基于集對(duì)分析的新疆南疆地區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)

于春平

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊830002）

水是人類社會(huì)賴以生存的自然資源之一，是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的主要因素。然而由于氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水問(wèn)題日趨嚴(yán)重。為了解決水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，眾多學(xué)者開(kāi)展了水資源承載力的研究。水資源承載力研究分為兩方面：一是通過(guò)計(jì)算得到最大人口數(shù)或經(jīng)濟(jì)規(guī)模，如多目標(biāo)分析法[1]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法[2，3]；二是水資源承載狀況評(píng)價(jià)，如可變模糊評(píng)價(jià)方法[4]、投影尋蹤方法[5]、模糊綜合評(píng)價(jià)方法[6]、PSR[7]等。本文主要是研究在“三條紅線”用水總量控制下，運(yùn)用集對(duì)分析方法，對(duì)南疆地區(qū)2016 年、2030 年水資源承載狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

集對(duì)分析是趙克勤于1989 年提出處理確定與不確定系統(tǒng)問(wèn)題的一種方法[8]，后學(xué)者將其引入水資源水環(huán)境系統(tǒng)評(píng)價(jià)中[9,10]，其方法可行有效[11]。集對(duì)分析法應(yīng)用于水資源承載力評(píng)價(jià)，將水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為兩個(gè)集合，構(gòu)成一個(gè)集對(duì)。求解每個(gè)集對(duì)的聯(lián)系度表達(dá)式，計(jì)算聯(lián)系度數(shù)，對(duì)不同指標(biāo)的聯(lián)系度數(shù)求加權(quán)和得到平均聯(lián)系度數(shù)，根據(jù)平均聯(lián)系度數(shù)的大小即可判斷各指標(biāo)所屬等級(jí)。

1 研究范圍

以天山為界，將新疆分為南北兩部分，天山以南為南疆。南疆有九大水系一條干流，均屬于塔里木河流域，水資源三級(jí)區(qū)12 個(gè)，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)在和田河流域、葉爾羌河流域、喀什噶爾河流域、阿克蘇河流域、渭干河流域、開(kāi)孔河流域、克里雅河諸小河、車爾臣河諸小河和塔里木干流共9 個(gè)三級(jí)區(qū)都有分布。此次研究范圍為兵團(tuán)所在的流域，因水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及水資源總量與水資源可利用量?jī)蓚€(gè)因素，塔里木河干流無(wú)此量值，不對(duì)這個(gè)區(qū)域水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 基于集對(duì)分析的南疆水資源承載力評(píng)價(jià)

2.1 水資源承載力指標(biāo)體系構(gòu)建

借鑒其他學(xué)者研究成果，選取10 個(gè)指標(biāo)建立3 個(gè)層次的南疆水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。按照10 個(gè)評(píng)判因素對(duì)南疆地區(qū)水資源承載力的影響程度，參考相關(guān)的研究成果和水資源一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將這10 個(gè)評(píng)價(jià)因素劃分為3 個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。V1表示流域狀況較好，水資源開(kāi)發(fā)利用潛力較大，水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有保障；V3表示流域狀況較差，水資源承載力達(dá)到極限，無(wú)開(kāi)發(fā)利用潛力；V2介于V1和V3兩級(jí)之間，表明流域水資源開(kāi)發(fā)利用具有一定的規(guī)模，有一定的開(kāi)發(fā)利用潛力。

表1 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

現(xiàn)狀2016 年指標(biāo)通過(guò)統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，2030 年指標(biāo)根據(jù)《新疆塔里木河流域綜合規(guī)劃》、“三條紅線”等資料進(jìn)行預(yù)測(cè)分析得到，見(jiàn)表2。

表2 南疆地區(qū)2016 年和2030 年水資源承載能力指標(biāo)表

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

層次分析法將多種因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)分成若干個(gè)層次，根據(jù)專家對(duì)兩兩因素重要性判斷打分，通過(guò)數(shù)學(xué)模型得到指標(biāo)權(quán)重。采用層次分析法得到南疆水資源承載力各指標(biāo)權(quán)重，Wi=（0.318 4，0.183 8，0.071 9，0.050 9，0.036 2，0.036 2，0.033 8，0.017 4，0.012 9，0.238 5）。

2.3 聯(lián)系度表達(dá)式

依據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)特性，可將其分為越大越優(yōu)型和越小越優(yōu)型。對(duì)于越大越優(yōu)型指標(biāo)（正向指標(biāo)）和越小越優(yōu)型指標(biāo)（負(fù)向指標(biāo)），評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度為：

式中：S1，S2，S3分別為評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)的門限值；s為水資源承載力評(píng)價(jià)樣本；k為評(píng)價(jià)指標(biāo)；x為評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值。

2.4 水資源承載力等級(jí)判斷

求出各指標(biāo)相對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度后，再根據(jù)下式得出評(píng)價(jià)對(duì)象的平均聯(lián)系度。

式中：Ak為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，∑Ak=1。

針對(duì)各地區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)樣本s，比較us中a，b，c的相對(duì)大小，即可判斷出該區(qū)域水資源承載力所屬等級(jí)：若max [a，b，c]=b，則判為II級(jí)；若max[a，b，c]=a，且a+b≥0.7，則判為I 級(jí)，否則判為 II 級(jí)；若 max[a，b，c]=c，且b+c≥0.7，則判為III 級(jí)，否則判為II 級(jí)。

根據(jù)式（1）—（3）求得南疆8 個(gè)流域2016 年和2030 年水資源承載力平均聯(lián)系度，見(jiàn)表3。通過(guò)對(duì)比分析，判斷各流域水資源承載力等級(jí)，見(jiàn)表4。

表3 南疆水資源承載力平均聯(lián)系度表

表4 南疆水資源承載力等級(jí)

2.5 南疆水資源承載力評(píng)價(jià)

2016 年和2030 年，和田河流域、葉爾羌河流域、喀什噶爾河流域、阿克蘇河流域、渭干河和開(kāi)孔河流域，水資源承載力等級(jí)為III 級(jí)，表明這6 個(gè)流域水資源承載力達(dá)到極限，無(wú)開(kāi)發(fā)利用潛力，水資源處于不可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用狀態(tài)。

2016 年，克里亞河諸小河和車爾臣河諸小河流域水資源承載力等級(jí)為II 級(jí)，至2030 年，隨著灌區(qū)節(jié)水改造和退地減水的實(shí)施，水資源承載力等級(jí)達(dá)到I 級(jí)，表明這兩個(gè)流域水資源有較大的承載力，水資源開(kāi)發(fā)利用潛力較大，可保障流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

南疆除克里亞河諸小河和車爾臣河諸小河，其余6 個(gè)流域水資源開(kāi)發(fā)利用率均達(dá)到80%以上，已達(dá)到相當(dāng)大的規(guī)模，無(wú)開(kāi)發(fā)利用潛力。未來(lái)可通過(guò)外流域調(diào)水，減少源流向塔河干流下泄水量，增加流域水資源可利用量，同時(shí)提高水資源利用效率，減少社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水量等措施提高流域水資源承載力。