基于主客觀耦合的區域水資源綜合利用效率評價

(1.南昌大學 建筑工程學院,江西 南昌 330031； 2.昆明理工大學 電力工程學院,云南 昆明 650500)

1 研究背景

水資源是人類生產生活必需的基礎性資源，對推動經濟發展和社會穩定具有重要的作用[1]。隨著經濟建設和人民生活水平的不斷提高，水資源的供求矛盾日益突出[2]。水資源是支撐自然生態系統和社會生態系統不可替代的重要資源，也是一種動態的、可再生但是又非常脆弱的資源[3]。在經濟粗放式發展的大背景下，我國大部分城市都面臨著水資源利用率低、水資源短缺和水資源污染嚴重等問題[4]，雖然我國的水資源總量豐富，但人均占有量少，另外水資源時空分布不均，更加制約了經濟和社會的可持續發展。在此背景下，區域水資源綜合利用現狀受到了學者的廣泛關注。水資源利用評價是實現區域水資源可持續發展的前提和基礎。

目前，國內外學者對水資源綜合利用評價有較多的研究，并取得了較好的成果。國外水資源綜合利用評價研究主要關注的是資源的可持續性和資源管理的可持續性[5]、限制污水對接收水體中的富營養化的影響[6]、不同尺度下的評價應用效果、評估方法和模型、流域水源中微量元素的發生與人類健康風險的評估[7]、水資源的不確定性模擬、水資源利用的管理決策、水資源開發的協調度及其空間差異協調[8]等。國內對于水資源綜合利用評價的常用方法有：主成分分析、因子分析法、模糊評價法、熵權法、層次分析法(AHP)、神經網絡理論綜合法(BP)、投影尋蹤理論等方法。

雖然國內對不同水資源綜合利用方面的研究很多，且成果顯著，但是針對江西省省域水資源綜合利用評價方面的研究目前還非常欠缺。因此，本文采用AHP-模糊綜合評價模型，從資源、社會、經濟、生態以及科技5個維度，對江西省的水資源利用情況進行了綜合評價。

2 數據與方法

2.1 研究區域概況

江西省位于長江中下游的南岸，全省有大小河流2 400多條，總長約18 400 km，主要河流有5條。全省總面積16.69萬 km2，人口4 280萬，全省多年平均降水量1 638 mm；多年平均水資源總量1 565.0億m3，人均水資源量3 557.0 m3。以2017年為例，全省水資源總量1 655.1億m3,人均水資源占有量3 867.0 m3，地區生產總值20 006.31億元，全省平均氣溫為18.9℃，降水量為1 739 mm，日照為1 669 h。

2.2 數據來源

本文研究數據來源為：2006～2017年《江西省水資源公報》《江西省統計年鑒》和《江西省環境狀況公報》以及國家統計局數據庫。

2.3 研究方法

2.3.1評價指標體系的建立

本次研究指標選取的原則是：科學性、可獲得性。結合現有的統計資料，建立了水資源與自然條件、水資源與社會發展、水資源與經濟系統、水資源與生態環境、水資源與技術水平5個評價維度[9-10]，以此來反映江西省水資源系統的發展水平以及同社會、經濟、生態系統的協調程度[11-13]。為此，構建了如表1所示的評價指標體系。

表1 水資源綜合利用評價體系Tab.1 Water resources comprehensive utilization evaluation system

2.3.2評價標準的劃分

由于原始數據量綱不同，判別標準不一，因此，在進行模糊綜合評價之前，需要對其進行等級劃分，以此作為指標滿意程度的劃分依據。本文依據江西省水資源利用實際狀況和國內有關標準規定，并結合相關文獻資料，將水資源綜合利用評價標準劃分為5個等級，各級評價指標取值范圍和含義如表2所示。

1.2.3 白及種子的無菌萌發 以MS和1∕2MS為基本培養基，MS和1∕2MS培養基母液的配制及保存參考文獻〔13〕的方法。添加蔗糖30 g∕L，瓊脂9 g∕L以及不同濃度的生長調節劑6-芐氨基腺嘌呤（6-BA），6-BA添加量見表1，pH 5.8，每種處理接種10瓶，分別置于光照培養室及暗培養室培養。

2.3.3確定各指標權重

計算原理及步驟如下。

(1) 主觀權重ωz。層次分析法是對評價指標體系中兩兩元素的相對重要性程度進行比較計算[14-16]，是基于人為判定某個指標比另一個指標重要，可以較好地體現指標本身的重要程度，但是也具有較大的主觀性，利用層次分析法可以得到指標權重ωz。

(2) 客觀權重ωk。熵值法是一種客觀賦權法，它通過計算指標的信息熵，根據指標的相對變化程度來確定權重，是一種客觀賦權法，避免了人為因素帶來的偏差，但是由于忽略了指標本身重要程度，有時確定的權數會與預期結果相差甚遠，而利用熵值法可得到指標權重ωk。

(3) 最優組合權重ω?；谏鲜鲈?，本次研究采用層次分析法和熵值法的耦合來求最優組合權重ω，從而具有較大的可信度，研究結果也更加可靠[17-19]。建立目標函數F，使得最優組合權重ω接近ωz與ωk：

(1)

利用 Lagrange 乘子法求解后得到：

(2)

得到的結果如表3所示。

2.3.4隸屬度函數的確定

水資源可持續利用能力的指標均為定量指標,對于正向指標，可指派半升梯形隸屬度函數，逆向指標采用半降梯形隸屬度函數，在此基礎上加以修正；對于中間型，使其在中間點的隸屬度為1.0，向兩側邊緣遞減到0.5；對于偏大和偏小型，使其距臨界值越遠隸屬度越大，在臨界值上屬于兩側的等級均為0.5[20-22]。

3 結果與分析

江西省水資源綜合利用評價變化趨勢如圖1所示。評價結果表明：2006 年到 2017 年間，江西省水資源綜合利用的能力處于良好水平，整體呈上升的趨勢。2010年和2012年發生突變的主要原因是年降雨特別豐富，地表水資源量和地下水資源量均有較大的增加，同時，水功能區水質達標率得到了明顯提高，從而使得2010年和2012年的江西省水資源綜合利用評價結果上升較大。但是值得注意的是，江西省水資源綜合利用能力雖然呈上升的趨勢，但也只是處于良好階段，也就是說，仍然有較大的提升空間。

江西省水資源與自然條件、社會發展、經濟系統、生態環境、技術水平等評價結果見圖2與表4。評價結果表明：

表3 評價指標權重值Tab.3 Evaluation index weight value

圖1 江西省水資源綜合利用評價結果Fig.1 Evaluation results of comprehensive utilization of water resources in Jiangxi Province

圖2 江西省水資源評價對比Fig.2 Comparison of water resources evaluation in Jiangxi Province

年份自然條件評價評價值等級社會發展評價評價值等級經濟系統評價評價值等級生態環境評價評價值等級技術水平評價評價值等級綜合利用評價評價值等級20060.820E10.629E20.299E40.825E10.380E40.589E320070.629E20.611E20.321E40.823E10.528E30.583E320080.733E20.628E20.346E40.825E10.517E30.606E220090.663E20.623E20.343E40.815E10.608E20.604E220100.881E10.629E20.384E40.818E10.509E30.632E220110.614E20.596E30.407E30.780E20.734E20.614E220120.882E10.634E20.446E30.784E20.562E30.646E220130.736E20.602E20.457E30.782E20.667E20.636E220140.817E10.613E20.491E30.778E20.639E20.652E220150.879E10.636E20.524E30.779E20.602E20.670E220160.878E10.636E20.554E30.760E20.586E30.670E220170.816E10.630E20.575E30.765E20.649E20.676E2

(1) 2006～2017年間，江西省水資源與自然條件的整體評價結果處于優良水平，基本處于上升趨勢。其中，2006，2010年和2012年降雨量較多，使得這幾年的自然資源評價結果有較大的波動。

(2) 2006～2017年間，江西省水資源與社會發展評價結果處于良好的水平。其中，2007，2011，2013年和2014年發生降低的主要原因是人均用水量較多，從而導致水資源與社會發展評價結果有所降低。

(3) 2006～2017年間，江西省水資源與經濟系統處于上升趨勢，評價結果從E4(較差)逐漸到E3(一般)的水平。這一成果得益于中國經濟發展進入新常態，江西省政府及時調整和優化經濟結構，將經濟增長從高速增長轉為中高速增長，使得經濟發展更加合理，經濟發展水平不斷提高。

(4) 2006～2017年間，水資源與生態和諧評價結果呈下降的趨勢，其主要原因是工業廢水和生活污水排放量的增加。因此，為了保證經濟發展與生態環境和諧發展，必須嚴格執行水資源管理“三條紅線”，處理好經濟發展與生態保護的關系。

(5) 2006～2017年間，水資源與技術水平總體呈上升的趨勢，其原因是江西省始終致力于推進可持續發展，貫徹執行節水方針，不斷推進技術革新。

4 結 論

本文以江西省為研究區域，構建了科學性、可操作性較強的水資源綜合利用評價體系，比較全面地分析評價了2006～2017年江西省水資源綜合利用的演變過程，針對存在的問題提出了適宜的解決方法，以期為合理開發利用水資源、提高用水效益提供技術參考，推動社會的可持續發展。評價結果反映出了2006～2017年間，江西省水資源的綜合利用能力基本上處于良好的水平，整體呈上升的趨勢；但同時也存在一些問題，歸納如下。

(1) 萬元GDP用水量較高。對此，可以通過循環用水來提高工業用水的重復利用率。

(2) 生態環境呈下降的趨勢。對此，可以加大對污廢水的處理能力，加強對污廢水排放的監管，將其處理后再排放。

(3) 農田灌溉水有效系數較低。可以采用加大農業節水改造力度，以灌區節水改造為重點，實施大、中、小型灌區續建配套與節水改造，采用噴灌、微灌等節水灌溉技術，積極推廣節水器具和節水產品，推進農業節水示范項目建設，有效提高農業用水效率；在工業生產方面，積極推進工業節水技術改造；對于生活方面，加強節水器具的普及和技術推廣。