水资源承载力综合得分平均值为０．４１６，承载力等级为“中等”。由Ｍ－Ｋ趋势检验可知，河南省水资源承载能力呈上升趋势，预测未来几年水资源承载力等级继续保持“中等”且有可能达到“较高”等级。由障碍度分析可知，废污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化学需氧量排放量、水资源总量、人口自然增长率与人均ＧＤＰ为河南省水资源承载力主要障碍因子，可通过加强水资源保护、合理优化配置水资源提高水资源承载力。

关键词：水资源承载力；改进变异系数法；区间层次分析法；Ｍ－Ｋ趋势检验；河南省

中图分类号：ＴＶ２１３．４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１２

引用格式：汪超，李治军．基于改进变异系数法的河南省水资源承载力评价［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１０）：６７－７２．

随着经济社会的快速发展，水资源短缺、水生态破坏、水环境污染等问题日益突出，如何处理好区域水资源与经济社会发展之间的矛盾，成为区域可持续发展的关键。科学评价地区水资源承载力对于水资源的可持续开发利用、促进水资源与社会经济协调发展具有重要意义。目前，国内外学者对于水资源承载力的评价研究已有不少，如何使评价结果更贴近实际一直是专家学者致力于解决的问题。水资源承载力评价主要方法有模糊综合评价法［１］、主成分分析法［２］、系统动力学法［３］、ＴＯＰＳＩＳ模型［４］、减法集对势［５］等，这些方法各有优势，具有较好的可行性，但是仍有待改进，特别是在考虑权重的主客观结合方面。

在对水资源承载力评价时，如何确定评价指标的权重直接影响着评价结果的好坏。对于指标权重的确定，目前主要分为主观赋权法与客观赋权法两种，常见的主观赋权法有层次分析法（ＡＨＰ）、专家打分法和主观加权法等，而客观赋权法主要有熵权法（ＥＷＭ）、主成分分析法和均方差法等。主观赋权和客观赋权各有优缺点，如何综合两者的优势、弥补两者的不足是专家学者们努力的方向。本文在对河南省水资源承载力评价时，将区间层次分析（ＩＡＨＰ）主观赋权法与改进变异系数法（ＩＣＶＭ）客观赋权法对评价指标组合赋权，使评价方法更具科学性，以期为水资源承载力评价方法研究提供参考。

２．２数据来源

本文数据均来源于２００５—２０２１年《河南统计年鉴》《河南省水资源公报》和《河南省生态环境状况公报》。

２．３计算结果

２．３．１权重计算结果

采用ＩＡＨＰ计算准则层社会、经济、水资源、生态环境４个子系统权重，构造的区间判断矩阵见表２，权重计算结果见表３。由表３可知，准则层社会、经济、水资源、生态环境４个子系统归一化权重分别为０．１４１、０．１０２、０．４３８、０．３１９，且由一致性检验得出０＜α ＝０．８６９＜１＜β ＝１．１２０，可知区间判断矩阵一致性较好。为了验证ＩＣＶＭ作为确定客观权重方法的适应性，选用ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ（ＣｒｉｔｅｒｉａＩｍｐｏｒｔａｎｃｅＴｈｒｏｕｇｈＩｎｔｅｒ?ＣｒｉｔｅｒｉａＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）与ＩＣＶＭ对比分析。３种方法确定权重的结果见表４。经计算各评价指标组合权重向量ｗｊ＝（０．０４０，０．０３６，０．０２８，０．０３７，０．０５１，０．０５１，０．０４９，０．０５９，０．０７０，０．０７１，０．０５５，０．０５４，０．０３８，０．０４１，０．０５６，０８２，０．０８６，０．０９６）。

由表４可知：对于绝大部分评价指标，ＩＣＶＭ得到的权重比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ两种方法得到的权重更贴近河南省实际情况，特别是对于社会子系统中的人口密度、城镇化率，水资源子系统中的人均用水量、万元ＧＤＰ用水量，生态环境子系统中的建成区绿化覆盖率、化学需氧量排放量、氨氮排放量。在社会子系统中，ＣＲＩＴＩＣ得到的权重最小的指标为人口自然增长率，但是ＩＣＶＭ与ＥＷＭ得到的权重最小的指标为城镇化率。河南省作为我国人口大省，２０２２年末其常住人口达到９８７２万人，在全国人口排名中位列第三，如此庞大的人口数量必定带来较大的水资源承载压力，而河南省近几年的城镇化率基本维持在５５％左右，因此与城镇化率相比，应提高人口自然增长率在河南省水资源承载力评价中的权重。在生态环境子系统中，ＩＣＶＭ得到的权重最小的指标为建成区绿化覆盖率，而ＣＲＩＴＩＣ得到的权重最小的指标为化学需氧量排放量。化学需氧量排放量过高意味着水中含有大量有机污染物，这是制约水资源可持续利用的关键因素，且化学需氧量排放量作为负向指标，相比建成区绿化覆盖率正向指标更能充分反映河南省的水资源承载能力，因而应当提高该指标的权重。ＥＷＭ得到的建成区绿化覆盖率、化学需氧量排放量这两个指标权重相差０．１５８，远高于ＩＣＶＭ与ＣＲＩＴＩＣ得到的两个指标的权重差值０．０８２、０．０５５。综合以上考虑，本文在对水资源承载力评价指标客观赋权时采用ＩＣＶＭ，以便获得更贴近河南省实际情况和更准确的评价结果。

２．３．２水资源承载力评价结果

首先对２００５—２０２０年河南省水资源承载力评价指标进行归一化处理，构造决策矩阵Ｖ＝（ｂｉｊ）ｍ×ｎ。在决策矩阵的基础上，由式（９）计算河南省水资源承载力综合得分，并根据综合得分得出各年份水资源承载力等级（见表５）。由表５可知，２０１５年之前除２００５年、２００７年和２０１０年水资源承载力等级为“中等”外，其他年份水资源承载力都处于“较低”等级，２０１５年之后水资源承载力等级则一直维持在“中等”，说明现阶段河南省水资源承载力基本满足经济社会的发展需要。

２００５—２０２０年河南省水资源承载力综合得分在０．２５１～０．５７８范围内波动，平均值为０．４１６，水资源承载力平均等级为“中等”。２０１０—２０１３年水资源承载力综合得分一直减小，由０．４５９减小到０．２５１；２０１３年之后，水资源承载力综合得分波动增大，由２０１４年的０．３８３增大到２０２０年的０．５７８（２０１９年减小到０．４０４，但是等级仍然为“中等”）。

对河南省水资源承载力综合得分进行Ｍ－Ｋ趋势检验（见图２），Ｍ－Ｋ检验统计量０＜Ｚ＝１．２１６＜１．２８０，未通过置信度为９０％的显著性检验，表明河南省水资源承载力综合得分虽然呈增大趋势，但趋势不明显，在经济社会发展中需要注重水资源可持续利用。河南省水资源承载力综合得分的ＵＦ和ＵＢ统计量在２００５—２０１７年未出现交点，而在２０１７—２０２０年出现两个交点，且两个交点均介于临界直线之间，表明突变发生在２０１７—２０２０年。在显著性水平為０．０５时，ＵＦ统计量在２００５—２０１７年小于０，且在２０１２—２０１４年超出信度线，说明此期间河南省水资源承载力综合得分呈减小趋势且在２０１２—２０１４年减小趋势显著；２０１７年之后ＵＦ统计量均大于０，表明水资源承载力综合得分呈上升趋势，预测未来几年河南省水资源承载力等级会继续保持“中等”且有可能达到“较高”等级。

２．４障碍因子诊断

由式（１０）计算河南省２００５—２０２０年水资源承载力１８个评价指标的障碍度和障碍度均值，根据障碍度大小列出排名前八的评价指标，见表６。

由表６可知，制约河南省水资源承载力的主要指标分别为废污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化学需氧量排放量、水资源总量、人口自然增长率与人均ＧＤＰ，这８个指标障碍度均值之和为５８．４４％，因此可以认为这８个指标为河南省水资源承载力的主要障碍因子。在这些障碍因子中，排名首位的是废污水排放量，障碍度均值为１０．４０％；排名最后的为人均ＧＤＰ，障碍度均值为５．２４％。由《河南统计年鉴２０２２》知，２０２１年河南省城市废污水排放量为２５．４１亿ｔ，占河南省当年供水总量的１１．４％，而２０１７—２０２１年河南省平均废污水排放量为３６．３５亿ｔ，废污水排放严重制约河南省水资源承载力的提高。主要障碍因子中大多数属于水资源子系统和生态环境子系统中的指标，因此在河南省未来经济社会发展中，应注重水资源的保护，努力提高水资源承载力。

图３为排名前六的障碍因子障碍度随时间的变化情况，借助Ｅｘｃｅｌ中的Ｌｉｎｅｓｔ函数对其分析可知，废污水排放量、人均用水量、水资源总量的障碍度随时间逐渐增大，说明这３个障碍因子对未来河南省水资源承载力的影响会越来越大。由《河南省水资源公报》知，２００５—２０２０年人均用水量为２３３．０６ｍ３，但是２０２０年人均用水量比２０１９年下降了８ｍ３，２０２１年比２０２０年下降了１３ｍ３，表明近年来河南省人均用水量存在明显下降趋势。水资源总量和降水量有关，２０２０年河南省水资源总量（４０８．５９亿ｍ３）比２０１９年（１６８．９亿ｍ３）增加了１４１．９％，表明水资源总量年际变幅较大。其他３个障碍因子的障碍度虽随时间逐渐减小，但仍对河南省水资源承载力有制约作用，同样应在未来经济社会发展中受到重视。

３结论

１）ＩＡＨＰ法采用区间数代替单一值来判别指标的重要程度，能够在一定程度上降低专家赋权的主观性。通过对比ＥＷＭ、ＣＲＩＴＩＣ、ＩＣＶＭ３种方法，发现ＩＣＶＭ更适合作为河南省水资源承载力的客观赋权法。

２）构建综合指数评价模型对河南省水资源承载力进行评价，结果表明２００５—２０２０年河南省水资源承载力综合得分平均值为０．４１６，水资源承载力等级为“中等”。对河南省水资源承载力综合得分进行Ｍ－Ｋ趋势检验，预测未来几年内河南省的水资源承载力等级会继续保持“中等”且有可能达到“较高”等级。

３）废污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化学需氧量排放量、水资源总量、人口自然增长率与人均ＧＤＰ是河南省水资源承载力的主要障碍因子。

参考文献：

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