基于ELECTREⅢ的湟水流域水資源可持續利用能力評價

摘要：

水資源可持續利用能力研究對中國西北缺水地區實現水資源可持續管理和發展具有十分重要的意義。根據湟水流域特征，從氣候因素、水資源系統和社會經濟3個方面構建了水資源可持續利用能力評價指標體系，并引入ELECTRE Ⅲ評價法評價了湟水流域水資源可持續利用能力狀況。結果表明：湟水流域水資源的整體可持續利用能力為中等水平；氣候因素和社會經濟特征是影響湟水流域水資源可持續利用能力的主要因素。為提高湟水流域水資源可持續利用能力，應加強流域水資源綜合管理、推進外流域調水、加強流域節水和非常規水資源利用和加強河流水環境綜合整治等。研究成果可為缺水地區水資源可持續利用能力評價和優化流域水資源管理提供參考。

關" 鍵" 詞：

水資源可持續利用能力； ELECTRE Ⅲ評價法； 隸屬度； 氣候因素； 湟水流域； 缺水地區

中圖法分類號： TV213.4

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.01.015

收稿日期：2024-06-07；接受日期：2024-09-11

基金項目：

國家自然科學基金聯合基金項目（U2243236）；亞行貸款L3443-PRC青海省海東城鄉環境治理項目（HD-CB-CS4）

作者簡介：

樊立娟，女，工程師，博士研究生，主要從事生態流量分析研究工作。E-mail：Fanlj87@hotmail.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號：1001-4179（2025） 01-0110-07

引用本文：

樊立娟，黎嶸嵐，高舉.

基于ELECTREⅢ的湟水流域水資源可持續利用能力評價

［J］.人民長江，2025，56（1）：110-116.

0" 引 言

水資源是支撐流域生態系統良性循環和社會經濟可持續發展的基礎性與戰略性資源，水資源高效利用也是新時期落實新發展理念的重要內容［1-2］。但是地球上淡水資源有限，全球有50%以上的人口面臨著水資源不足問題［3］。中國的人均水資源短缺問題更為嚴重，占有量不足世界人均水平的1/4［4］，且水資源時空分布差異顯著。在氣候變暖和人類活動影響不斷加劇的背景下，水資源短缺和水環境污染等問題使得流域水資源可持續發展能力受到了一定的影響，水資源短缺問題已成為流域可持續發展的瓶頸，成為新時期新發展的主要障礙之一［2，5-6］。

水資源可持續利用能力評價能夠量化流域水資源可持續利用的程度，客觀反映其水資源安全狀況，是流域水資源規劃管理的基礎［7-8］。水資源可持續利用能力評價一般是建立科學的評價指標體系，采用可行的數學方法進行評價［9-11］。水資源系統的復雜性導致水資源可持續利用評價結果存在片面性和不確定性［12］。因此，指標體系的構建和評價方法與模型的選擇成為水資源可持續利用能力評價的核心［13］。近年來，國內外學者主要采用的水資源可持續利用能力評價方法有綜合指數法、層次分析法［14］、生態足跡法［15］、模糊綜合評價等。如，Tang等［16］基于可持續發展理論采用模糊綜合評價法評價了寧夏的水資源可持續利用動態趨勢；李冰瑤等［17］采用層次分析法評價了缺水地區水資源可持續利用能力；Chen等［18］采用改進的水資源生態足跡模型對京津冀地區的水資源可持續利用能力進行了評價，并對京津冀水資源地區的可持續發展進行了不確定性分析；崔建偉［19］采用綜合指數評價法評價了蘇格里經濟開發區的水資源利用水平。可見，水資源可持續利用評價理論相對成熟。

由Benayoun等提出的ELECTRE（elimination et choice translating reality） 方法是應用比較普遍的一種系統決策方法［20］，經過長期發展形成ELECTRE Ⅱ、ELECTRE Ⅲ等改進版本。該方法引入了嚴格優先閾值、無差異閾值和否決閾值的概念，能夠處理決策過程中涉及的模糊性和不確定性，在評價備選方案時可以更靈活地表達決策者的偏好，與模糊評價法相比，不需要將所有不確定性模糊化，同時計算比較簡潔，結果相對直觀，已經在能源規劃管理、小企業信用風險評價等方面得到了廣泛應用［21-22］，但是在水資源研究領域應用相對較少，有必要引入ELECTRE Ⅲ模型拓展水資源可持續利用評價方法。

湟水河是黃河流域上游最大支流，目前存在水資源短缺、水質污染和管理不善問題，影響流域內城市的經濟社會可持續發展。本次研究選擇湟水流域為典型案例，根據湟水流域特征，從系統的角度出發，構建湟水河水資源可持續利用能力評價指標體系，引入ELECTRE Ⅲ評價法，分析流域水資源可持續利用能力現狀及主要制約要素，以期為湟水流域水資源健康管理和可持續發展提供參考和建議。

1" 評價方法

1.1" 研究區概況

湟水流域位于黃河上游，流經青海省東北部和甘肅省蘭州市西部，介于北緯34°40′～37°28′，東經98°30′～103°15′（圖1），流域面積達32 863 km2。湟水的源頭位于海晏縣的包呼圖山，河流全長374 km，流域內擁有大通河、藥水河、西納河、北川河等多條支流，構成樹枝狀的水系結構。流域年降水量為300～500 mm，年均蒸發量則高達800～1 500 mm，年平均徑流量為46.5億m3，年平均輸沙量為0.24億t。大通河作為主要支流，其年平均徑流量達28.6億m3［23］。

湟水流域是青海省的經濟、政治和文化中心，同時也是主要的農業生產基地。河湟谷地集中了青海省近60%的人口、52%的耕地、72%以上的工礦企業，是青海省經濟發展的重要支柱［24］。湟水流域的水資源總量相對較少，但對區域發展至關重要。當前湟水流域的水資源開發利用率已經超過50%，特別是在西寧地區，水資源的開發利用率高達72.9%，遠超安全警戒線［25］。按照黃河水利委員會《湟水流域綜合規劃》，2020年湟水流域缺水量1.24億m3，2030年缺水量5.08億m3［26］，水資源短缺形勢嚴峻。此外，湟水河還面臨水環境問題，根據《2014年青海省水環境質量年報》，湟水干流西寧—民和干流段，水質為Ⅳ類，部分河段屬于Ⅳ類［23］。經過多年治理，2023年水質均達到Ⅲ類及以上，水環境質量總體穩中向好。但是汛期水土流失和環境污染等問題仍然突出，需要進一步加強生態保護和治理［27］。為了促進湟水流域的可持續發展，亟需進行全面的水資源可持續利用能力評估，分析制約因素，為未來流域水資源可持續發展提供參考。

1.2" 水資源可持續利用能力評價指標體系與評價標準

1.2.1" 水資源可持續利用能力評價指標體系建立

流域水資源可持續利用能力是水資源自然屬性的外在表現形式，并容易受氣候變化（降水量、干旱指數等）、水資源開發利用（缺水率、水質達標率等）等外在因素擾動。由此結合湟水流域水資源的實際情況，將影響水資源可持續利用能力的主要指標分為氣候因素指標、水資源系統指標和社會經濟指標3類，根據科學性、合理性和可操作性原則構建湟水流域水資源可持續利用能力評價指標體系（表1）。

1.2.2" 指標分級標準的確定

將水資源可持續利用能力劃分為5個等級，即Ⅰ級低可持續利用能力、Ⅱ級較低可持續利用能力、Ⅲ級中等可持續利用能力、Ⅳ級較強可持續利用能力和Ⅴ級強可持續利用能力。本次研究參考文獻資料和依據研究區自然社會經濟特征［17，19，23，26］，確定湟水流域各單項指標分級標準，詳見表2。

1.3" ELECTRE Ⅲ評價法

ELECTRE Ⅲ是一種多準則決策分析方法，主要用于處理復雜的決策問題，特別是存在多個沖突準則時。該方法屬于ELECTRE方法系列中的一種，引入了嚴格優先閾值、無差異閾值和否決閾值，用于描述決策者對不同準則的敏感度和容忍度。ELECTRE Ⅲ的核心是通過對多個備選方案進行綜合評價，確定其優劣排序［28］。

1.3.1" 構建評價矩陣

構建m個評價對象n個指標的判斷矩陣，將評價指標體系的數據序列視為評價對象，即該方案的屬性值：

R=［xij］mn（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）（1）

式中：R為m個評價對象n個指標的判斷矩陣。

1.3.2" 設定閾值

嚴格優化閾值pj：

pj=1m（aijmax-aijmin）（2）

無差異閾值qj：

qj=0.3pj（3）

否決閾值vj：

vj=mpj（4）

式中：aijmax，aijmin分別為屬性值的最大值與最小值。上述3個閾值均由決策人確定，通常取固定值，否決閾值一般為嚴格優先閾值的3倍。對于任意的屬性j，滿足vj≥pj≥qj≥0。

1.3.3" 和諧指數計算

局部和諧指數計算公式如下：

cj（a，b）=

0，""" gj（a）+pj≤gj（b）

1，""" gj（a）+qj≥gj（b）

gj（b）-（gj（a）+pj）qj-pj，其他

（5）

式中：cj（a，b）為局部和諧指數；gj（a）為方案a在j指標上的評價準則；gj（b）為方案b在j指標上的評價準則。

和諧指數計算：

c（a，b）=1nj=1wjnj=1wjcj（a，b）（6）

式中：wj表示準則gj的相對重要權重部和諧性指數。

1.3.4" 不和諧指數計算

dj（a，b）=

0，""" gj（a）-gj（b）≤pj

1，""" gj（a）-gj（b）≥vj

gj（b）-（gj（a）+pj）qj-pj，其他（7）

式中：dj（a，b）為不和諧性指數，表示屬性 j 上方案a劣于b的程度。

1.3.5" 可信度計算

對于所有j∈J，可信度計算公式如下：

S（a，b）=c（a，b），""""""" dj（a，b）≤c（a，b）

c（a，b）∏1-dj（a，b）1-c（a，b），其他（8）

式中：可信度S（a，b）是指計算論斷 a＞b（a優于b）的測度；dj（a，b）是指在屬性j拒絕b級別高于a，即指方案a劣于方案b的程度。

對可信度結果進行排序，排序結果用B（ai）表示。根據湟水流域評價結果與評價等級評價結果之間的排序確定湟水流域水資源可持續利用能力評價級別。

1.4" 數據來源

數據來源于《青海省水資源公報》（2010～2018年），《青海省統計年鑒》（2010～2018年），《青海省環境狀況公報》（2010～2018年），《湟水流域綜合規劃》（水總規〔2014〕1182號）、《青海省湟水干流區水資源配置工程規劃》（2021年11月）和《青海省第二次水資源調查評價報告》（2017年）等文獻。采用湟水河流域2010～2018年平均值作為評價數據。

2" 結果分析

2.1" 評價結果分析

基于ELECTRE Ⅲ水資源可持續利用能力評價方法共設置5個評價對象，即湟水流域多年指標數值與4種標準方案。將湟水流域多年平均數據視為方案A1，其指標數據定義為方案A1的屬性值。分別定義標準方案Ah、Af、Ag、Ae，其屬性值為各指標標準區間的臨界值，并視為方案A2～A5，湟水流域與標準方案關系如圖2所示。根據熵權法和閾值確定權重［29］，得到指標權重和閾值如表3所列，其中C1～C15依次代指表2指標層的指標。根據ELECTRE Ⅲ方法，對5種方案進行比較，結果如表4所列。評價對象排序如下：Aegt;Aggt;湟水流域（A1）gt;Afgt;Ah，湟水流域的可信度S（a，b）結果為0，位于Ag與Af方案之間，因此湟水流域水資源可持續利用能力為第Ⅲ等級，中等可持續利用能力水平。

為了驗證評價結果的合理性，基于以上數據，利用模糊綜合評價法進行評價［29-30］，確定湟水流域水資源可持續利用能力評價指標的權重向量為

A=［0.055 4，0.022 2，0.097，0.027 7，0.097，

0.055 4，0.055 4，0.031 2，0.083 1，0.069 3，

0.038 5，0.022 16，0.027 7，0.077，0.041 5］

（9）

計算得到湟水流域水資源可持續利用能力模糊綜合評價模型結果為

Y=A·R=［0.175，0.168，0.507，0.108，0.042］（10）

根據最大隸屬度原則可知，在多個可能結果中隸屬度最大值的結果為最可能的結果。上述模糊綜合評價結果的最大隸屬度為0.507，屬于第Ⅲ等級，因此湟水流域水資源可持續利用能力為第Ⅲ等級，中等可持續利用能力水平。評價結果與ELECTRE Ⅲ方法結果一致。

2.2" 影響因素分析

對比ELECTRE Ⅲ方法和模糊綜合評價法計算的權重結果（圖3），在模糊綜合評價法中，干旱指數（C3）、缺水率（C5）、人均水資源量（C9）、萬元工業產值用水量（C14）的占比較高，說明上述指標對水資源可持續利用能力影響較大。模糊評價法在計算時傾向于對這些關鍵指標進行整體評分，通過模糊化處理來綜合評價多個方案。然而，這種方法的缺陷在于，如果某些指標數據存在不確定性或沖突性，模糊評價法可能無法充分反映這些差異。相對而言，ELECTRE Ⅲ方法更注重細化對方案的排序，通過考慮偏好和不確定性閾值，在評價過程中充分表達了不同指標的重要性。例如，ELECTRE Ⅲ結果中，降水集中程度（C2）、水功能區水質達標率（C8）和人口密度（C11）成為更具影響力的指標。這說明ELECTRE Ⅲ方法在對水資源可持續利用能力進行綜合評價時，除了關注水資源量，還考慮了水資源分布的時間和空間特征（降水集中程度和人口密度）以及水質達標率等生態因素。

綜合來看，降水集中程度（C2）、干旱程度（C3）、缺水率（C5）、水功能區水質達標率（C8）、人均水資源量（C9）、農田灌溉畝均用水量（C13）對于水資源可持續利用能力影響較大。降水集中程度高意味著水資源在時間分布上不均衡，容易導致雨季水資源過剩和旱季水資源短缺。這種不均衡性增加了水資源管理和調配的難度，影響了水資源的可持續利用，湟水流域受半干旱氣候影響，降水集中程度高，導致水資源時間分布不均，加劇了干旱程度和缺水問題。同時，工業污染嚴重，水功能區水質達標率低，影響了水資源的利用價值。人均水資源量低，且農田灌溉用水浪費嚴重，進一步加劇了水資源緊張狀況。因此，降水集中程度、干旱程度、缺水率、水功能區水質達標率、人均水資源量和農田灌溉畝均用水量這6個指標對湟水流域水資源可持續利用能力具有重要影響，在今后的管理中應當重點關注。

3" 對策與建議

根據對湟水流域水資源可持續利用能力重點指標的深入分析，提出一系列具有針對性的對策建議：

（1） 強化水資源統一管理和調度機制。湟水流域水資源相對缺乏，各行業用水矛盾十分突出，且部分河段存在水污染問題，用水效率不高，經濟社會發展受到了水資源不足的嚴重制約。湟水流域應嚴格執行《黃河水量調度條例》和用水總量控制指標，實行最嚴格的水資源管理制度，按照“三條紅線”，遏制水資源浪費，保障生態流量，控制排污總量。

（2） 加大外流域調水量。氣候因素是決定流域內水資源量的重要指標，湟水流域各氣候因素指標的水資源可持續利用能力水平基本低于綜合評價結果，表明湟水流域內缺水嚴重，僅依靠流域內降水已不能滿足流域的水資源可持續發展，因此，需加大引入流域外來水的水資源量以提高流域內的總體水資源可持續利用能力，如加快引大濟湟、啟動引黃濟寧等引水工程，提高流域內可供水量。

（3） 加強節水和非常規水資源利用。湟水流域的人均水資源量和農田灌溉畝均用水量均較低，因此，要最大限度提高流域內水資源的利用效率。加強流域節水型社會建設，基于先節水、后調水的思想，挖掘節水潛力，大力推廣農業、工業、生活等各行業節水措施，提高節水宣傳力度，強化公民節水意識，全面建立節水型社會。增強流域雨水和洪水資源利用水平，在關鍵流域和地區建立自動雨量站和洪水預警系統，實時監測降雨情況。加強蓄水設施等水利工程建設，合理調度水資源。設計和建設高效的雨水收集池和泵站等，并定期對設施進行維護和檢查，確保其正常運行。

（4） 加大湟水流域地表水質綜合整治力度。湟水流域內的水功能區水質達標率較低，后續管理中可以劃分水功能區并明確水質目標，制定相應的管理措施。全面推行河長制，定期對水功能區進行水質監測和評估，確保水質達標。此外，在外源控制上，對工業、農業和生活污染源加大排查和治理力度，減少污染物排放。完善排污許可制度，對排放污染物的企業和個人進行加強監管。加強水生態保護，恢復水體的自然凈化能力。進行污水處理再生利用，提高水資源利用率。

4" 結 論

（1） 本研究建立了湟水流域水資源可持續利用能力評價體系，引入ELECTRE Ⅲ方法對湟水流域的水資源可持續利用能力狀況進行了評價，得到湟水流域水資源可持續利用能力評價等級為Ⅲ級，屬于中等可持續利用能力水平。同時采用模糊綜合評價方法，也得到相同的結果。ELECTRE Ⅲ方法解決了指標量化不統一的問題，避免了某一方案在某一指標上的得分過高和權重確定的主觀性，使得評價結果更具有參考性，因此該方法可以用于水資源可持續能力評價。

（2） 降雨集中程度和農田灌溉畝均用水量是影響湟水流域水資源低可持續利用能力的主要控制因子，其次是多年平均降水量、水功能區水質達標率和人均水資源量，其中干旱指數、缺水率和人均GDP均對湟水流域水資源可持續利用能力狀況造成了一定的影響。

（3） 天然水資源短缺和社會經濟類因素是造成湟水流域水資源可持續利用能力低的主要原因；湟水流域需要加強流域水資源綜合管理、推進流域調水工程（引大濟湟、引黃濟寧）建設、開展節水和非常規水資源利用、加大地表水體綜合整治力度等措施來提高流域內的水資源可持續利用能力水平。

（4） 本文進行的水資源可持續利用能力評價針對的是近年來湟水流域的整體情況，在未來研究中可針對流域內更小區域尺度進行長時序的水資源可持續利用能力評價，以更加客觀真實地反映流域內的水資源可持續利用能力狀況。

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（編輯：郭甜甜）

Evaluation of sustainable utilization capacity of water resources in Huangshui Basin based on ELECTRE Ⅲ method

FAN Lijuan1，2，LI Ronglan3，GAO Ju3

（1.College of Geographical Science，Qinghai Normal University，Xining 810000，China；

2.Haidong Municipal Water Resources Bureau of Qinghai Province，Haidong 810600，China；

3.College of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100081，China）

Abstract：

The research on sustainable utilization capacity of water resources is of great significance to the sustainable management and development of the water-scarce areas of northwest China.According to the characteristics of Huangshui River Basin，an evaluation index system of sustainable utilization capacity of water resources was constructed from three aspects：climate factor，water resources system and social economy，and ELECTRE Ⅲ model was adopted to evaluate the sustainable utilization capacity of water resources in Huangshui River Basin.The results show that the water resources in Huangshui River Basin are of medium sustainable utilization capacity.Climatic factors and social and economic characteristics are the main factors affecting the sustainable utilization of water resources in the the Basin.In order to improve the sustainable utilization ability of water resources in the basin，this paper puts forward suggestions on strengthening the comprehensive management of water resources in the basin，promoting the water transfer from other basins，strengthening water saving and utilization of unconventional water resources in the basin and strengthening comprehensive improvement of river water environment.The research results can provide a reference for the evaluation of sustainable utilization capacity of water resources and the optimization of water resources management in the water-scarce area.

Key words：

water resources sustainable utilization capacity； ELECTRE Ⅲ

evaluation method; membership degree; climate factor; Huangshui River Basin； water-scarce area