基于SPA耦合模型的水資源承載力評價分析
——以臨沂市為例

董鳳軍，李修嶺

(1.山東省臨沂市水利局，山東 臨沂 276000；2.臨沂大學生命科學學院，山東 臨沂 276000)

山東省臨沂市是魯東南中心城市，由于不合理的規劃使用，現如今同樣也面臨著水資源短缺的局面，給臨沂市的社會發展力與城市經濟建設帶來了嚴重的重創[1- 5]，因此，有必要對臨沂市的水資源承載力進行系統評價分析，以找出合理的應對之策。

水資源承載力簡而言之，是指一個地區其自身的水資源能夠支撐良好的社會經濟發展規模，同時維持較好的生態環境的能力。目前，出現了很多對水資源承載力的研究方法，如主成分分析法、灰色模型分析法、POS優化算法以及多因素分析法等等[6- 9]，不同的分析評價方法側重點不同，研究結果也會有所區別，但通過眾多的分析研究表明，水資源承載力是處于動態變化當中的[10- 12]，因此，本文在前人研究經驗的基礎上，采用SPA-VFS(集對可變模糊耦合)評價模型對臨沂市近些年來水資源承載力的動態變化進行了系統的分析評價研究，以期為該地區的社會經濟發可持續發展提供理論和現實指導。

1 臨沂市水資源概況

臨沂市地處魯東南地區的低山丘陵區，全年氣候溫和，多年平均降水量約為819mm，地表水總量約為47億m3，折算成年徑流深為273mm。此外臨沂市還有一些地下水資源，地下水資源共計19.25億，水資源總量約為11.2萬m3/km2，人均占有水資源儲量為537m3，各地占有量580.lm3/hm2。全市共分為沂河、沭河、中運河、濱海四大水系四大水系。目前，臨沂市各類型水庫閘壩等存儲有25.7億m3水容量，井眼共27000余座，可提供地下水資源約7.24億m3。

2 SPA-VFS耦合模型簡介

SPA分析法即集對分析法，基于“對立統一規律”和“普遍聯系理論”對具有隨機性、模糊性、混沌性以及分形性等不確定因素的分析計算法。SPA-VFS則是在集對分析法基礎上，引入可變模糊集，通過計算分析樣本的隸屬度來判斷水資源的承載力等級高低，其建模思路如下：

(1)首先要建立研究區水資源承載力的綜合評價指標體系，即有集合:

Am={a1,a2,，am}

(1)

(2)要選擇和確定指標的評價等級大小，根據各指標對于研究區在社會、經濟、環境等方面的作用大小，確定各評價指標的等級：

Bk={B1,B2,，Bk}

(2)

一般而言，k的取值大小為3或者5；

(3)計算指標集合Am和評價等級Bk的聯系數μAm～Bk，并區分正向型和逆向型計算；

(4)分析計算樣本與評價標準等級k相互之間的綜合聯系數μk：

(3)

式中，ωm—評價指標m的權重值大小。

(5)計算隸屬度υk大小：

υk=0.5+0.5μk(k=1，2，，k)

(4)

(6)對樣本的水資源可承載力大小等級h進行評價，即有：

(5)

3 水資源承載力綜合評價分析及提升對策

3.1 指標體系的構建

影響地區水資源承載力的主要因素包括區域水資源的稟賦條件、自然生態環境以及當地的社會經濟因素，因此，將可將能力層分為水資源自然-生態支撐能力和水資源經濟-社會支撐能力，而在此基礎上又分為水文自然特性、生態環境能力、水資源利用特性以及社會經濟特性作為特性層，篩取各特性層的有用指標共計27項，即可構成基本的臨沂市水資源承載力分析評價指標體系，見表1。

表1 水資源承載力綜合評價指標體系統計表

3.2 指標權重的計算

通過對35位學者專家的問卷調查數據統計，同時對專家權威度進行了計算，計算結果為4.2>3.75的臨界值，符合相關要求，再對數據內容的可信度進行了檢驗，檢驗結果為0.2<0.25的邊界值，表明數據可信度較高。采用Delphi主觀賦權法對27項指標的權重進行了計算，得到了2007～2017年臨沂市的水資源承載力指標體系權重，如圖1所示。

圖1 2007～2017年臨沂市水資源承載力指標體系權重

3.3 承載力評價分析

利用SPA-VFS評價模型對2007～2017年臨沂市的水資源承載力和綜合得分進行了分析計算，如圖2所示。從圖2中可以看出，臨沂市近10年來的水資源承載力綜合總分呈波動變化特征，最近幾年基本呈增長趨勢，2015年得分最高，而2008年得分最低，水資源自然-生態承載力變化幅度不大，基本與綜合得分變化趨勢一致，但從2015年開始，有明顯的下降趨勢，這是由于水資源自然稟賦造成的，且由于生態環境特性得分也呈下降趨勢，這表明在經濟發展與生態環境保護并未得到平衡發展；水資源經濟-社會承載力從2011年以后，基本呈遞增趨勢，而水資源利用特性和經濟社會特性均呈增長趨勢，表明現階段水資源的利用方式和配置都比較合理，目前水資源能夠得到充分的利用；從圖中還可以發現，2008年，由于臨沂市水文自然特性、生態環境特性、水資源利用特性以及經濟社會特性的得分均較低，因此才造成了2008年水資源承載力綜合得分最低。

3.4 承載力提升措施和對策

根據目前臨沂市水資源承載力情況，可通過“開源”和“節流”兩方面入手，一是要提高對黃河水、雨洪水的利用效率，鼓勵非常規水的開發利用，提高水資源供給能力；二是要在全市范圍內構建節水措施和工程，節約用水是全社會的責任。同時，還應該考慮從虛擬的水角度著手，充分發揮虛擬水資源配置的功能和效益，可從下幾點措施開展：①對農業的種植結構進行優化，發展虛擬水貿易的戰略舉措；②大力推廣虛擬水戰略，從隱性方面提升地區水資源承載力；③擴寬水資源的來源，全力保證和提高水資源供給能力。

圖2 2007～2017年臨沂市水資源承載力綜合得分變化情況

4 結語

本文以臨沂市為例，SPA-VFS耦合評價模型對該市近年來的水資源承載力進行了系統的評價分析，認為臨沂市近年來的水資源承載力在波動中逐年提升，水資源利用效率得到加強，但忽視了經濟發展與生態環境保護并重的發展觀念。針對研究結果提出了提升水資源承載力的措施和對策，對于該市的經濟、社會會和生態協調發展具有重要意義。