危文廣， 黎良輝, 賴敬飛， 李 威

(南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 江西 南昌 330031)

1 研究背景

水資源承載力[1]即水資源最大開(kāi)發(fā)容量，是衡量社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，它包含水資源子系統(tǒng)，社會(huì)子系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)等方面。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平日益提升，對(duì)水資源的需求也越來(lái)越大，水資源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。為實(shí)現(xiàn)人與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，人與自然的和諧相處，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障水資源生態(tài)健康，對(duì)江西省水資源承載力狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)意義重大且迫在眉睫。傅春等[2]通過(guò)對(duì)江西省各行各業(yè)的需水預(yù)測(cè), 從人口和經(jīng)濟(jì)承載力兩個(gè)方面對(duì)江西省水資源承載能力進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；張星標(biāo)[3]結(jié)合AHP法和模糊數(shù)學(xué)隸屬度法對(duì)江西省水生態(tài)承載力進(jìn)行分析；孟麗紅等[4]用可變模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)江西省水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)；戴明宏等[5]利用熵權(quán)法賦權(quán)，構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)廣西省各地市水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)及對(duì)比分析；蘇永軍等[6]將投影尋蹤法和物元可拓理論結(jié)合建立評(píng)價(jià)模型，消除主觀判斷對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。這些方法在指標(biāo)權(quán)重確定及綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中，部分方法過(guò)度依賴專家的經(jīng)驗(yàn)而主觀判斷，部分方法僅僅考慮指標(biāo)的實(shí)際值，忽視了指標(biāo)本身的重要性。鑒此，本文在以上的基礎(chǔ)上綜合考慮影響江西省水資源承載力的主要因素，構(gòu)建了多層次多指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，先通過(guò)AHP法確定初始權(quán)重，利用熵權(quán)法修正權(quán)重系數(shù)，然后結(jié)合理想點(diǎn)法建立水資源承載力綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)江西省水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以期為江西省水資源的可持續(xù)發(fā)展和相關(guān)管理單位政策的制定提供指導(dǎo)和借鑒作用。

2 研究區(qū)概況

江西地處中國(guó)東南部，長(zhǎng)江中下游南岸，位于東經(jīng)113°34′～118°28′，北緯24°29′～30°04′之間，東鄰浙江省、福建省，南連廣東省，西接湖南省，北毗湖北省、安徽省而共接長(zhǎng)江，如圖1所示。全省由南昌市、贛州市、九江市等11個(gè)地級(jí)市組成，轄區(qū)面積16.69×104km2，境內(nèi)有贛江、撫河、信江、饒河、修河5大河系和中國(guó)第一淡水湖鄱陽(yáng)湖。由于地勢(shì)南高北底，五大河系最后都注入鄱陽(yáng)湖，經(jīng)湖口縣匯入長(zhǎng)江。全省水網(wǎng)稠密，降水充沛，但各河水量季節(jié)變化較大，河川徑流主要靠降水補(bǔ)給，具有夏季豐水期造成洪澇，冬季枯水期連續(xù)干旱的特點(diǎn)。全省季風(fēng)氣候特征明顯，屬中亞熱帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均溫約16.3～19.5℃，南北差異較小。江西為全國(guó)多雨省區(qū)之一，多年平均降水量為1 638 mm，地區(qū)分布上是南多北少，東多西少，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，全省地區(qū)生產(chǎn)總值約16 724×108元，同比增長(zhǎng)9.1%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值36 724元，同比增長(zhǎng)8.5%，保持著良好的發(fā)展趨勢(shì)。

3 研究方法

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建與等級(jí)劃分

水資源是生命之源，是工農(nóng)業(yè)的命脈，水資源承載力已經(jīng)成為衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，它決定著人類的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。本文通過(guò)參考文獻(xiàn)資料并綜合江西省水資源承載力的情況，從水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)等[6-8]方面考慮，從《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《江西省水資源公報(bào)》和《江西省環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》等獲取主要影響指標(biāo)進(jìn)行分析。這些指標(biāo)往往共同起作用，通過(guò)對(duì)指標(biāo)的綜合分析，建立了多層次的水資源承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖1 研究區(qū)域示意圖

依據(jù)國(guó)際、國(guó)家認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，地區(qū)頒布的發(fā)展規(guī)劃指標(biāo)值和相關(guān)文獻(xiàn)綜合考慮來(lái)確定其標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)[10-11]，將水資源承載力劃分為五個(gè)等級(jí)比較合適，指標(biāo)評(píng)估集為：V={v1，v2，v3，v4，v5}={Ⅰ(優(yōu))，Ⅱ(良)，Ⅲ(中)，Ⅳ(差)，Ⅴ(很差)}。參考文獻(xiàn)[1]和[3]中指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)， 給出具體的指標(biāo)等級(jí)劃分和等級(jí)區(qū)間見(jiàn)表1。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定與修正

(1)確定指標(biāo)初始權(quán)重。AHP法[12]確定權(quán)重主要依據(jù)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷同一層各指標(biāo)的相對(duì)重要性。引入1～9 數(shù)值標(biāo)度對(duì)相對(duì)重要性進(jìn)行定量。但是由于各個(gè)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平存在差異，在構(gòu)建判斷矩陣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)權(quán)重相差過(guò)大和不一致性的問(wèn)題，需通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

(2)熵權(quán)法修正權(quán)重。盡管層次分析法識(shí)別問(wèn)題的系統(tǒng)性較強(qiáng)，可靠性也相對(duì)較高，但其主要基于專家經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的主觀性。熵權(quán)法[13]是一種客觀賦權(quán)方法，在具體使用過(guò)程中，熵權(quán)法根據(jù)各指標(biāo)的變異程度，利用信息熵計(jì)算出各指標(biāo)的熵權(quán)，其計(jì)算結(jié)果客觀，嚴(yán)謹(jǐn)，可以有效的降低權(quán)重確定的主觀性。 利用熵權(quán)法確定權(quán)重的步驟如下:

圖2 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

等級(jí)C1/m3C2/m3C3/mmC4/%C5/%C6/(人·km-2)C7/108 m3C8/108 m3C9/104元C10/%C11/%C12/m3C13/%C14/%C15/%C16/%Ⅰ(優(yōu))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

步驟1：構(gòu)建m個(gè)事物n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣R=(xij)mn(i=1,2，…，m；j=1,2，…，n)。

步驟2：對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)R進(jìn)行歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y。

對(duì)于越大越優(yōu)型指標(biāo)，有：

(1)

對(duì)于越小越優(yōu)型指標(biāo)，有：

(2)

步驟3：計(jì)算各指標(biāo)的熵值：

(3)

(i,j=1,2,…,n)

步驟4：計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)：

(4)

為了充分考慮主觀性與客觀性，減少人為因素的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，既要考慮專家的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，又要考慮數(shù)據(jù)間的變異程度，因此采用熵權(quán)法對(duì)層次分析法的初始權(quán)重進(jìn)行修正，按照式(5)計(jì)算修正后權(quán)重:

(5)

3.3 基于理想點(diǎn)法的綜合評(píng)價(jià)模型

經(jīng)過(guò)熵權(quán)法修正后的指標(biāo)權(quán)重wi更加客觀科學(xué)，能更好地反映出不同指標(biāo)在實(shí)際工程中的重要程度?；诖?，采用理想法對(duì)水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)估。

(1)正、負(fù)理想點(diǎn)。理想點(diǎn)法[14-16]是根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序的方法，理想化目標(biāo)包括正理想點(diǎn)和負(fù)理想點(diǎn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)越大越接近正理想點(diǎn)的為正向指標(biāo)，反之則為逆向指標(biāo)，正、逆指標(biāo)下正負(fù)理想點(diǎn)的計(jì)算公式如下：

(6)

(7)

(2)理想點(diǎn)的綜合測(cè)度距離。 評(píng)價(jià)指標(biāo)與正、負(fù)理想點(diǎn)間的距離被稱為綜合測(cè)度距離，評(píng)價(jià)指標(biāo)與正理想點(diǎn)間的距離越小，則表明評(píng)價(jià)指標(biāo)越優(yōu)，反之，則相反。通常可依據(jù)閔可夫斯基距離公式[17]，本文中采用歐氏距離來(lái)定義評(píng)價(jià)指標(biāo)到正理想點(diǎn)和負(fù)理想點(diǎn)的綜合測(cè)度距離，公式如下：

(8)

(9)

式中：D1為貼近正理想點(diǎn)的綜合測(cè)度距離；D2為貼近負(fù)理想點(diǎn)的綜合測(cè)度距離；wi為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的修正權(quán)重。

(3)理想點(diǎn)貼近度。 通過(guò)理想點(diǎn)貼近度T的大小來(lái)評(píng)價(jià)水資源承載力的狀態(tài)，主要表現(xiàn)為對(duì)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，從而反映出各指標(biāo)對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)的影響。對(duì)理想點(diǎn)貼近度的相關(guān)公式為：

T=D2/(D1+D2)

(10)

式中：貼近度T屬于區(qū)間[0,1]，T越大，代表距離正理想點(diǎn)越近，距離反理想點(diǎn)越遠(yuǎn)。

4 結(jié)果與討論

4.1 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算與分析

以2011-2015年江西省各地市數(shù)據(jù)為例評(píng)價(jià)水資源承載力的的狀態(tài)，根據(jù)《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《江西省水資源公報(bào)》和《江西省環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》選取指標(biāo)數(shù)據(jù)。采用AHP法，請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)指標(biāo)的相對(duì)重要性做出評(píng)估，再結(jié)合熵權(quán)法修正權(quán)重，通過(guò)公式(1)～(5)分別確定指標(biāo)的修正權(quán)重wi，如表2所示。層次分析法和熵權(quán)法對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的賦權(quán)總體上是較為接近的，個(gè)別指標(biāo)賦權(quán)有點(diǎn)差異，年降雨量C3的權(quán)重最大，修正權(quán)重達(dá)到0.134，其次是工業(yè)用水重復(fù)利用率C13，修正權(quán)重為 0.108，再次是第三產(chǎn)業(yè)比重C11和人均水資源量C2，修正權(quán)重分別為0.095、0.079，權(quán)重最小的是萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量C12，修正權(quán)重為0.019。從各指標(biāo)的權(quán)重來(lái)看，修正權(quán)重的大小符合各指標(biāo)對(duì)總體目標(biāo)的重要程度。

表2 水資源承載力權(quán)重系數(shù)

4.2 各等級(jí)的綜合貼近度

(11)

首先結(jié)合修正權(quán)重wi，利用公式(8)、(9)計(jì)算出各等級(jí)下水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)的理想點(diǎn)綜合測(cè)度D1、D2，然后依據(jù)公式(10)、(11)計(jì)算各等級(jí)臨界點(diǎn)的理想點(diǎn)貼近度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

4.3 水資源承載力綜合評(píng)價(jià)

以2011-2015年數(shù)據(jù)為例選取16個(gè)指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)建立的基于理想點(diǎn)法江西省水資源承載力評(píng)價(jià)模型，計(jì)算出各指標(biāo)的理想點(diǎn)貼近度，并依據(jù)表3的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得出2011-2015年江西省各地市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)如表4所示。

表3 水資源承載力等級(jí)臨界點(diǎn)的理想點(diǎn)貼近度T

表4 2011-2015年江西省各地市水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

4.4 分析與建議

根據(jù)理想點(diǎn)法得到的2011-2015年江西省水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得到各地市的變化特點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 2011-2015年江西省各地市水資源承載力

2011-2015年江西水資源承載力值在0.5～0.7之間波動(dòng)，由于2012年降雨量明顯增大，人均水資源量也顯著提高，導(dǎo)致2011-2012年上升幅度最大，而后又出現(xiàn)短暫的回降，但總體呈緩慢上升趨勢(shì)。各地市從2011年均處于Ⅲ(中)等改變?yōu)榈?015年除南昌、贛州和宜春3市之外均處于Ⅱ(良)等的良好狀態(tài)，其中南昌市的水資源承載力除2014年外均處于全省最低值，水資源承載力與其它地市相比最差，鷹潭市從2011-2015年水資源承載力值均最大，位居全省第一，其原因是南昌、贛州和宜春等地社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，GDP增長(zhǎng)率較大，在吸引了大量外來(lái)人口同時(shí)造成人口聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致城鎮(zhèn)居民生活用水量和總耗水量增大，人均水資源量減少，均低于全省平均值，水資源供需矛盾突出，然而鷹潭、上饒、新余地年降雨量和人均水資源量都較豐富，城鎮(zhèn)居民生活用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量較少，工業(yè)用水重復(fù)利用率和污水處理率也均高于省內(nèi)平均值。

影響江西省水資源承載力的因素有很多，其主要因素有降雨量、工業(yè)用水重復(fù)利用率、第三產(chǎn)業(yè)占比、人均水資源量和污水處理率等，此外，還受GDP增長(zhǎng)率、總耗水量、人口自然增長(zhǎng)率等影響，根據(jù)江西省的實(shí)際情況有如下建議：

(1)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。從影響因素來(lái)看，第三產(chǎn)業(yè)占比對(duì)江西省水資源承載力的影響較大，與其他產(chǎn)業(yè)相比具有生產(chǎn)同等GDP資源消耗少的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)和綠色企業(yè)，同時(shí)需要發(fā)展新材料、新能源，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，提升工業(yè)技術(shù)，提高工業(yè)用水重復(fù)率和污水處理能力，從而減少污染，提高水資源承載能力。

(2)提倡節(jié)約用水，推廣節(jié)水技術(shù)與設(shè)施。從全國(guó)范圍來(lái)看，江西省水資源總量比較豐富，由于城鎮(zhèn)居民日常生活用水量和總耗水量較大，人們過(guò)度消耗水資源，將造成水資源的浪費(fèi)和日益短缺，需大力宣傳全民節(jié)水意識(shí)，建立水資源危機(jī)意識(shí)，開(kāi)展水資源警示教育，推廣節(jié)水技術(shù)與設(shè)施，同時(shí)合理開(kāi)發(fā)水資源，避免水資源破壞，以緩解水資源需求壓力。

(3)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)文明建設(shè)是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根基，是人與人、人與自然、人與社會(huì)相互尊重和諧共處的文化理念，在堅(jiān)持以人為本、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的法律制度，合理利用自然。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)大力開(kāi)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，保護(hù)水資源，保證河湖基本生態(tài)需水量，努力建設(shè)美麗江西，實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展。

(4)縮小地區(qū)差異，保持均衡發(fā)展。各地市水資源承載力值差異較大，地區(qū)差別比較明顯，對(duì)總體提高江西省水資源承載力有一定的影響，政府應(yīng)因地制宜制定不同的政策，對(duì)水資源承載力較差的地區(qū)給予更多的幫扶，加大對(duì)水資源承載力的建設(shè)，使其與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)，既要金山銀山，也要綠水青山，努力縮小地區(qū)差距，實(shí)現(xiàn)均衡發(fā)展。

5 結(jié) 論

(1)本文闡述了江西省水資源承載力評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用AHP和熵權(quán)法進(jìn)行融合確定指標(biāo)權(quán)重，提出了基于理想點(diǎn)法的評(píng)價(jià)模型。結(jié)果表明，該模型能夠削弱AHP 法確定指標(biāo)權(quán)重過(guò)程中的主觀性，有效的減少人為因素的干擾，使江西省水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀科學(xué)。

(2)實(shí)證結(jié)果表明：2011-2015年江西省水資源承載力整體逐年呈上升趨勢(shì)，綜合狀態(tài)處于Ⅱ～Ⅲ等，但地域差距比較明顯，針對(duì)南昌、贛州、宜春和吉安等人口聚集且經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的地區(qū)水資源承載力相對(duì)較差的問(wèn)題，并結(jié)合江西省水資源承載力的實(shí)際情況提出相應(yīng)建議，以期為各地市“河長(zhǎng)制”的推行與管理和水資源規(guī)劃保護(hù)與可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供一定的借鑒和參考。今后江西各地市應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高工業(yè)用水重復(fù)率及污水處理率，節(jié)約用水，珍惜水資源，同時(shí)加大對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，均衡發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)，以提升水資源承載能力，實(shí)現(xiàn)水資源的高效、可持續(xù)利用。

(3)由于影響水資源承載力的指標(biāo)數(shù)較多和部分?jǐn)?shù)據(jù)的缺失，導(dǎo)致指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和水平年份的選取也難以詳盡全面，為保障評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性，有待今后進(jìn)一步研究完善。