吳 凡,陳伏龍, 丁文學(xué), 何朝飛, 龍愛華,3

(1.石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000； 2.新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000； 3.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038)

1 研究背景

我國水資源存在時空分布不均勻的情況，在我國西北干旱區(qū)尤其明顯。對處于極端干旱區(qū)的新疆來說，水資源更是保證當(dāng)?shù)厣鐣?環(huán)境-經(jīng)濟和諧發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。隨著新疆城市經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速推進，用水量急劇上升，水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，只有保證水資源的合理化、高效化可持續(xù)利用才能促使新疆社會和諧穩(wěn)定發(fā)展。

水資源承載力是指在區(qū)域社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展前提下，根據(jù)一定的經(jīng)濟技術(shù)水平和社會生產(chǎn)條件，水資源天然產(chǎn)出量的允許開發(fā)水量維持的人口、社會經(jīng)濟發(fā)展能力[1]。評價水資源承載力的方法主要有投影尋蹤法、專家打分法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和物元分析法、模糊綜合評價法等。雍志勤等[2]構(gòu)建了包含4個子系統(tǒng)的指標(biāo)評價體系，利用投影尋蹤模型對陜西省榆林市的水資源承載力進行評級。陳海濤等[3]構(gòu)建了模糊綜合評價模型，建立了由經(jīng)濟層面、生態(tài)層面、水資源層面組成的水資源承載系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，對河南省的水資源承載力展開評價，結(jié)果表明河南省水資源承載力呈現(xiàn)向上發(fā)展趨勢。馮湘華等[4]針對淳化縣特殊的社會經(jīng)濟發(fā)展情況與水文地質(zhì)狀況，建立了研究區(qū)水資源承載力綜合評價指標(biāo)體系，分別采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊綜合評判模型、TOPSIS模型完成了對淳化縣水資源承載力的評價。楊廣等[5]選取了典型干旱區(qū)流域——瑪納斯河流域為研究區(qū)域，通過建立物元模型對流域的水資源承載力進行綜合評價，結(jié)果表明物元模型在對評價干旱區(qū)水資源承載力時表現(xiàn)出較好的適配性，瑪納斯河流域水資源開發(fā)利用仍具有一定潛力。

以上方法為評價區(qū)域水資源承載力提供了有效的手段，但同時亦存在一些不足之處：專家打分法在評價體系指標(biāo)較多時由于復(fù)雜度太高僅憑主觀判斷難以實現(xiàn)準(zhǔn)確的評判；投影尋蹤法一般只根據(jù)樣本集的分類信息作出評價，而不考慮樣本集的排序信息對評價結(jié)果造成的影響，從而導(dǎo)致評價結(jié)果時而出現(xiàn)失真的情況；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在尋優(yōu)操作時往往需要用到大量的樣本作為測試集進行運算，算法易陷入局部最優(yōu)值而導(dǎo)致尋優(yōu)失敗。

與上述方法相比，集對分析法能從同、異、反3個方面全面分析評價指標(biāo)值與評價標(biāo)準(zhǔn)、評價指標(biāo)子系統(tǒng)之間的變化關(guān)系，在處理確定性與不確定性問題時表現(xiàn)出信息全面、方法客觀、概念明確和計算簡便的優(yōu)點。王文圣等[6]將集對分析法引入水資源系統(tǒng)評價中，為解決該問題提供了一種新思路。劉童等[7]構(gòu)建了五元聯(lián)系數(shù)集對分析模型，對四川省水資源承載力進行了動態(tài)評價與分析。李輝等[8]為定量評價安徽省水資源承載力的整體情況和發(fā)展態(tài)勢，構(gòu)建了基于集對分析法的區(qū)域水資源承載力診斷評價模型，用三元減法集對勢識別水資源承載力的不安全因素。胡啟玲等[9]構(gòu)建了基于集對分析理論的水資源承載力評價模型，用于評價山東省17個地區(qū)的水資源承載力狀況，并利用減法集對勢分析各地區(qū)水資源承載力態(tài)勢，結(jié)果表明山東省水資源承載力處于略微超載狀態(tài)，14個地區(qū)呈現(xiàn)均勢發(fā)展態(tài)勢。

本文將集對分析法引入干旱區(qū)水資源承載力評價中，將典型干旱區(qū)——新疆作為研究區(qū)域，構(gòu)建模糊集對分析-五元減法集對勢模型對新疆水資源承載力及其發(fā)展態(tài)勢進行評價分析。

2 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)位于亞歐大陸中部，我國西北邊陲，地處73°40′N—96°18′N，34°25′E—48°10′E，總占地面積為166萬km2。將研究區(qū)按行政區(qū)劃劃分為15個地區(qū)：烏魯木齊市、博爾塔拉蒙古自治州(以下簡稱博州)、石河子市、喀什地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州(以下簡稱巴州)、吐魯番地區(qū)、克拉瑪依市、哈密地區(qū)、昌吉州、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(以下簡稱克州)、伊犁州、和田地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)。其中烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉州、博州、伊犁州、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)和石河子市屬于北疆；巴州、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、克州和喀什地區(qū)屬于南疆；哈密市和吐魯番市屬于東疆。新疆地域遼闊，土地資源豐富，但水資源短缺，據(jù)統(tǒng)計，境內(nèi)共有河流570余條，多年平均水資源量為832×108m3，其中地表水資源量789×108m3，地下水資源量502×108m3，地均水資源不足全國平均水平的1/5。單位面積產(chǎn)水量僅為5.0×104m3/km2，不足全國平均水平的1/6，列全國倒數(shù)第3位[10]。新疆作為干旱區(qū)典型的地域，對外水資源以國際河流的形式與哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、巴基斯坦等八國共享；對內(nèi)被山脈、戈壁、沙漠隔絕，是典型的干旱區(qū)水資源“自循環(huán)系統(tǒng)”。因此研究新疆不同地區(qū)水資源承載力具有較強的學(xué)術(shù)價值與現(xiàn)實意義，可為新疆各地區(qū)制定水資源可持續(xù)發(fā)展計劃與合理配置水資源提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

3 研究方法

3.1 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

本文從科學(xué)性、可獲得性、代表性以及可操作性4個基本原則出發(fā)，結(jié)合新疆水資源現(xiàn)狀，考慮各水資源要素之間的相互聯(lián)系，咨詢專家意見并借鑒相關(guān)現(xiàn)有成果[11-14]，建立了包含水資源層、社會經(jīng)濟層、生態(tài)環(huán)境層3個子系統(tǒng)與12個單指標(biāo)的水資源承載力評價指標(biāo)體系，具體指標(biāo)見表1。

表1 新疆水資源承載力評價指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of water resources carrying capacity in Xinjiang

表1中C1—C4指標(biāo)屬于水資源子系統(tǒng)，C5—C8指標(biāo)屬于社會經(jīng)濟子系統(tǒng)，C9—C12指標(biāo)屬于生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)。其中C1、C3、C4、C6、C9、C10、C12為越大越優(yōu)型指標(biāo)(效益型指標(biāo))，C2、C5、C7、C8、C11為越小越優(yōu)型指標(biāo)(成本型指標(biāo))。

3.2 模糊層次分析法確定指標(biāo)體系權(quán)重

層次分析法(AHP)是美國運籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出，但層次分析法作為一種主觀賦權(quán)法，在進行賦權(quán)決策時，易陷入由于方法的局限導(dǎo)致計算得出的權(quán)重失真的境地。參照文獻[15]，將模糊評價法引入層次分析法的決策過程中，將準(zhǔn)則層、目標(biāo)層的成對比較矩陣替換為模糊互補矩陣，對互補矩陣進行轉(zhuǎn)化，形成模糊一致矩陣，從而消除主觀因素造成的權(quán)重失真問題。具體權(quán)重計算結(jié)果見表2。

表2 指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果Table 2 Calculation results of index weights

本文將水資源承載力評價指標(biāo)體系分為3個層級：目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C。其中目標(biāo)層A為“新疆地區(qū)水資源承載力”，共15個對象，分別對應(yīng)著研究區(qū)按行政區(qū)劃劃分的15個地區(qū)。準(zhǔn)則層分別為“水資源層(B1)”“社會經(jīng)濟層(B2)”和“生態(tài)環(huán)境層(B3)”，指標(biāo)層由單指標(biāo)C1—C12組成。

3.3 指標(biāo)體系分級標(biāo)準(zhǔn)

水資源承載力評價標(biāo)準(zhǔn)作為水資源承載力綜合評價不可或缺的組成部分，其作用是判定水資源承載力評價等級[16]。借鑒與本研究相似的干旱區(qū)水資源承載力評價現(xiàn)有成果，咨詢專家意見并結(jié)合新疆水資源承載力指標(biāo)的實際情況，將新疆水資源承載力評價指標(biāo)分為5個等級，分別為Ⅰ級可盈余承載、Ⅱ級安全承載、Ⅲ級基本平衡、Ⅳ級略微超載、Ⅴ級超載。其中可盈余承載表示水資源供給情況很好，區(qū)域水資源開發(fā)較少，具有進一步大規(guī)模開發(fā)的潛力；基本平衡表示當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)已達到臨界程度，不存在過度開發(fā)，仍具有一定的開發(fā)潛力，水資源能在一定程度上保證區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展；超載表示區(qū)域的水資源承載能力飽和，基本再無可開發(fā)潛力，水資源無法滿足區(qū)域社會經(jīng)濟進一步發(fā)展；安全承載、略微超載則分別是介于可盈余承載與基本平衡、超載與基本平衡之間的中間級別。具體等級標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)見表3。

表3 新疆水資源承載力評價等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification criterion of water resources carrying capacity in Xinjiang

3.4 模糊集對分析法計算聯(lián)系度

3.4.1 模糊集對分析法的基本原理

設(shè)含有n個評價指標(biāo)的評價對象集合A=(x1,x2,x3,…,xn)，評價標(biāo)準(zhǔn)為sk(k=1,2,3,…,K,K為評價等級標(biāo)準(zhǔn)數(shù)),將xg設(shè)為評價指標(biāo)的個數(shù)，g=1,2,3,…,n,在第k級評價標(biāo)準(zhǔn)看作另一個集合Bk，則集合A與Bk構(gòu)成一組集對H(A,Bk)。對等級標(biāo)準(zhǔn)Bk與評價對象A進行符號量化處理。將A中的各項指標(biāo)值與相應(yīng)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值一一比較，若落入第k級，可將其符號量化為“k”(意為該指標(biāo)隸屬于k級)，重復(fù)操作，將所有指標(biāo)進行比較。

最后統(tǒng)計元素之間的差異，即將符號量化后相同的元素個數(shù)記為S，相差一級的元素個數(shù)記作T1,相差二級的元素個數(shù)記作T2，相差k-2級的記作Tk-2，相差k-1級的記作P，則由此可導(dǎo)出集對H(A,Bk)的k元聯(lián)系度公式為

μA～Bk=a+b1I1+b2I2+…+bk-2Ik-2+cJ。(1)

式中：a=S/G，為A與Bk的同一度分量，表示指標(biāo)Xg隸屬于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)的可能；b1=T1/G,b2=T2/G,…,bk-2=Tk-2/G，b1,b2,…,bk-2稱作差異度分量，表示指標(biāo)Xg隸屬于2,3,…,k-1級標(biāo)準(zhǔn)的可能；c=P/T，為A與Bk的對立度分量，表示指標(biāo)Xg隸屬于k級(末級)標(biāo)準(zhǔn)的可能；J通常取-1，為對立度分量系數(shù);I表示差異度分量系數(shù)，具體計算方法可參照式(2)。

Ik=1-2k/(k-1) 。

(2)

3.4.2 單指標(biāo)聯(lián)系度計算

本文將水資源承載力評價標(biāo)準(zhǔn)分為5級，即有4個評價標(biāo)準(zhǔn)門限值：S1、S2、S3、S4，每個門限值分別對應(yīng)相應(yīng)的等級區(qū)間，若等級門限邊界存在模糊性問題，則采用差異度分量處理。對于越大越優(yōu)型指標(biāo)(效益型指標(biāo))，集對H(A,Bk)的單指標(biāo)聯(lián)系度μg計算公式為

μg=μA～Bk=

(3)

相應(yīng)的，對于越小越優(yōu)型指標(biāo)(成本型指標(biāo))，其聯(lián)系度計算公式為

μg=μA～Bk=

(4)

式中：sf(u)為減法集對勢；a為同一度分量；b為差異度分量；c為對立度分量。

3.4.3 準(zhǔn)則層聯(lián)系度、目標(biāo)層聯(lián)系度計算與確定評價等級

3.4.3.1 準(zhǔn)則層綜合聯(lián)系度

本文采用加法加權(quán)綜合法來確定綜合聯(lián)系度，具體操作是將計算所得的單指標(biāo)聯(lián)系度分別乘以各指標(biāo)所對應(yīng)的權(quán)重分量，再將同一準(zhǔn)則層下所有指標(biāo)的加權(quán)計算結(jié)果進行求和，從而得到各準(zhǔn)則層的綜合聯(lián)系度。其公式為

(5)

式中:l為各準(zhǔn)則層中單指標(biāo)的個數(shù)；μC～B表示為指標(biāo)層到準(zhǔn)則層的權(quán)重，C為指標(biāo)層，B為準(zhǔn)則層；ag為同一度分量，bg為差異度分量，cg為對立度分量；ωg為第g個單指標(biāo)的權(quán)重。

3.4.3.2 目標(biāo)層綜合聯(lián)系度

求目標(biāo)層綜合聯(lián)系度的方法與上述方法一致，不同之處在于求解過程中的單指標(biāo)聯(lián)系度替換為準(zhǔn)則層聯(lián)系度，用準(zhǔn)則層權(quán)重替換掉單指標(biāo)權(quán)重。計算公式為

(6)

式中：μB～A為準(zhǔn)則層到目標(biāo)層的權(quán)重；Z為目標(biāo)層中指標(biāo)的總數(shù)。

3.4.3.3 確定評價等級

由于確定差異度分量系數(shù)(I1,I2,…,Ik-2)時存在一定的主觀成分，為避免主觀性導(dǎo)致評價結(jié)果失真，可以采用置信度準(zhǔn)則確定評價等級，計算公式為

hk=(f1+f2+…+fk)>λ,k=1,2,…,k。(7)

3.5 五元減法集對勢

近年來，集對分析法在水資源系統(tǒng)評價中的發(fā)展日趨成熟，金菊良等[17]為了識別影響區(qū)域水資源承載狀況的指標(biāo)、判別出水資源承載力當(dāng)前所處的狀態(tài)和發(fā)展趨勢，提出了一種新的集對勢函數(shù)——三元減法集對勢，具體表達式為：

sf(u)=a-c+ba-bc=(a-c)(1-b) 。(8)

式中sf(u)為減法集對勢。

按照“均分原則”[18]可將sf(u)劃分為5個勢級：sf(u)∈(0.6,1.0]時為同勢；sf(u)∈(0.2,0.6]時為偏同勢；sf(u)∈[-0.2,0.2]時為均勢；sf(u)∈[-0.6,-0.2)時為偏反勢；sf(u)∈[-1.0,-0.6)時為反勢。當(dāng)某地區(qū)的減法集對勢為偏反勢、反勢時，認(rèn)為該地區(qū)是水資源承載力調(diào)控的主要區(qū)域。文獻[19]在式(8)的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)類比的形式得到了五元減法集對勢的計算公式，即

sf1(u)=(a-c)(1+b1+b2+b3) 。

(9)

然而在實際應(yīng)用中，式(9)在對于部分情形下的計算尚存在計算結(jié)果失真的情況[20]，例如表4中2組參數(shù)。

表4 2組測試參數(shù)Table 4 Two sets of test parameters

通過觀察計算可知評價對象α中(a+b1)=0.9>0=(b3+c)，說明α趨向于正向發(fā)展；評價對象β中(a+b1)=0<0.9=(b3+c)，說明β趨向于負(fù)向發(fā)展。對象α、β的a、c值均為0，將其代入式(9)中，得sf1(u(α))=sf1(u(β))=0，計算結(jié)果表明對象α、β的發(fā)展趨勢均表現(xiàn)為均勢發(fā)展，與實際不符。綜上所述：在一般情況下當(dāng)五元聯(lián)系度公式中a、c參數(shù)數(shù)值均為0時，無論b1、b2、b3取何值，無論實際的減法集對勢趨勢如何，通過式(9)計算得到的集對勢值均為0，與實際情況不符合，而三元減法集對勢不存在a、c均為0的情況，不會出現(xiàn)上述情況，故直接將三元減法集對勢類比而得到的五元減法集對勢公式存在不合理的情況，有必要對推廣式進行合理的修正。

在推出式(9)的直接類比過程中只考慮到了同一度分量a與對立度分量c對發(fā)展趨勢的影響，而忽略了差異度分量子項b1、b3對于正反發(fā)展趨勢的影響(三元減法集對勢中只存在b，故無影響)。在構(gòu)造五元減法集對勢函數(shù)式時，應(yīng)該遵循a與c是絕對對立的兩個面，其對于事件的發(fā)展趨勢起到了決定性作用的原則；b1、b3同屬于一類元素，不是絕對對立的兩個方面，存在一定的不確定性，對于事件的發(fā)展可以起到消極或者積極的作用；從五元減法集對勢各子項意義出發(fā)，考慮其間的相關(guān)性、差異性與對最終趨勢結(jié)果強弱的影響，則五元減法集對勢公式可進一步寫為如下形式[20]：

sf2=(a-c)(1+b1+b2+b3)+

(λ1b1+λ2b2+λ3b3)(b1+b2+b3) 。

(10)

式中：λ為差異度分量子項的系數(shù)，λ1∈[0,1],λ2=0，λ3∈[-1,0]。通過考慮差異度子項b1、b2、b3對最終事件趨勢發(fā)展的影響，以及根據(jù)λ的取值范圍，取其平均值，則λ1=0.5，λ2=0,λ3=-0.5,式(10)可變化為以下形式，即

sf2(u)=(a-c)(1+b1+b2+b3)+

0.5(b1-b3)(b1+b2+b3) 。

(11)

從而避免了前文提出的由于同一度分量a與對立度分量c同時為0時導(dǎo)致計算結(jié)果失真，公式改進后的驗證在下節(jié)給出。

4 實例分析

查閱近年來《新疆統(tǒng)計年鑒》《新疆水資源公報》、新疆各地州統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計報表等相關(guān)資料，2017年屬于平水年。并綜合考慮新疆近年來的社會經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境情況，最終選取2017年為水平年。通過獲取上述現(xiàn)有文獻并整理相關(guān)數(shù)據(jù)，運用上文建立的新疆水資源承載力模糊集對分析評價模型對研究區(qū)進行評價，并用五元減法集對勢分析新疆各地州水資源承載狀態(tài)發(fā)展態(tài)勢。限于篇幅原因，下面以伊犁州地區(qū)為例，通過式(3)、式(4)計算得出其單指標(biāo)聯(lián)系度結(jié)果，見表5。

表5 伊犁州地區(qū)單指標(biāo)五元聯(lián)系度計算結(jié)果Table 5 Calculation results of five-element connection degree of single index for Ili Prefecture

為驗證上述五元減法集對勢公式修正效果，選取表5中C4指標(biāo)與C10指標(biāo)的五元聯(lián)系度值分別用式(9)和式(11)計算其減法集對勢值，得：sf1(uc4)=0、sf1(uc10)=0、sf2(uc4)=0.366、sf2(uc10)=-0.34。指標(biāo)C4中聯(lián)系數(shù)分量(a+b1)=0.866遠大于 (b3+c)=0，說明指標(biāo)C4的實際發(fā)展趨勢傾向于正向。由式(9)計算得sf1(uc4)=0，為均勢發(fā)展，與實際發(fā)展情況不符；由式(11)計算得sf2(uc4)=0.366∈(0.2,0.6]，為偏同勢發(fā)展，與實際發(fā)展情況相符。指標(biāo)C10中聯(lián)系數(shù)分量(a+b1)=0遠小于(b3+c))=0.68，說明指標(biāo)C10的實際發(fā)展趨勢傾向于負(fù)向，同樣通過式(9)、式(11)兩式計算，sf1(uc10)=0，為均勢發(fā)展，與實際發(fā)展情況不符，sf2(uc10)=-0.34∈[-0.6,-0.2)，為偏反勢發(fā)展，與實際發(fā)展情況相符。這說明式(11)對于式(9)的修正是有效的，可進一步用于識別水資源承載力需要調(diào)控的區(qū)域。

結(jié)合模糊集對分析法評級步驟、置信度準(zhǔn)則法(取λ=0.5)計算得出新疆各地區(qū)目標(biāo)層的水資源承載力評價等級，并利用修正后的五元減法集對勢公式進行空間診斷分析，結(jié)果見表6、表7。

表6 新疆水資源承載力評價等級Table 6 Evaluation result of water resources carrying capacity in Xinjiang

表7 五元減法集對勢值結(jié)果Table 7 Results of potential value of five-element subtraction set potential

為更直觀展現(xiàn)各地州評價等級在新疆的空間分布情況，給出新疆各地州水資源承載力評價等級分布圖，見圖1。

由表6、圖1可知，新疆各地區(qū)的水資源承載力狀況不一，其中Ⅰ級的有博州、伊犁州，屬于可盈余承載范圍，占新疆15個行政區(qū)劃的13.4%；Ⅱ級的有昌吉州、塔城地區(qū)、石河子市，屬于安全承載，占比20%；巴州、克州、喀什地區(qū)為Ⅲ級，屬于基本平衡狀態(tài)，占比20%；Ⅳ級的有烏魯木齊市、克拉瑪依市、吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、阿勒泰地區(qū)，屬于略微超載，占比33.3%；阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)為Ⅴ級，屬于超載，占比13.3%。按照地域空間分布來看，北疆分布在Ⅰ—Ⅳ級；南疆分布在Ⅲ級和Ⅴ級；東疆屬于Ⅳ級。根據(jù)置信度準(zhǔn)則，水資源承載力狀況同屬于一個等級的地區(qū)，其hk值越大說明其水資源承載能力越好，則判斷出伊犁州水資源承載能力最強(Ⅰ級)，和田地區(qū)水資源承載能力最差(Ⅴ級)。

圖1 新疆各地州水資源承載力評價等級分布Fig.1 Rating of water resources carrying capacity in Xinjiang

根據(jù)表7中減法集對勢結(jié)果，昌吉州、博州、巴州、伊犁州屬于偏同勢發(fā)展，現(xiàn)有水資源承載力狀況良好，發(fā)展趨勢健康；吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)屬于偏反勢發(fā)展，是區(qū)域水資源承載力調(diào)控的主要對象，建議通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高工業(yè)用水效率和水資源的重復(fù)利用率，同時大力研發(fā)引進農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施技術(shù)，提高灌溉水利用系數(shù)，保證水資源可持續(xù)利用；其余地區(qū)均為均勢發(fā)展。

為檢驗水資源承載力評價等級結(jié)果的合理性，本文應(yīng)用物元分析法[21]、模糊聚類評價法[22]對其進行評價，各地州評價結(jié)果見表8。模糊集對分析法與物元分析法評價結(jié)果相同的有12個，占80%，相差一級的有3個，占20%。造成差異的原因是物元分析法在求解過程中得到的權(quán)系數(shù)與集對分析法得到的權(quán)重側(cè)重點略有不同。與模糊聚類評價法相比，兩者結(jié)果相同的有13個，占86.6%，有兩個相差一級，占13.4%。差異的原因在于模糊聚類評價法判定最終評價等級采用的是最大隸屬度原則，與集對分析法采用的置信度準(zhǔn)則不同，導(dǎo)致評價結(jié)果存在略微差異。集對分析法在評價過程中表現(xiàn)出了概念明確、計算簡便的優(yōu)點，能從系統(tǒng)的同一性、差異性、相反性3個方面分析評價指標(biāo)值與評價標(biāo)準(zhǔn)之間的變化關(guān)系，且確定評價等級簡單明了[23]。3種評價方法得出的結(jié)果大體相同，從側(cè)面佐證了模糊集對分析法的評價結(jié)果合理可靠。

表8 基于不同方法的新疆水資源承載力評價結(jié)果Table 8 Evaluation results of water resources carrying capacity in Xinjiang using different methods

5 結(jié) 論

本文結(jié)合新疆水資源實際情況，參照國內(nèi)外研究成果，構(gòu)建了新疆水資源承載力評價指標(biāo)體系及評價等級標(biāo)準(zhǔn)，由模糊層次分析法確定權(quán)重，結(jié)合模糊集對分析法與五元減法集對勢對新疆水資源承載力情況進行評價并判斷其發(fā)展態(tài)勢，得出以下結(jié)論：

(1)按照空間分布來看，新疆水資源承載力狀況呈現(xiàn)出北疆較好、南疆其次、東疆稍弱的情況，Ⅲ級及以上的地區(qū)占53.6%，說明新疆整體的水資源承載力狀況屬于基本平衡狀態(tài)。

(2)在由三元減法集對勢公式直接類比推廣而得到的五元減法集對勢公式的基礎(chǔ)上，考慮了各子項意義、相關(guān)性、差異性和對最終趨勢結(jié)果強弱的影響，對五元減法集對勢公式進行修正，實例驗證表明修正后的公式合理可靠，計算得出的減法集對勢符合實際情況，進一步用于判斷新疆各地區(qū)發(fā)展態(tài)勢。判別結(jié)果為吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)屬于偏反勢發(fā)展，判別為水資源承載力調(diào)控的主要區(qū)域。

(3)模糊集對分析法與其他兩種成熟的評價方法結(jié)果相似，說明模糊集對分析法能適配于干旱區(qū)水資源承載力系統(tǒng)評價，有一定的現(xiàn)實意義和推廣價值。