基于模糊綜合評判的山東省水資源承載力評價

趙強, 李秀梅, 高倩, 熊丹, 鄒春輝

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基于模糊綜合評判的山東省水資源承載力評價

趙強1,2,3, 李秀梅1,2,*, 高倩1, 熊丹1, 鄒春輝1

1. 濟南大學水利與環境學院, 濟南 250022 2. 山東省生態固碳與捕集利用工程技術研究中心, 濟南 250022 3. 山東省地下水數值模擬與污染控制工程技術研究中心, 濟南 250022

水資源承載力是社會經濟穩定發展所能支撐的最大可利用的水資源。在對山東省水資源現狀進行調查和統計的基礎上, 選取人均水資源量、水資源利用率、供水模數、降雨量, 人均 GDP、人口密度、人均生活用水量、萬元 GDP 用水量、萬元工業產值用水量、萬元農業產值用水量, 耕地灌溉率、生態環境用水率、森林覆蓋率共 13個主要影響區域水資源承載力的因素作為評價因子, 應用模糊綜合評判模型對山東水資源承載力現狀進行評價。結果表明: 山東省水資源綜合評價結果值在2001—2009 年間低于0.6, 2010—2015年間高于0.6, 表明山東省水資源承載力總體得到了提高; 另外2001—2015年間, 大部分年份的a值小于0.6, 個別年份低于0.4, 年際變化相對較大, 可見山東省水資源承載力水平總體較弱, 年際變化較大。

水資源承載力; 模糊綜合評價; 山東省

1 前言

水資源承載力由我國學者于20世紀80年代末提出, 指在特定的區域范圍內, 在一定的生活生產水平及保證水環境子系統生態功能的前提下, 通過科學合理的分配措施, 水資源所能滿足的人口、社會經濟和生態環境需求的最大支撐能力[1-5]。水資源承載力作為描述水資源支撐經濟—社會—環境規模能力的關鍵指標, 國際上對其單項研究成果較少, 一般將其納入資源承載力、區域規劃以及可持續發展理論的研究之中, 并且偏重于水資源管理與政策措施研究[6-7]。山東省是水資源短缺的北方地區之一, 通過“兩區一圈一帶”戰略項目的進行, 水資源的供給保障面臨著更高、更嚴峻的需求, 水資源的不足問題是山東省經濟社會得以更快更好發展的最大限制因素[8-10]。如何建立一個節約優先、優化配置、合理開發、高效利用水資源供給保護系統, 實現水資源的可持續化利用, 是山東省整體經濟在建設中的重要一環[11-14]。為此, 本文結合山東省2001—2015年經濟—社會—環境基礎調研資料, 應用模糊綜合評判模型展開對山東省水資源承載力的評價, 旨在為保障山東省跨越式發展中水資源的合理開發利用提供決策依據。

2 研究區水資源概況

山東省位于我國東部沿海, 華東地區的最北端, 境內有黃河、淮河、海河三大流域。山東省水資源的主要補給來源為大氣降水, 山東省水資源總量受降雨量影響較大。水資源總量主要表現為地表水和地下水, 可以通過水循環逐年得到更新。黃河是山東主要的外來水源, 南部的南四湖是山東境內最大的湖泊。從全國來看, 山東水資源相對貧乏。全省多年平均降水量為679.5 mm; 多年平均水資源總量為305.82億m3; 人均占有水資源量344 m3, 不到全國平均水平的1/6, 為世界平均水平的1/25, 在全國各省(市、自治區)人均水資源量排名倒數第3位。根據國際普遍通用的缺水標準, 人均水資源占有量低于500 m3視為極度缺水地區。山東省人均僅344 m3, 可見, 山東省處于極度缺水地區。

3 模糊綜合評判模型的構建

模糊綜合評判方法在水資源承載力評價中應用較為廣泛, 該方法可為區域水資源承載力的研究提供有效途徑, 其實質是在對影響水資源承載能力的各單因素評價的基礎上, 通過綜合評判矩陣展開對水資源承載能力多因素綜合評價, 從而得出水資源承載能力的大小, 該方法可較全面的分析區域水資源承載力狀況[15-17]。本文應用模糊綜合評判模型評價山東省整體的水資源承載力。

3.1 評判因素的選取、分級和評分

為更好地反映各等級水資源承載能力狀況, 對評判等級采用1分制數量化即:1= 0.05,2= 0.5,3= 0.95, 數量化后可定量反映各等級因素對承載能力的影響程度, 數值越高, 水資源可開發容量越大。綜合評定時, 根據a的值以及矩陣中各等級隸屬度b的值, 按照公式(1)計算綜合評判矩陣的水資源承載能力的綜合評分值。

3.2 評判矩陣的計算

表1 各評價指標分級值標準

3.3 指標權重的計算

首先, 根據劃分好的指標層次, 參照中國水資源評價標準, 采用AHP中常用的“1—9”尺度法[18-20], 構造判斷數據矩陣。其次, 根據判斷矩陣, 利用數學矩陣計算求出指標層()相對于準則層()的重要性、準則層相對于目標層()的判斷矩陣。注意的是, 在這三個準則層中, 重要性也有輕有重, 水資源條件是水資源承載力的基礎, 沒有水源, 一切都無從談起, 因此這里水資源條件比社會經濟條件和生態環境條件要更為重要, 取3:1:1。最后用指標層對準則層權重乘以準則層對目標層權重得到指標層對目標層的權重(), 權重計算結果見表2所示。

3.14 水資源綜合承載力綜合評價的計算

表2 指標層對目標層O的權重

4 山東省水資源承載力綜合評價

通過查閱《山東省統計年鑒》及《山東省水資源公報》[21], 并經過分析計算, 得到山東省 2001—2015年實際指標值如表3所示。

表3 山東省2001—2015年水資源承載力評價指標

表4 山東省 2001、2005、2010、2015年各指標對應于各等級的隸屬度

表5 水資源承載力的綜合評價結果

圖1 水資源承載力分級評價值b

圖2 水資源承載力綜合評分值a

5 結論

本文從山東省經濟—社會—環境復合系統自身特點出發, 剖析山東省水資源承載力的內涵, 綜合分析人均水資源量、水資源利用率、供水模數、降雨量, 人均 GDP、人口密度、人均生活用水量、萬元 GDP 用水量、萬元工業產值用水量、萬元農業產值用水量, 耕地灌溉率、生態環境用水率、森林覆蓋率共 13個主要影響區域水資源承載力的因素作為評價因子, 應用模糊綜合評判模型對山東水資源承載力現狀進行評價。結果表明: 山東省水資源承載力水平逐漸得到保障, 年變化逐漸縮小, 但水資源供需矛盾突出, 缺水地區分布廣泛, 在以后的發展中應堅持開源節流并重實行, 求真務實的去增加水資源的供給能力。

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Evaluation of water resources carrying capacity in Shandong province based on fuzzy comprehensive evaluation

ZHAO Qiang1,2,3, LI Xiumei1,2*, GAO Qian1, XIONG Dan1, ZOU Chunhui1

1. School of Water Conservancy and Environment, University of Jinan, Jinan 250022, China 2. Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Ecological Carbon Sink and Capture Utilization, University of Jinan, Jinan 250022, China 3. Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Groundwater Numerical Simulation and Contamination Control, Jinan 250022, China

Water resources carrying capacity is the maximum available water resources supporting by the social and economic development. Based on the investigation and statistics on the current situation of water resources in Shandong Province, this paper selects13 evaluation factors including per capita water resources, water resources utilization, water supply modulus, rainfall, per capita GDP, population density, per capita water consumption, water consumption per million yuan, the water consumption of industrial output value, the agricultural output value of farmland, the irrigation rate of cultivated land, the water consumption rate of ecological environment and the forest coverage rate, which are the main factors on influencing the bearing capacity of regional water resources. Then, the fuzzy comprehensive evaluation model was used to analyze the water resources carrying capacity force status evaluation. The results showed that the comprehensive evaluation results of water resources in Shandong Province were lower than 0.6 in 2001-2009 and higher than 0.6 in 2010-2015, indicating that the water resources carrying capacity of Shandong Province had been improved. In addition, in most of the years values were less than 0.6;some years values were below 0.4; the interannual changes were relatively large. The level of water resources was generally weak; the interannual changes were great in Shandong Province.

water resources carrying capacity; fuzzy comprehensive evaluation; Shandong province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.023

TV211.1

A

1008-8873(2018)04-188-07

2017-08-01;

2017-10-30

國家自然科學基金(41471160)

趙強(1977—), 男, 山東泰安人, 博士, 副教授, 主要從事水生態與水環境研究, E-mail: stu_zhaoq@126.com

李秀梅, 女, 碩士, 講師, 主要從事水生態與水環境研究, E-mail: stu_lixm@ujn.edu.cn

趙強, 李秀梅, 高倩, 等. 基于模糊綜合評判的山東省水資源承載力評價[J]. 生態科學, 2018, 37(4): 188-194.

ZHAO Qiang, LI Xiumei, GAO Qian, et al. Evaluation of water resources carrying capacity in Shandong province based on fuzzy comprehensive evaluation[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 188-194.