基于模糊綜合評(píng)價(jià)模型的菏澤市水資源承載力預(yù)測(cè)

周艷梅

(山東省菏澤市東明縣水務(wù)局，山東 菏澤 274500)

水資源承載力分析是規(guī)劃經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模與模式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)這個(gè)復(fù)合大系統(tǒng)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要依據(jù)[1]。因此，對(duì)水資源承載力的基礎(chǔ)支撐理論的研究，客觀度量地區(qū)水資源對(duì)人口、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的承載能力，進(jìn)行水資源的合理配置，達(dá)到地區(qū)水資源的可持續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義[2-3]。研究水資源的方法較多，本文主要采用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)區(qū)域水資源承載力進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

菏澤市位于山東省西北部，土壤質(zhì)地肥沃，雨量適中，光照充足，水陸交通便利，歷史悠久，是我國(guó)重要的糧棉生產(chǎn)基地和能源基地。20世紀(jì)70年代后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用水量也急劇增加，由于缺乏對(duì)水資源合理分配及有效利用，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)等問(wèn)題日益突出，且水資源問(wèn)題已發(fā)展為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。本文選擇菏澤市作為研究對(duì)象區(qū)域，對(duì)菏澤市10縣區(qū)進(jìn)行水資源承載力分析，獲取水資源合理分配的有效依據(jù)。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

本文運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)菏澤市各縣未來(lái)10年的用水狀況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并且基于模糊綜合評(píng)價(jià)理論，給出水資源承載力評(píng)價(jià)的模糊評(píng)價(jià)模型。

承載力評(píng)價(jià)等級(jí)為U，U的最終評(píng)估等級(jí)由公式(1)給出的等級(jí)特征值函數(shù)H確定

(1)

本研究將水資源承載力劃分為三個(gè)級(jí)別，當(dāng)0≤H<2.5時(shí)為Ⅰ級(jí)，即承載力強(qiáng)，2.5≤H<3.5時(shí)為Ⅱ級(jí)，即承載力中等，H≥3.5時(shí)為Ⅲ級(jí)，即承載力比較弱。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本研究評(píng)價(jià)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境關(guān)系的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1。我們對(duì)模糊評(píng)價(jià)模型各子系統(tǒng)中所有變量和參數(shù)的完整類別得出的所有潛在指標(biāo)進(jìn)行了初步確定。結(jié)合菏澤市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)定性分析進(jìn)一步優(yōu)化了這些指標(biāo)。

表1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 菏澤市水資源承載力預(yù)測(cè)

2.1 菏澤市未來(lái)10年(2020—2030年)生產(chǎn)需水量預(yù)測(cè)

(1)方案一。根據(jù)菏澤市工農(nóng)業(yè)情況，農(nóng)業(yè)需水量以每年0.2%的速度減少，工業(yè)需水量以每年3.6%的速度增長(zhǎng)，工業(yè)用水包括第三產(chǎn)業(yè)用水。以2010年菏澤市全市需水量為初始設(shè)定值，通過(guò)動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)未來(lái)10年的需水量。

(2)方案二。以山東省人均GDP對(duì)應(yīng)的水資源消耗量為基礎(chǔ)，對(duì)未來(lái)10年的用水平均增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè)。2010—2020年的用水增長(zhǎng)率為-5.71%，2020—2030年為-3.33%。然后根據(jù)菏澤市的實(shí)際情況和技術(shù)發(fā)展情況，2010—2020年平均增長(zhǎng)率下的人均GDP水資源消耗量為-4.83%，2020—2030年為-3.83%。以2010年各縣人均GDP水資源消耗量為初始值，并運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法對(duì)菏澤市各縣未來(lái)10年人均GDP水資源消耗量進(jìn)行了預(yù)測(cè)模型。計(jì)算結(jié)果乘以相應(yīng)的需水量和菏澤市可利用水，等于未來(lái)10年各縣的生產(chǎn)用水。

(3)方案三。①每萬(wàn)元工業(yè)增加值需水量預(yù)測(cè)。山東省萬(wàn)元工業(yè)用水以每年8%的速度下降，因此根據(jù)菏澤市的實(shí)際情況，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)菏澤市未來(lái)10年工業(yè)萬(wàn)元增加值需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。②每萬(wàn)元農(nóng)業(yè)增加值需水量預(yù)測(cè)。山東省萬(wàn)元農(nóng)業(yè)用水以每年5%的速度下降，根據(jù)菏澤市的實(shí)際情況，萬(wàn)元農(nóng)業(yè)用水以4%的速度下降。以2010年各縣萬(wàn)元農(nóng)業(yè)增加值需水量為初始值，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)菏澤市各縣未來(lái)10年萬(wàn)元農(nóng)業(yè)增加值需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。③工農(nóng)業(yè)增加值和用水總量根據(jù)《菏澤市綜合年鑒》和《菏澤市水資源公報(bào)》的數(shù)據(jù)，計(jì)算了工農(nóng)業(yè)增加值增長(zhǎng)率，山東省工農(nóng)業(yè)增加值平均增長(zhǎng)率分別為5.5%和4.9%。以其為初始值，運(yùn)用動(dòng)態(tài)模型對(duì)菏澤市各縣未來(lái)10年工農(nóng)業(yè)增加值進(jìn)行預(yù)測(cè)。用工農(nóng)業(yè)增加值乘以每萬(wàn)元工農(nóng)業(yè)增加值所需水量，再加上前20年(2000—2020年)山東省工農(nóng)業(yè)需水量。

2.2 菏澤市各縣未來(lái)10年生活需水量預(yù)測(cè)

菏澤市各縣未來(lái)10年生活用水動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)來(lái)源于《菏澤市綜合年鑒》和《菏澤市水資源公報(bào)》，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出平均年增長(zhǎng)率，經(jīng)計(jì)算其增長(zhǎng)率為2.01%。利用《山東省水資源規(guī)劃》數(shù)據(jù)，對(duì)菏澤市缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行了生活用水預(yù)測(cè)需求。2020年山東省城鎮(zhèn)化水平為60%，2030年為70%。其他各縣城鎮(zhèn)化水平2020年為50%，2030年為60%。

2.3 菏澤市未來(lái)10年總需水量預(yù)測(cè)

菏澤市各縣區(qū)未來(lái)10年用水總量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，近10年來(lái)，水資源狀況穩(wěn)定，在現(xiàn)有供水條件下，只要采取合理措施，可以滿足未來(lái)10年的用水需求。菏澤市共包括十個(gè)用水區(qū)域，其中牡丹區(qū)用水量最大，開(kāi)發(fā)區(qū)用水量最小。共設(shè)計(jì)三種用水方案， 方案一需水量最小，用水量增速最慢，最適合現(xiàn)狀發(fā)展；方案二及方案三用水總量相當(dāng)，但方案二用水量增長(zhǎng)趨勢(shì)較大，說(shuō)明方案二更適合經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)使用。

3 菏澤市水資源承載力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

本文采用上述指標(biāo)篩選法，確定了不同指標(biāo)的權(quán)重，剔除對(duì)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)(即權(quán)重較小)和水資源利用率影響不明顯、難以收集數(shù)據(jù)的指標(biāo)。最終確定了人口密度(R1)、人均日用水量(R2)、水資源量(R3)、萬(wàn)元GDP用水量(R4)、灌溉水的有效利用系數(shù)(R5)、森林覆蓋率(R6)和生態(tài)環(huán)境用水率(R7)七個(gè)主要指標(biāo)，作為菏澤市水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行收集整理。指標(biāo)值數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。其中2025年和2030年為規(guī)劃水平年，相關(guān)數(shù)據(jù)參考菏澤市規(guī)劃數(shù)據(jù)。同時(shí)，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)和咨詢專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，確定了各指標(biāo)的相應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并匯總，見(jiàn)表4。

表2 菏澤市未來(lái)10年不同規(guī)劃的總需水量 108 m3

表3 菏澤市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)

表4 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算結(jié)果：分別采用熵權(quán)法和二元比較法確定指標(biāo)的主客觀權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表5。根據(jù)上述模糊綜合評(píng)價(jià)模型，得到了連續(xù)五年和長(zhǎng)期規(guī)劃年的評(píng)價(jià)值，見(jiàn)表6。

表5 指標(biāo)綜合權(quán)重

表6 各年水資源承載力水平值

4 結(jié) 論

本文以水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模糊綜合評(píng)價(jià)方法作為預(yù)測(cè)水資源承載力的模型，對(duì)菏澤市未來(lái)10年需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，菏澤市水資源承載力處于中等水平。也就是說(shuō)，承載能力水平在逐步提高，但效果并不明顯，這是目前需要關(guān)注的問(wèn)題。而規(guī)劃水平的年度評(píng)價(jià)結(jié)果是承載力較好，說(shuō)明未來(lái)規(guī)劃的目標(biāo)是水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用和水生態(tài)的良性循環(huán)。