贛南地區水資源承載力動態評價研究

肖雨琳，孟麗紅，王遠東

(1.贛南師范大學 地理與環境工程學院，贛州 341000；2.蘭州大學 資源環境學院，蘭州 730000)

水資源是必不可少的自然資源以及生命的基礎，但如今，缺水、水污染以及水安全等問題正阻擋城市經濟的快速發展與城市現代化進程。隨著中國水資源供需矛盾的日益緊張與最嚴格水資源管理體系的實施，許多學者開始關注水資源承載力的研究。任黎認為，在地區內一定社會經濟條件下，水資源可以支撐的最大經濟規模和人口數量就是水資源承載力，它與生活、工農業息息相關，是衡量水資源與社會經濟的重要因素之一[1- 3]。

迄今為止，國內外已有不少學者對某個地區的水資源承載力進行評價分析，以期從中得到合適的發展方法來適應未來的發展。通過對不同研究領域和內容的分析，可得知水資源承載力的研究涉及多個城市、地區和流域，分別在水資源利用[4- 10]、水資源承載力現狀[11- 16]以及未來水資源承載力[17- 21]等方面取得了很大進展。國內學者對水資源承載力問題，特別是計算方法方面進行了廣泛的研究，出現了主成分分析法、多元線性回歸模型、模糊物元模型等多種測度方法[22- 25]，為水資源承載力研究提供了重要的方法基礎。研究水資源的承載能力，有助于解決水資源變化引起的動態變化所帶來的利益和危害，理清水資源與產業生產和社會經濟發展的關系，并且根據對水資源承載力的研究和分析，預測未來的水資源，制定適當的發展戰略[26]。贛江和東江均發源于贛州，因此，贛州水資源質量與贛江、東江中下游地區社會經濟生活息息相關，而水資源總量與水資源承載力對城市發展十分重要，如何維持用水與經濟增長的平衡關系亦成為當今城市可持續發展的主要問題。

20世紀90年代以來，踐行可持續發展理念已深入人心，科學發展觀成為普遍意識，在水資源問題仍比較嚴重的中國，對水資源承載力進行研究并將其與可持續發展聯系起來已經成為不可阻擋的趨勢。本文運用模糊綜合評價法，對贛南地區水資源承載力的研究進行評價，得到贛南地區水資源承載力的發展趨勢，可為贛南地區經濟社會發展、水資源開發利用提供決策參考。

1 研究區概況與數據來源

贛南地區位于江西省南部，簡稱贛南，如圖1所示。現轄1區2市15縣，總面積39380km2，人口863萬(2017年)。它是江西省國土面積最大的城市，東鄰福建，南鄰廣東，西鄰湖南。贛州河流眾多，流域面積50km2以上的河流有253條，流域主要水系有贛江上游、東江、北江、漢江等。區域多年均徑流量336.53萬m3。全市地表水資源豐富，2017年人均水資源量為3189m3，年降水量為528.26億m3，森林覆蓋率為76.24%。章江、貢江是贛江的支流，分別由東南、西南向城中心城區流去，與此處匯合形成贛江。贛江作為江西省最大的河流，經吉安、南昌等地流入鄱陽湖；東江的源頭則位于贛南地區的尋烏、安源、定南等縣域，面積3502km2，約占東江流域總面積的十分之一。東江水源地水質穩定，水質良好，珠江三角洲地區飲用水主要靠東江源區來供給[27- 28]。

本文用于評價水資源承載力的指標基礎數據主要來源于2014—2018年《江西省統計年鑒》以及2013—2017年《江西省水資源公報》。

圖1 贛南地區研究區示意圖

2 研究方法

2.1 模糊層次綜合評價法

模糊層次綜合評價法，簡稱FAHP評價法，是一種將模糊綜合評價法(Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE)和層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)相結合的評價方法，一般是先根據AHP方法來進行評價因素的選取，然后通過FCE法對其進行綜合評價。

2.2 研究方法原理[29]

構建評價指標體系：為了確保評價系統的整體性和合理性，對水資源、生態環境以及社會經濟三個方面進行綜合評判，反映出當地水資源可持續利用情況以及水資源對生態環境以及社會經濟等方面的影響，從而制定出符合當地的發展方案。影響水資源承載力的因素有很多，本文從水資源、生態環境以及社會經濟三個子系統中選取合適的、具有影響力的代表性因素，來對水資源承載力進行評價研究。根據以往的研究成果以及贛南地區的水資源現狀、生態環境以及社會經濟狀況，選取了14個評價因素，見表1。

表1 贛南地區水資源承載力評價體系

確定評價指數標準：根據對前人評價標準的參考確定贛南地區水資源承載力評價指數標準，見表2。

表2 贛南地區水資源承載力評價指數標準

熵權法確定權重：確定兩個指標集U和V，U={u1，u2，u3…ui}為所有的評價因素所組成的一個集合，V={v1，v2，v3…vi}為所有的評價等級所組成的集合，并用熵權法計算出每個評價因素分別對應的權重Ai。

評價指標有效信息的內容以熵權大小表示，即熵權越大，評價指標對評價結果的影響越大；反之，評價指標熵權越小，有效信息的內容越低，重要性越低[30]。熵權法的方法步驟[31]及原始數據如下所示：

(1)

式中，xij—第i個樣本，第j個指標的值。首先進行數據標準化，設第k個類別所占比重為pij。

pij={pi1，pi2，…，pik，…，pij}，其中0≤pij≤1，

計算公式如下：

(2)

第j個指標的熵值為：

(3)

信息熵冗余度(差異)為：

ej=1-hj

(4)

各風險指標的權重為：

(5)

從而得到風險評價指標的熵權向量：

W=(w1,w2,…,wn)

(6)

模糊綜合評價模型：構建評價因素與評價等級間的隸屬函數得到所對應的評價矩陣R，其中rij為評價因素ui于評語vj的評價結果。

(7)

再次，利用模糊綜合算法進行計算，得到論域V上的一個模糊子集，即綜合評價結果B。其中，B=A×R。

由方法原理可以知道，矩陣R中的是評價因素對等級的隸屬函數所求得的，其值得推求可由實際對照各評價因素的評價分級指標進行推求計算。根據贛南地區的地域特點以及以往的研究成果，可確定評價等級V1、V2、V3的分級標準，見表3。

為了消除等級間數值相差不大但實際等級卻跨越一級的矛盾，我們應對隸屬函數進行模糊化處理。對于V2級即中間區間，將評價因素落在評價中點的隸屬度定為1，區間兩端點的隸屬度為0.5，并令隸屬度由中點向兩端遞減。對于V1或V3級，其臨界值對兩側的隸屬度均為0.5，而距臨界值越遠對該側區間的隸屬度越大。按上述規則構造各等級隸屬度函數計算公式，令V1和V2的臨界值為K1，V2和V3的臨界值為K3，則K2=(K1+K3)/2。

表3 綜合評價因素的分級指標

對于各評價因素，它所對應的隸屬度公式(8)-(10)[32]如下所示：

(8)

(9)

(10)

上式為k1>k2>k3時所應用的隸屬函數式，當k1

3 贛南地區水資源承載力評價

根據所確定的隸屬公式來計算各個子系統的評價因素所對應的評價等級的綜合評判值，得到矩陣R，再通過B=A×R得到矩陣B，見表4—6。

3.1 水資源子系統評價

從表4中可以得到，2013—2017年水資源子系統的評價指數整體呈上升狀態，只是2017年相比2016年低0.0095，由此可以看出贛南地區具備優勢水資源。

從2013—2017年水資源子系統的評價因素數據可以看出，2016年的年降水量數值比其余四年高出許多，但同年的水資源開發利用率則比其余四年低，差額最大為7.5%。由此可得年降水量的增大并不能促進水資源開發利用率的增大，但是隨著技術的進步，水資源開發利用率在不斷升高，還有很大的上升趨勢。近五年人均用水量與有效灌概率均先減少，而在2017年則增大，但相比2013年仍下降了，工業用水率有波動但并不是很大，這些數據表明贛南地區經濟發展追求穩中求進。2013—2017年水資源子系統對V3的隸屬度很大而對V1的隸屬度很小，綜合評判值區間為[0.89，0.90]，說明水資源子系統的承載力很強，水資源現狀整體處在一個良好的狀態，缺水狀態沒有發生，但水資源開發利用率總體仍較低，隨著經濟社會的發展，提高水資源開發利用率對當地的水環境系統以及社會經濟發展具有重要的影響。

表4 水資源子系統承載力評價結果

3.2 生態環境子系統評價

根據表5可得，與其他子系統相比，2013—2017年生態環境子系統的評價指數變化趨勢非常明顯，最大差額為0.3063。由統計的數據可得，近幾年COD排放量與生態用水率在逐年增加，城市污水處理率增大幅度非常明顯。雖然COD排放量逐年增加但是增加幅度并不高，至2017年底COD排放量約為8.4920萬t，說明隨著經濟社會的發展，贛南地區堅持可持續發展這一理念，加強對生態環境的保護與利用，在不斷加強對污水治理的同時兼顧生態發展。由生態環境子系統的評價指數可以看出生態環境子系統對V2級的隸屬度最高而對V1級的隸屬度最低發展到2017年的對V2、V3的隸屬度接近持平，說明贛南地區的生態環境狀況在逐年變好，對贛南地區水資源承載力的貢獻率也逐年增加。

表5 生態環境子系統承載力評價結果

3.3 社會經濟子系統評價

由統計數據得出，2013—2017年贛南地區人均GDP達到23480元，2017年相比2013年的增長率高達48.72%，呈逐年增長趨勢，經濟的快速發展使農民人均可支配收入與城鎮人口比例也逐年增高，而萬元GDP用水量則逐年下降，工業就業人數逐年減少而第三產業就業人數逐年增多，三次產業結構比例為7.9∶47.0∶45.1。總體來看，社會經濟子系統的評價指數呈總體上升趨勢(由2013年的0.5743到2017年的0.7275)，而該子系統由原先的對V2級的隸屬度最高到對V2級的隸屬度逐年減小而對V3級的隸屬度逐年增大，表明社會經濟子系統對水資源承載力的貢獻率逐漸增大，能為贛南地區水資源承載力帶來的收益也逐步增多。

表6 社會經濟子系統承載力評價結果

3.4 贛南地區水資源模糊綜合評價

通過對2013—2017年的三個子系統的綜合得分運用加權法進行計算，得出其最終得分并對其進行排序見表7，并對照贛州水資源承載力評價指數標準得出所對應的等級，見表2，并繪制出對應的折線圖，如圖2所示。

表7 贛南地區水資源承載力綜合評價結果

圖2 贛南地區水資源承載力各子系統評價指數 以及綜合評價指數

2013—2017年水資源承載力整體呈上升趨勢，評價等級從2013年的良好到2017年的強，說明贛南地區正逐漸往水資源與生態、社會經濟協調發展的方向發展。通過對三個子系統的評價分析可以看出，生態環境與社會經濟兩個子系統的貢獻率差別并不是很大，而貢獻率最高的就是水資源子系統。2013—2017年，贛南地區經濟運行繼續保持穩中求進的發展趨勢，農業發展狀態穩定，工業生產在穩定中尋求突破，重點服務業較快發展，這種發展趨勢對贛南地區的水資源承載力也有很大改善。然而，前四年三個子系統的評價量均呈上升狀態時，水資源承載力綜合評價指數上升趨勢很明顯。在2017年的水資源子系統與生態環境子系統的影響下，雖然水資源承載力的綜合指數有增加，但增加幅度相比前幾年明顯減小很多。

4 結論與討論

根據對贛南地區水資源承載力的分析評價，可以得出以下結論：

(1)贛南地區的水資源狀況優良，水資源充足，且呈現一個整體變好的趨勢，逐漸往水資源與生態、社會經濟協調發展的方向發展。

(2)贛南地區的水資源利用率雖然在逐年增高，但是總體還是比較低，有很大的提升空間。

(3)要想促進水資源承載力與生態環境、社會經濟的協調發展，首先應確保水資源承載力子系統這個基石狀態良好，在發展中生態環境與社會經濟發展為輔助，三者共同發展。

贛南地區是個欠發達城市，經濟發展沒有發達城市那么迅速，而正因為這點，它的水資源承載力處在優良狀態，水資源系統所承受的壓力仍處在可承受的范圍內，贛南地區的水資源與生態社會經濟具有很大發展空間，以下給出幾點建議：一是在水資源開發利用方面，應大力引進高效率設備，積極進行水資源利用技術創新，盡量減少水資源在工業、農業等方面的水浪費。二是在生態環境方面應做到全民節水，盡量減少水資源的故意浪費，培養全民節水觀念，推廣使用環保能源，推進全民節水與環保工作的順利進行。三是提高污水處理技術，建立高效合理的污水排放管理制度，加強對水資源的保護與開發。