基于四元效應全偏聯(lián)系數(shù)的區(qū)域水資源承載力評價

關鍵詞：水資源承載力；四元效應全偏聯(lián)系數(shù)；減法集對勢；半偏減法集對勢；淮北平原

中圖分類號：ＴＶ２１３．４ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０１５

引用格式：劉凌，陳浩，周戎星，等．基于四元效應全偏聯(lián)系數(shù)的區(qū)域水資源承載力評價［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：６９－７５．

水資源與人類的生存發(fā)展休戚相關，科學評價水資源承載力可為合理利用及保護水資源提供依據(jù)［１］ 。水資源承載力是用來衡量水問題發(fā)展趨勢的重要綜合性指標［２］ ，同樣也是判斷區(qū)域水資源是否可持續(xù)利用的指標［３］ 。國外一般將水資源承載力納入可持續(xù)發(fā)展研究中，常用可持續(xù)利用水量表征［４］ 。我國對水資源承載力的研究較多，成果也很豐富，其研究方法主要有集對分析法［５］ 、系統(tǒng)動力學法［６］ 、模糊綜合評價法［７］ 、主成分分析法［８］ 等。魯佳慧等［９］ 將壓力－環(huán)境－響應（ＰＳＲ）模型和物元可拓模型相耦合，對宿遷市的水資源承載力變化趨勢進行預測，結果表明宿遷市水資源承載力不容樂觀，原因是經濟社會發(fā)展與城鎮(zhèn)化發(fā)展導致水資源緊缺。李征等［１０］ 將半偏聯(lián)系數(shù)和動態(tài)減法集對勢相結合，利用遷移率矩陣修正聯(lián)系數(shù)分量值，解釋了研究對象內部聯(lián)系數(shù)的分量動態(tài)變化趨勢，并運用到安徽省水資源承載力評價中。薛晴等［１１］提出了ＢＰ 神經網絡－系統(tǒng)動力學耦合模型，并將其運用到江蘇省水資源承載力評價中，結果表明江蘇省近年來水資源承載力不斷下降，難以滿足經濟社會發(fā)展的需要。趙克勤等［１２］ 提出了一種新的聯(lián)系數(shù)的伴隨函數(shù)——偏聯(lián)系數(shù)，可從微觀角度更精確地評價集對事件的發(fā)展趨勢。金菊良等［１３－１５］ 提出了減法集對勢這一新的伴隨函數(shù)，將其和偏聯(lián)系數(shù)結合得到三元半偏減法集對勢以及五元半偏減法集對勢，并運用到水資源承載力評價中，得到了較為滿意的結果。

筆者在金菊良等［１６］ 的研究基礎上，將三元聯(lián)系數(shù)中的差異度ｂ 分為偏同差異度ｂ_１ 與偏反差異度ｂ_２，提出四元效應全偏聯(lián)系數(shù)。與三元效應全偏聯(lián)系數(shù)相比，四元效應全偏聯(lián)系數(shù)能夠更精確地解釋集對事件在微觀情況下的發(fā)展趨勢。將四元效應全偏聯(lián)系數(shù)運用到淮北平原水資源承載力評價當中，以期為解決水資源復雜系統(tǒng)中的不確定性問題提供參考。

２實例應用

２．１評價等級標準及權重

參考文獻［１４］，建立淮北平原水資源承載力評價指標體系、評價指標權重和相應標準等級，見表１。

２．２評價結果

通過查閱《安徽統(tǒng)計年鑒》等相關資料，整理獲得２０１１—２０１９ 年淮北平原６ 個地級市水資源承載力各項評價指標的樣本數(shù)據(jù)。利用式（１） ～ 式（４） 計算６個地級市各個指標的四元聯(lián)系數(shù)分量，再利用式（５） ～式（８）計算出６ 個地級市水資源承載力的綜合四元聯(lián)系數(shù)分量，最后利用式（９）得出相對應的評價等級，結果見表２。

由表２ 可知：淮北平原６ 個地級市的評價等級大多處于２ 級（臨界可載）到３ 級（臨界超載）之間，說明其水資源承載力不容樂觀。２０１１—２０１７ 年，６ 個地級市的聯(lián)系數(shù)相對應的評價等級整體處于減小趨勢，從３ 級（臨界超載）向２ 級（臨界可載）過渡，說明水資源承載力有所上升；２０１８—２０１９ 年，評價等級明顯增大，說明水資源承載力下降幅度較大。由此可見，雖然研究時段淮北平原的水資源承載力有所提升，但不穩(wěn)定，需進一步采取相應措施進行管控。

根據(jù)表２ 中２０１１—２０１９ 年淮北平原水資源承載力評價的四元聯(lián)系數(shù)分量，計算出四元效應全偏聯(lián)系數(shù)，并與四元減法集對勢、四元半偏減法集對勢進行對比，結果見表３。

從表３ 可以看出，３ 種方法得出的６ 個地級市水資源承載力態(tài)勢基本一致，只有蚌埠和阜陽的有細微差別，運用四元效應全偏聯(lián)系數(shù)算出的蚌埠２０１５ 年和阜陽２０１６ 年態(tài)勢為偏反勢，其他兩種方法得出的均為均勢。為了進一步直觀對比３ 種方法的優(yōu)劣，將３ 種方法的聯(lián)系數(shù)值隨年份的變化規(guī)律繪制成折線圖，見圖１。

（１）從時間來看：①淮北２０１１—２０１４ 年的四元效應全偏聯(lián)系數(shù)在－０．２９４至－０．２３７ 之間變化，在６ 個地級市中最穩(wěn)定；亳州的四元效應全偏聯(lián)系數(shù)變化較大，先從２０１１ 年的－０．４１３ 升至２０１２ 年的－０．２６５，再降至２０１３ 年的－０．３２２，然后升至２０１４ 年的－０．１５８；宿州、蚌埠、淮南２０１１—２０１４ 年四元效應全偏聯(lián)系數(shù)變化趨勢一致，都在２０１１—２０１２ 年呈下降趨勢，２０１２—２０１４ 年呈上升趨勢；淮北２０１１—２０１４ 年四元效應全偏聯(lián)系數(shù)呈上升趨勢。②２０１４—２０１５ 年僅有淮南的四元效應全偏聯(lián)系數(shù)呈上升趨勢，淮北、亳州、宿州、蚌埠、阜陽四元效應全偏聯(lián)系數(shù)均呈下降趨勢，其中亳州和阜陽下降趨勢較大，分別從－０．１５８ 降至－０．２３２、從－０．２７６降至－０．３７０。③２０１５—２０１８ 年６ 個地級市四元效應全偏聯(lián)系數(shù)總體呈上升趨勢，僅有淮北２０１６—２０１７年、亳州和阜陽２０１７—２０１８ 年呈下降趨勢。④２０１８—２０１９ 年６ 個地級市的四元效應全偏聯(lián)系數(shù)均呈下降趨勢，且下降幅度較大。由上述分析可知，淮北平原整體水資源承載力狀況在２０１１—２０１８ 年逐漸改善，但２０１８—２０１９ 年的水資源承載力下降幅度較大， 由《２０１９ 年安徽省水資源公報》可知，２０１９ 年６ 個地級市的降水量分別為６１１．７、５６６．８、５９３．４、６１４．９、５５２．１、５６０．５ ｍｍ，而安徽省２０１９ 年平均降水量為９３５．８ ｍｍ，淮北平原各地級市的年降水量均小于全省年平均降水量，因此可知２０１８—２０１９ 年降水量少是淮北平原水資源承載力下降的主要因素。

（２）從空間上看，宿州、蚌埠２ 個地級市位于其他４ 個地級市的東部，而東部的水資源狀況較好，由表３可知，這２ 個地級市處于偏反勢的年份較少，而淮北、亳州、阜陽、淮南偏反勢的年份較多，主要原因是其水資源狀況不佳，因此應該著重對這４ 個地級市的水資源承載力進行調控。

（３）３ 種方法產生的６ 個地級市的水資源承載力態(tài)勢略有不同，蚌埠２０１５ 年、阜陽２０１６ 年的四元效應全偏聯(lián)系數(shù)均表現(xiàn)為偏反勢，而其他兩種方法表現(xiàn)為均勢，原因是計算出的聯(lián)系數(shù)在－０．２ 左右，位于偏反勢和均勢的臨界狀態(tài)，導致四元效應全偏聯(lián)系數(shù)方法與其他兩種方法得出的態(tài)勢不同，整體上來說３ 種方法得出的態(tài)勢基本一致。

（４）２０１１—２０１４ 年，淮南、宿州、蚌埠、阜陽、淮北這５ 個地級市３ 種方法計算出的聯(lián)系數(shù)均呈增大趨勢，僅亳州２０１２—２０１３年的聯(lián)系數(shù)呈下降趨勢，但四元效應全偏聯(lián)系數(shù)較其他兩種集對勢下降幅度稍大，從－０．２６５（偏反勢）下降到－０．３２２（偏反勢），說明有擾動的情況下，四元效應全偏聯(lián)系數(shù)方法與其他兩種方法相比，計算過程更合理、評價方法更加可信。

３結語

（１）四元效應全偏聯(lián)系數(shù)、四元減法集對勢、四元半偏減法集對勢這３ 種方法各有優(yōu)劣，運用這３ 種方法對區(qū)域水資源承載能力進行評價時，四元效應全偏聯(lián)系數(shù)方法比其他兩種方法的計算過程更合理、評價結果更加可信。

（２）２０１１—２０１９年淮北平原的水資源承載能力整體較差且不穩(wěn)定，特別是２０１８—２０１９ 年水資源承載力有下降趨勢，需采取措施進行管控，比如通過跨流域調水、調整產業(yè)結構、提高公眾的節(jié)水意識和用水效率等，合理調控水資源供需狀況，倡導水資源節(jié)約集約利用，不斷提升水資源承載力。

（３）四元效應全偏聯(lián)系數(shù)與四元減法集對勢、四元半偏減法集對勢方法應用于淮北平原水資源承載力評價所得到的結果基本一致，但在受擾動的情況下四元效應全偏聯(lián)系數(shù)方法所得結果的可信度更高。

【責任編輯 張華興】