基于模糊綜合評價模型的城市水資源承載力評價研究

辛 帥

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 遼寧 沈陽 110166)

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基于模糊綜合評價模型的城市水資源承載力評價研究

辛 帥

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 遼寧 沈陽 110166)

本文以遼寧省大連、沈陽、鞍山三個代表城市為例，構建了涉及水資源、社會經濟以及生態環境等多方面的城市水資源承載力評價指標體系，采用模糊綜合評價模型對選取的各代表城市進行水資源承載力評價。結果表明：遼寧省的水資源開發利用已具有一定規模，但其中沈陽市的城市水資源承載力形勢不容樂觀，水資源狀況比較緊張。本研究結果可為遼寧省城市水資源管理工作提供參考。

遼寧??； 城市水資源承載力； 模糊綜合評價

隨著社會經濟的發展以及城市化進程的不斷加快，人類生活、生產等對水資源的需求不斷增加，由此引發的水資源供需矛盾突出、水環境惡化等問題已成為制約城市可持續發展的重要因素[1]。水資源承載力是近年來國內外為實現水資源可持續利用所研究的熱點問題之一，尤其是在城市地區用水極度緊張的背景下，城市水資源承載力的研究也越來越被重視。

本文以遼寧省為例，選取大連、沈陽、鞍山三個代表城市，采用模糊綜合評價模型，對代表城市進行水資源承載力評價，以期為該地區水資源的可持續利用提供參考。

1 研究區概況

遼寧省位于中國東北地區南部，總面積14.8萬km2。遼寧省地處歐亞大陸東岸的中緯度地區，屬于溫帶大陸性季風氣候區，是東北地區降水量最多的省份，年降水量在600～1100mm之間，降雨量分布不均，東濕西干。2014年，遼寧省總人口4391萬，其中城鎮人口2944.4萬，城鎮化水平達到了67.05%。

2 指標體系及評價標準的建立

指標體系的建立是水資源承載力評價中的關鍵環節，城市水資源系統涉及了水資源、社會經濟、生態環境等各方面，因此，本文在選取指標體系時將各方面進行耦合，并結合研究區的具體情況，借鑒其他水資源承載力評價標準[2-5]，確定本文城市水資源承載力評價指標體系及等級劃分標準(見表1、表2)。本文將承載力分為3個等級，其中，Ⅰ級表示城市水資源承載力強，水資源供給充足，利用合理；Ⅱ級表示城市水資源承載力中等，水資源供給量基本能夠滿足需要，處于水資源中度利用狀態；Ⅲ級表示城市水資源承載力弱，水資源相對缺乏。

本文的基礎數據來源于《遼寧省2014年水資源公報》及《遼寧省2014年國民經濟及社會發展統計公報》等資料，部分數據通過計算整理得到。

表1 城市水資源承載力評價指標體系

表2 代表城市各評價指標值及等級劃分

3 構建評價模型

城市水資源承載力評價系統涉及了水資源、社會經濟、生態環境等多個系統，影響因素較多，并具有復雜性和動態性，使城市水資源承載力評價具有模糊性和隨機性等不確定因素。因此，本文采用模糊綜合評價法進行城市水資源承載力的評價[6]。

各單項指標權重的計算也是水資源承載力評價中的重要環節，目前，國內外常用的確定權重的方法有主成分分析法、層次分析法、熵權法等[7-8]。其中，主成分分析法和層次分析法的主觀性較強，熵權法是以整體的觀念去度量水資源承載力變量所具有的不確定性，計算精度較高，客觀性較強。因此，本文采用熵權法對各單項指標的權重進行計算。

3.1 模糊綜合評價模型

(1)

式中：B為V上的模糊子集；A為U上的模糊子集；其中，A=(a1，a2，…，am)，0≤ai≤1；B=(b1，b2，…，bm)，0≤bj≤1。其中，ai為Ui對A的隸屬度，bj為Vj對綜合評判所得模糊子集B的隸屬度，它表示綜合評判的結果。評判矩陣為

(2)

(3)

3.2 指標權重的確定

熵權法計算指標權重的步驟如下：

a.構建判斷矩陣R=[vij]，(i=1,2,…,n；j=1,2，…,m)。

b.將判斷矩陣歸一化處理。

(4)

(5)

式中： maxxij，minxij分別為同指標下所有樣本對應模糊量值中的最大值和最小值。

c.計算指標的熵值，計算公式如下：

(6)

d.各指標的熵值的確定。

(7)

4 評價結果

通過熵權法確定的各評價指標的權重為W=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)，按照隸屬度，計算每個評價因素對應各個等級的相對隸屬度rij，進而求出綜合評價矩陣R的值。比如，對沈陽市城市水資源承載力的綜合評價進行計算：

B=A·R=(0.16，0.11，0.08，0.04，0.04，0.11，

0.05，0.12，0.13，0.11，0.16，0.19)×

其綜合評分值為

=0.58

按同樣方法對大連市和鞍山市進行城市水資源承載力評價，其結果見表3。從評價結果中可以得出，3個代表城市水資源承載力的大小為：大連市≥沈陽市≥鞍山市，各城市對V2級的隸屬度均在0.50以上，表明各城市水資源開發利用已具有相當規模，但城市水資源仍具有一定的開發利用潛力。對比各城市對V1、V3的隸屬度大小可以看出，大連市和鞍山市V1級的值均大于V3級的值，表明這些城市的情況較為樂觀，水資源進一步開發的潛力也較大；沈陽市V3級的值大于V1級的值，表明沈陽市2014年的水資源狀況相對比較緊張，進一步開發利用的潛力較小，沈陽市在今后的發展中，應加強水資源的保護，加大節約用水的宣傳力度，完善節水設施的配套建設，提高城市的水資源管理水平。

表3 遼寧省各代表城市水資源承載力評價結果

5 結 語

本文在分析遼寧省各代表城市水資源承載力基本情況的前提下，建立了針對性的評價指標體系，并采用了模糊綜合評價模型以及熵權法進行分析評價。結果表明：沈陽市的水資源承載能力不容樂觀，今后的水資源開發利用相對比較緊張；大連市和鞍山市的水資源承載能力雖然樂觀，但在今后的水資源開發利用中，仍需注意水資源的保護。

根據此次對遼寧省代表城市水資源承載力的評價，對遼寧省今后的水資源開發利用提出以下建議：加強水資源保護力度，建立相關水資源保護制度，使水資源保護工作正規化；建立節水型工業、生活等用水體系，研究可循環的用水技術，提高水資源的利用效率；建立健全城市水資源管理機制，實現各用水部門之間公平、合理的用水分配。

[1] 李慶賀，伍博煒，楊珺麗，等.福建省城市水資源承載力綜合評價研究[J].水資源與水工程學報，2014,25(4):147-151.

[2] 王友貞，施國慶，王德勝.區域水資源承載力評價指標體系的研究[J].自然資源學報，2005,20(4):597-604.

[3] 孫才志，左海軍，楊靜.基于極大熵原理的黃河流域水資源承載力研究——以山西段為例[J].資源科學，2004,26(2):17-22.

[4] 張鑫，王紀科，蔡煥杰，等.區域地下水資源承載力綜合評價研究[J].水土保持通報，2001,21(3):24-27.

[5] 劉玉東.基于相關分析與粗糙集理論的區域水資源承載力評價[J].水利規劃與設計，2015(8):57-60,76.

[6] 李朦，解建倉，楊柳，等.基于模糊物元模型的渭北工業區地下水資源承載力評價[J].水資源與水工程學報，2014,25(4):169-174.

[7] 常建娥，蔣太立.層次分析法確定權重的研究[J].武漢理工大學學報(信息與管理工程版)，2007,29(1):153-156.

[8] 邱菀華.管理決策與應用熵學[M].北京：機械工業出版社，2002.

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Research on urban water resources carrying capacity evaluation based on fuzzy comprehensive evaluation model

XIN Shuai

(Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project Construction Bureau, Shenyang 110166, China)

In the paper, Dalian, Shenyang and Anshan—three representative cities in Liaoning Province are adopted as examples for constructing urban water resources carrying capacity evaluation index system from many aspects of water resources, social economy, ecological environment and other aspects. Fuzzy comprehensive evaluation model is adopted for evaluating water resources carrying capacity in all selected representative cities. The results show that water resources development and utilization in Liaoning Province have certain scale. However, urban water resources carrying capacity trend in Shenyang is not optimistic, and water resources situation is tight. The research results can provide reference for urban water resources management in Liaoning Province.

Liaoning Province; urban water resources carrying capacity; fuzzy comprehensive evaluation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.021

TV213.4

A

2096- 0131(2016)07- 0074- 04