基于SPA耦合模型的水資源承載力評價(jià)分析
——以臨沂市為例

董鳳軍，李修嶺

(1.山東省臨沂市水利局，山東 臨沂 276000；2.臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276000)

山東省臨沂市是魯東南中心城市，由于不合理的規(guī)劃使用，現(xiàn)如今同樣也面臨著水資源短缺的局面，給臨沂市的社會發(fā)展力與城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來了嚴(yán)重的重創(chuàng)[1- 5]，因此，有必要對臨沂市的水資源承載力進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)分析，以找出合理的應(yīng)對之策。

水資源承載力簡而言之，是指一個(gè)地區(qū)其自身的水資源能夠支撐良好的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，同時(shí)維持較好的生態(tài)環(huán)境的能力。目前，出現(xiàn)了很多對水資源承載力的研究方法，如主成分分析法、灰色模型分析法、POS優(yōu)化算法以及多因素分析法等等[6- 9]，不同的分析評價(jià)方法側(cè)重點(diǎn)不同，研究結(jié)果也會有所區(qū)別，但通過眾多的分析研究表明，水資源承載力是處于動態(tài)變化當(dāng)中的[10- 12]，因此，本文在前人研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用SPA-VFS(集對可變模糊耦合)評價(jià)模型對臨沂市近些年來水資源承載力的動態(tài)變化進(jìn)行了系統(tǒng)的分析評價(jià)研究，以期為該地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)可持續(xù)發(fā)展提供理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)。

1 臨沂市水資源概況

臨沂市地處魯東南地區(qū)的低山丘陵區(qū)，全年氣候溫和，多年平均降水量約為819mm，地表水總量約為47億m3，折算成年徑流深為273mm。此外臨沂市還有一些地下水資源，地下水資源共計(jì)19.25億，水資源總量約為11.2萬m3/km2，人均占有水資源儲量為537m3，各地占有量580.lm3/hm2。全市共分為沂河、沭河、中運(yùn)河、濱海四大水系四大水系。目前，臨沂市各類型水庫閘壩等存儲有25.7億m3水容量，井眼共27000余座，可提供地下水資源約7.24億m3。

2 SPA-VFS耦合模型簡介

SPA分析法即集對分析法，基于“對立統(tǒng)一規(guī)律”和“普遍聯(lián)系理論”對具有隨機(jī)性、模糊性、混沌性以及分形性等不確定因素的分析計(jì)算法。SPA-VFS則是在集對分析法基礎(chǔ)上，引入可變模糊集，通過計(jì)算分析樣本的隸屬度來判斷水資源的承載力等級高低，其建模思路如下：

(1)首先要建立研究區(qū)水資源承載力的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，即有集合:

Am={a1,a2,，am}

(1)

(2)要選擇和確定指標(biāo)的評價(jià)等級大小，根據(jù)各指標(biāo)對于研究區(qū)在社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面的作用大小，確定各評價(jià)指標(biāo)的等級：

Bk={B1,B2,，Bk}

(2)

一般而言，k的取值大小為3或者5；

(3)計(jì)算指標(biāo)集合Am和評價(jià)等級Bk的聯(lián)系數(shù)μAm～Bk，并區(qū)分正向型和逆向型計(jì)算；

(4)分析計(jì)算樣本與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級k相互之間的綜合聯(lián)系數(shù)μk：

(3)

式中，ωm—評價(jià)指標(biāo)m的權(quán)重值大小。

(5)計(jì)算隸屬度υk大?。?/p>

υk=0.5+0.5μk(k=1，2，，k)

(4)

(6)對樣本的水資源可承載力大小等級h進(jìn)行評價(jià)，即有：

(5)

3 水資源承載力綜合評價(jià)分析及提升對策

3.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

影響地區(qū)水資源承載力的主要因素包括區(qū)域水資源的稟賦條件、自然生態(tài)環(huán)境以及當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)因素，因此，將可將能力層分為水資源自然-生態(tài)支撐能力和水資源經(jīng)濟(jì)-社會支撐能力，而在此基礎(chǔ)上又分為水文自然特性、生態(tài)環(huán)境能力、水資源利用特性以及社會經(jīng)濟(jì)特性作為特性層，篩取各特性層的有用指標(biāo)共計(jì)27項(xiàng)，即可構(gòu)成基本的臨沂市水資源承載力分析評價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

表1 水資源承載力綜合評價(jià)指標(biāo)體系統(tǒng)計(jì)表

3.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

通過對35位學(xué)者專家的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對專家權(quán)威度進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為4.2>3.75的臨界值，符合相關(guān)要求，再對數(shù)據(jù)內(nèi)容的可信度進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為0.2<0.25的邊界值，表明數(shù)據(jù)可信度較高。采用Delphi主觀賦權(quán)法對27項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算，得到了2007～2017年臨沂市的水資源承載力指標(biāo)體系權(quán)重，如圖1所示。

圖1 2007～2017年臨沂市水資源承載力指標(biāo)體系權(quán)重

3.3 承載力評價(jià)分析

利用SPA-VFS評價(jià)模型對2007～2017年臨沂市的水資源承載力和綜合得分進(jìn)行了分析計(jì)算，如圖2所示。從圖2中可以看出，臨沂市近10年來的水資源承載力綜合總分呈波動變化特征，最近幾年基本呈增長趨勢，2015年得分最高，而2008年得分最低，水資源自然-生態(tài)承載力變化幅度不大，基本與綜合得分變化趨勢一致，但從2015年開始，有明顯的下降趨勢，這是由于水資源自然稟賦造成的，且由于生態(tài)環(huán)境特性得分也呈下降趨勢，這表明在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并未得到平衡發(fā)展；水資源經(jīng)濟(jì)-社會承載力從2011年以后，基本呈遞增趨勢，而水資源利用特性和經(jīng)濟(jì)社會特性均呈增長趨勢，表明現(xiàn)階段水資源的利用方式和配置都比較合理，目前水資源能夠得到充分的利用；從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，2008年，由于臨沂市水文自然特性、生態(tài)環(huán)境特性、水資源利用特性以及經(jīng)濟(jì)社會特性的得分均較低，因此才造成了2008年水資源承載力綜合得分最低。

3.4 承載力提升措施和對策

根據(jù)目前臨沂市水資源承載力情況，可通過“開源”和“節(jié)流”兩方面入手，一是要提高對黃河水、雨洪水的利用效率，鼓勵非常規(guī)水的開發(fā)利用，提高水資源供給能力；二是要在全市范圍內(nèi)構(gòu)建節(jié)水措施和工程，節(jié)約用水是全社會的責(zé)任。同時(shí)，還應(yīng)該考慮從虛擬的水角度著手，充分發(fā)揮虛擬水資源配置的功能和效益，可從下幾點(diǎn)措施開展：①對農(nóng)業(yè)的種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)展虛擬水貿(mào)易的戰(zhàn)略舉措；②大力推廣虛擬水戰(zhàn)略，從隱性方面提升地區(qū)水資源承載力；③擴(kuò)寬水資源的來源，全力保證和提高水資源供給能力。

圖2 2007～2017年臨沂市水資源承載力綜合得分變化情況

4 結(jié)語

本文以臨沂市為例，SPA-VFS耦合評價(jià)模型對該市近年來的水資源承載力進(jìn)行了系統(tǒng)的評價(jià)分析，認(rèn)為臨沂市近年來的水資源承載力在波動中逐年提升，水資源利用效率得到加強(qiáng)，但忽視了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并重的發(fā)展觀念。針對研究結(jié)果提出了提升水資源承載力的措施和對策，對于該市的經(jīng)濟(jì)、社會會和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。