刘迷亮
(惠民县水利安装服务中心,山东 惠民 251700)
水资源是人类赖以生存和发展的基础资源,是城市经济社会发展的重要物质基础和战略资源。但水资源短缺、水环境污染、水生态系统退化等问题,成为制约城市可持续发展的瓶颈[1-2]。科学合理地规划利用水资源,提高其承载能力,对解决城市人口、资源、环境之间的矛盾具有重要意义[3]。水资源承载力是指在一定时间和空间范围内,区域水资源能够满足社会经济发展需求的能力,即在一定社会经济发展水平下,区域可利用的水量能满足区域社会经济发展需求的能力[4]。水资源承载力是一个综合概念,涉及社会、经济、环境等诸多方面[5]。
本文在文献分析的基础上,建立水资源承载力综合评估模型。该模型是在综合考虑各影响因素的基础上构建起来的一套评价指标体系,用来评价某一特定区域或城市的水资源承载力。同时,为了避免指标选择对结果影响较大的问题,采用层次分析法对各指标权重进行确定。
1.1 水资源承载力评估指标体系构建
水资源承载力是指在一定的社会经济发展水平下,在不破坏环境和生态平衡的前提下,一个区域的水资源能够支持当地人口数量、生产规模和生活水平的能力[6]。城市水资源承载力的评估,则是根据一定时期内城市水资源开发利用状况、可供水量、城市用水效率和人口规模等因素,运用一定的评价指标体系,对城市水资源的承载能力进行评价[7]。
为了使水资源承载力评估结果更加可靠,在指标选取上应遵循以下原则:①代表性:在评估时,应根据待评估城市的区域特征,不同的城市具有不同的评估指标要素,所以选取的指标应与当地实际情况相适应。②合理性:评估指标要与被评估地区现有的水资源状况和相关规范相符合。③可操作性:选取的指标在来源上便于获取,指标内容简单且便于分析和数据化。④充分考虑动态性:水资源承载力在不同时期具有不同的表现,所以对其研究也应是动态变化的,在进行指标选择时充分考虑动态性。
研究在DPSIRM理论的指导下,参考相关专家的研究成果,结合国家、行业和地方标准,初步确定了水资源承载力的评估指标体系,见表1。针对该城市的水资源特征、社会经济发展状况和水资源利用开发等实际情况,去掉部分指标数据获取难度大、重复性和代表性差的指标[8]。最终将水资源承载力分为水资源结构、经济承载力、生态环境承载力、社会经济发展承载力4个子部分,并主要从人口数量、人均水资源量、用水量、用水结构等方面来衡量。
表1 水资源承载力评价体系
该城市水资源的开发利用与经济、社会发展之间存在严重的不协调关系,已经成为制约该城市经济和社会发展的瓶颈。在反映水资源结构承载力的指标中,首先选取水资源开发利用率,该指标通过用水量与多年平均水资源总量的比值,可以从整体上反映水资源开发对水资源带来的压力[9-10]。并另外选取人均水资源量、年平均降水量和人均供水量3个指标,从供求关系反映水资源结构承载力。
人口密度愈低,节约用水的程度愈高,愈有利于实现水资源的永续利用[11]。该城市人口为390万人,其中农业人口占总人口的比重较大,农业人口的比重也在逐年增加。该市属于严重缺水城市,水资源短缺是制约该城市经济社会可持续发展的主要因素。在考虑水资源对人类社会经济造成的影响方面,选取农村居民人均生活用水量和城镇居民人均生活用水量反映该市用水效率。同时,加入城镇化率和人口密度,反映社会经济发展的状态对水资源承载力的影响。
水资源需求主要来源于经济社会的发展,因此主要从农业发展用水以及工业生活用水两个方面,反映经济发展对水资源需求的驱动作用。由于经济的快速发展,给生态环境造成严重的破坏。各产业用水量存在明显差异,第一、第二产业用水最多,第三产业用水最少,农业用水的占比较大。在此基础上,研究选择人均 GDP、万元工业用水量、农田灌溉亩均用水量、第三产业用水量、万元GDP水耗和万元农业用水量6个指标。
环境污染是一个非常严重的问题,已经对我国的社会、经济发展造成较大影响。生态环境和水资源之间存在着相互作用、互相限制的关系,在维持生态环境的同时,也对水资源的可持续开发具有重要的意义[12]。生态环境承载力子系统以人为活动为主导,以生态保护、修复和建设为目的,通过水利设施对蒸发和渗漏严重的江河湖泊等进行补给,以生态环境用水量占多年平均水资源量的比例反映生态用水率。同时,增加了森林覆盖率和污水处理率两个指标,体现人们为了保护生态环境,防止水环境恶化所采取的应对措施。
1.2 指标权重的确定
水资源承载力是一个非常复杂的多层次系统,研究采用客观赋权的熵值法计算指标权重,通过熵值来判断样本指标的离散程度,离散程度越大的指标对综合评价结果的影响越大[13-14]。首先,根据归一化的数据,计算评估目标i的权重值,即第j个指标中第i个指标目标的贡献,并构造数据矩阵B=(bij)m×n,其中bij的表达方式如下:
计算第j项指标的熵值Ej和信息效用值dj,具体计算公式如下:
最后,根据以上公式即可得出第j项指标的权重wj,计算公式如下:
水资源承载力是对某一区域进行对比的结果。研究通过熵值法计算各评估指标的权重,计算结果见表2。在借鉴国内外有关承载力分级理论和该城市水资源承载力评估成果的基础上,对其进行等距性分区,具体为:可承载[0.8,1.0)、弱承载[0.6,0.8)、临界[0.4,0.6)、超载[0.2,0.4)、严重超载[0,0.2)。
表2 水资源承载力指标权重系数计算结果
水资源承载能力是一个复杂而又多元的系统,其与各种影响因子之间的关系是相互关联的。在此基础上,研究采用灰色关联度模型,对区域内各子系统进行关联分析,确定各子系统间的关联程度,进而判定各因子间的耦合关系。当一个体系中的各影响因子之间的相关程度越高,则表明该体系对流域内水资源与城市化水平的耦合、协调发展具有更大的影响[15]。
研究以山东省某城市为例进行实证研究,利用 SPSS 22.00、Excel 2016、Origin 2.0等数据分析软件,对各指标进行分析,建立水资源承载力评估模型。数据来源于《山东省水资源综合规划》(2010-2021)、《中国水利年鉴》(2010-2021)及《山东省水资源公报》(2010-2021)。
该城市的水资源承载力综合评估结果见图1。从图1可以看出,该城市的水资源承载力总体上呈波动减小的态势。其中,2013、2014年均达到弱承载状态;2010、2011、2015-2018年共有6年达到临界状态;其他年份均为超载状态。2010-2014年,各年度的水资源承载力均有增加的趋势。2014年的承载力最大,达到0.6949,属于弱承载力状态;在这个时期,水资源的使用比较合理,水资源的总量比较大。出现此类情况的主要原因是该市自2010年以来,人均GDP总体上呈上升趋势,而农业产值占GDP比重一直呈下降趋势,工业产值占GDP比重呈上升趋势。同时,该市的万元GDP用水量在不断下降,而工业用水和生活用水却在不断增加。
图1 水资源承载力综合评估结果
图2为各子系统水资源承载力综合评估结果。由图2可知,2012-2014年,各子系统承载力均保持在一个较高水平,其中以水资源子系统的承载力最大,在2013年达到0.3421。2014年以后,该区的承载力均达不到弱承载状态,且有逐渐降低的趋势,达到了一个临界点。特别是2019年以后,该地区的水资源承载力降至超载状态,已进入超负荷运行阶段,其中水资源子系统的承载力在2020年最低,为0.3263;而这一年,社会子系统水资源承载力也较低,仅为0.0061。该地区的水资源子系统的承载力在2014-2015年从0.3342降至0.1422,2017年之后又继续降低。2012-2014年,由于生态用水量增加、污染物超标排放、经济发展加速等原因,生态子系统水资源承载力持续下降;2017-2021年,生态子系统承载力持续提升,主要得益于生态环境治理水平的提高和生态文明观念的贯彻与转变。综上所述,2010-2021年该市的水资源容量处于较低的水平。
图2 子系统水资源承载力综合评估结果
针对水资源承载力中的诸多不确定性,研究通过区间分析法对水资源承载力进行量化分析,将不确定性量化为区间形式,结果见图3。由图3可知,2023-2025年该市水资源承载力的变动趋势稳中有进、整体向好的方向发展,水资源、经济、社会和生态环境四者处于协调状态,人类活动对水资源的影响有所减少,水资源和生态环境基本未被破坏,自然修复能力增强。社会子系统水资源承载力波动变化,日益增长的人口和水资源短缺将成为阻碍该市发展的主要问题。经济子系统的承载力呈现逐年上升的态势,表明在今后的一段时期,城市的经济发展与水资源系统之间存在着较好的协调关系,能够在保持较高的经济发展水平的前提下,保持较高的水资源利用效率。生态子系统总体呈现出向上发展的态势,反映出当地人民的生态环境保护意识不断加强,城市绿化面积不断扩大,各种节约用水政策得到有效实施,对该市的水资源承载能力产生了一定的促进作用。从总体上来说,该市未来一段时期内,水资源承载力仍然处在临界或超载的状态,总体上还比较低,需要主动制定相关的政策与措施,突出各子系统的协同作用,强化对水资源的合理开发,提高水资源系统对社会发展的承载力,使其在实现经济发展的前提下,不对水资源承载力造成不利影响。
图3 子系统承载力区间预测值计算结果
研究运用灰色关联度法,分析该市水资源承载能力的主要影响因子,计算结果见表3。由表3可知,关联度小于0.5的有B4、B7、B8、B11、B13、B14,其中前3个指标来源于经济子系统。关联度介于0.5～0.7之间的是B2、B3、B6、B12,其余的均大于0.7。从整体上来看,森林覆盖率和污水处理率的关联度最大,分别为0.9246和0.8266。在水资源承载能力中,生态子系统的影响最为显著,平均达到0.8559。
表3 水资源承载力影响因子分析表
本文在分析城市水资源承载力影响因素的基础上,建立了城市水资源承载力的综合评估模型,并以山东省某城市为例进行了实证研究。结果表明,2010-2021年,该城市的水资源承载力总体上呈波动减小的态势。水资源子系统的承载力在2013年达到0.3421。2019年以后,水资源承载力降至超载状态,2020年社会子系统水资源承载力仅为0.0061。生态子系统的关联度平均达到0.8559,是水资源承载力的主要影响因子。综合看来,研究建立的评估模型具有较强的实用性和可行性。
猜你喜欢 用水量子系统承载力 不对中转子系统耦合动力学特性研究舰船科学技术(2022年21期)2022-12-12新疆生产建设兵团某师用水水平分析与评价陕西水利(2021年10期)2021-11-08你的用水量是多少?小学科学(学生版)(2021年5期)2021-07-22澳大利亚研发出新型农业传感器可预测农作物用水量今日农业(2020年14期)2020-12-14GSM-R基站子系统同步方案研究铁道通信信号(2020年3期)2020-09-21驼峰测长设备在线监测子系统的设计与应用铁道通信信号(2018年8期)2018-11-10CFRP-PCP板加固混凝土梁的抗弯承载力研究广西科技大学学报(2016年1期)2016-06-22耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力浙江大学学报（工学版）(2015年2期)2015-05-30工业给排水用水量计算的重要性建材与装饰(2015年41期)2015-04-17潜艇极限承载力计算与分析中国舰船研究(2014年6期)2014-05-14本文来源：http://www.triumph-cn.com/fanwendaquan/gongwenfanwen/2024/1211/130861.html