基于CRITIC-VIKOR法的哈尔滨市水资源承载力综合评价

李治军，周 博

(1.黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引言

随着经济社会的高速发展，水资源作为一种必不可少的环境因素，对可持续发展的支撑作用愈发明显。近年来，人们对水资源状况越来越重视，对于水资源的相关研究也越来越广泛，其中包括水资源的管理与开发、地下水资源量与地表水资源量的分析、水资源的配置、水资源的可持续利用领域的研究等[1]。

水资源承载力能够表征区域水资源状态，科学度量区域水资源承载力，能够对水资源承载力进行合理调控，同时也可为水资源可持续开发利用提供有效的帮助。水资源可持续利用是对水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护的最合理的统一体，也是我国经济社会发展的战略问题[2]。面对近年来的哈尔滨市水资源开发利用现状，分析水资源承载力可更加直观地分析现阶段水资源与经济社会发展需求的关系，对水资源的可持续利用，以及经济社会的发展提供帮助。距今为止，评价水资源承载力的方式众多，邓全成[3]等利用组合权重TOPSIS模型对新乡市水资源承载力评价进行了评价。赵吴静[4]基于集对分析与可变模糊集理论对区域水资源承载力进行评价研究。文梅君[5]等采用AHP-OWA-EM-FUZZY模型对西藏高原典型小流域水资源承载力研究。王富强[6]等基于EFAST-云模型的方法区域水资源承载力评价。谌炜林等[7]利用生态足迹法对营口市水资源承载力研究。本文采用CRITIC-VIKOR法，对哈尔滨市2016—2021年水资源承载力的变化趋势进行分析。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文使用的数据均来源于2016—2021年哈尔滨市统计年鉴和水资源公报。

1.2 研究方法

1.2.1建立评价指标体系

影响水资源承载力的指标因素有很多，因此，水资源承载力指标在选取上应遵循综合性、动态性、准确性、协调性的基本原则。本文通过结合哈尔滨市的水资源现状、参考其他研究成果以及收集到的相关数据，选取水资源系统、生态环境系统、经济社会系统3个方面的17个评价指标建立指标体系。评价指标按其性质分为效益型指标和成本型指标，效益性指标表现为越大越优型指标，成本型指标表现为越小越优型指标。其中效应为“正”，代表效益性指标；效应为“负”，代表成本型指标[8]，见表1。

表1 哈尔滨市水资源承载力评价指标体系

1.2.2采用CRITIC-VIKOR法评价水资源承载力

CRITIC-VIKOR法是多个方案进行比较分析，在水资源综合评价领域应用较多。CRITIC法是由Diakoulaki提出。CRITIC权重法为一种客观赋权法，不仅考虑了指标变异大小对权重的影响，还考虑了各指标之间的冲突性。差异程度以标准差的形式来表现，标准差越大表示各方案的取值差异越大；相关性通过相关系数来表现，两个特征之间具有较强的正相关，则这两个特征的冲突性较低，保证结果的客观性与真实性[9]。Opricovic于1998年提出了多准则妥协解排序法(VIKOR)，它是通过考虑群体效益值和个体遗憾值并加入主观偏好，得到带优先级折中解，可有效解决TOPSIS法接近理想解的解并不是最优解的问题，使得到的评价结果更加合理和准确[10]。

CRITIC-VIKOR法是按照利用VIKOR法确定标准化数据、CRITIC计算指标权重、确定理想解、确定群体效益值和个体遗憾值，最后确定利益比率值5个步骤依次对数据进行处理。

(1)利用VIKOR法标准化公式对各指标原始数据进行无量纲处理。

原始矩阵：X=(xij)m×n

(1)

式中，m—评价指标；n—评价年份；xij—第i个指标第j年的初始值。

标准化公式：

(2)

(3)

式中，bij—指标的标准值。

(2)利用CRITIC法确定权重

(4)

(5)

式中，Ej—第j个指标的信息量；Chj—第j个指标的平均差；Pij—第i个指标与第j个指标之间的相关系数；wj—第j个指标的指标权重。

(3)计算群体效益值Si和个体遗憾值Vi

群体效益值可以衡量决策者对于某些事物的主观倾向和偏好，个体遗憾值可以反映决策者错误判断所造成的损失价值，同时采用“正、负理想解”作为参照，可有效避免信息损失[11]。

正理想解是最大化效益型指标，负理想解是最大化成本型指标。为使评结果更稳定，理想解采用绝对值方法计算，公式如下：

(6)

(7)

以正理想解参照，则

(8)

(9)

以负理想解参照，则

(10)

(11)

群体效用值、个体效用值为：

(12)

(13)

(4)确定利益比率R

决策机制系数z为一个调节值，介于[0，1]之间；该值大于0.5表示越偏好效用，即最大化利益，其属于风险偏好型；该值小于0.5表示越偏好减少遗憾，即风险保守型；为了同时最大化群体效用值和最小化个体遗憾值，本文决策机制系数取z=0.5[12]。计算公式为：

(14)

利用利益比率Ri值表示评价对象与合理方案的接近程度，该值越小说明评价对象越优，水资源承载力越好。

2 结果与分析

2.1 各项指标的权重结果分析

利用CRITIC法计算水资源承载力评价指标权重，计算结果见表2。可以看出，权重结果大小顺序为X9>X7>X1>X3>X15>X17>X5>X2>X4>X14>X12>X8>X16>X6>X11>X10>X13。其中生态环境用水量、人均水资源量、地区水资源总量、产水模数、全市废污水排放总量权重占有较大比例，对该市综合水资源承载力影响较大。人口密度、地区生产总值、全市废污水排放总量、全市耗水量、人均地区生产总值为成本型指标。均与水资源总量，生态环境，社会经济发展相关，对哈尔滨市水资源承载力起到反向作用。其余指标为效益型指标，均为有利因素，对水资源承载力起正向作用。

表2 根据CRITIC计算各项指标权重结果

2.2 水资源承载力结果与分析

通过CRITIC-VIKOR法得出各指标在2016—2021年最优方案距离比值，得出样本利益比率R值，见表3。

表3 哈尔滨市水资源承载力综合评价结果

根据表3可以看出，2016—2021年综合利益比率R值大小顺序为0.1065(2020年)<0.1433(2019年)<0.1898(2021年)<0.6381(2018年)<0.8375(2017年)<1.0000(2016年)。R值的大小表明水资源承载力的强弱，R值最大的是2016年，表明2016年的水资源承载最弱。R值最小的是2020年，表明2020年在2016—2021年内水资源承载力处于最高水平。

2016—2021年哈尔滨市水资源承载力评价结果如图1所示。

图1 2016—2021年哈尔滨市水资源承载力评价结果

由图1可以看出，2016—2021年综合水资源承载力大致可以分为两个阶段，第一阶段是2016—2018年，该阶段R值较大，均大于0.5，水资源承载力表现较弱。第二阶段是2019—2021年，这个阶段R值均小于0.2，水资源承载力较高水平。第一阶段的末年R值相比第二阶段初年减幅77.5%。表示两个阶段的水资源承载力相差较大。在2018—2019年全市平均产水系数增幅14.5%、地区水资源总量增幅14.5%、生态环境用水量增幅38.1%、全市废污水排放总量减幅19.4%，是水资源承载力大幅度提升的主要原因。第二阶段，随着城市的发展，水质和城镇化率提升，生态环境的管理与保护以及生态环境用水量大幅度增加。对城市污水，废水管理更加合理，使该阶段的水资源承载力表现优异。

从2016—2021年各子系统的水资源承载力变化来看，水资源承载力波动幅度明显。①水资源承载力在2016—2020年不断提升，可在2020—2021年却大幅度减少，其中水资源总量减幅为44.2%、全市平均产水系数减幅25.9%、产水模数减幅44.1%影响较大。由此看来，应该强化对水资源的管理与开发，合理分配水利建设资源，增强资源的配置效率。同时开展创新，利用新技术和设备，处理净化水质，提高水的循环利用，加强保护水资源宣传，保护水资源。②生态系统承载力表现为不断提升，2016—2021年人均占有公共绿地面积、生态环境用水量、生活污水集中处理率的不断增加，全市废污水排放总量的减少使水资源承载力不断提升。③经济社会系统比益利率不断减小，代表该市的水资源承载力整体呈上升趋势。2016—2021年城镇化率不断提高、人口密度逐渐减少，第三产业占GDP比重的增加是该市的经济系统的承载力不断提升的主要原因。

3 结论

本文通过运用CRITIC-VIKOR方法，对哈尔滨市2016—2021年水资源承载力进行评价。根据评价结果显示，水资源承载力具有明显波动，但最近几年在城市合理发展与治理下，水资源承载大幅度能力增强，并处于稳定状态。水资源承载力评价结果由高到低为2020年、2019年、2021年、2018年、2017年、2016年。

通过CRITIC法确定指标的权重。在评价指标中，生态环境用水量、人均水资源量、地区水资源总量、产水模数、全市废污水排放总量等占有较大的权重，对该区域内的水资源承载力影响较大。所以应注重生态环境的保护，保护生态环境用水量；加强区域水资源的管理，大力发展节约用水；要合理规划城市发展，加强污水处理，减少城市污水的排放。这对区域水资源承载力恢复具有重大意义，为城市的和协发展以及人们的生产生活提供帮助。