李 智

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150090)

長久以來，受氣候變化與環(huán)境影響，我國水資源系統(tǒng)逐漸變得脆弱，供需嚴(yán)重不均衡，因此，如何根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對風(fēng)險(xiǎn)因素與風(fēng)險(xiǎn)程度作出有效辨識(shí)與分析，并基于某種有效理論對區(qū)域水資源承載能力作出合理評估與預(yù)測，是保護(hù)區(qū)域水資源的重要途徑[1- 2]。

為積極應(yīng)對水資源生態(tài)環(huán)境脆弱的問題，我國水資源領(lǐng)域?qū)W者積極展開了大范圍的研究。吳旭[3]以邯鄲市主城區(qū)水資源供給為研究對象，通過引入雙要素水資源承載能力分析模型，從水量-水質(zhì)雙參數(shù)角度對區(qū)域現(xiàn)狀和水資源承載能力進(jìn)行分析評價(jià)，提出基于雙要素水資源承載能力評價(jià)模型用于城市水資源承載能力評價(jià)，具有數(shù)據(jù)易獲取、可操作性強(qiáng)的優(yōu)勢。劉德虎[4]等以東營市水資源污染現(xiàn)狀為例，指出區(qū)域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率偏低，通過對超載區(qū)域的原因分析提出了調(diào)控建議。邢菊等[5]基于江淮分水嶺地區(qū)水資源現(xiàn)狀，提出當(dāng)前該區(qū)域水資源承載力總體處于可載狀態(tài)，但空間分布上存在明顯的差異，且水資源所承載的經(jīng)濟(jì)總量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。趙林林[6]基于資源環(huán)境承載力理論，依據(jù)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)理論建立了TOPSIS診斷模型，分析得出區(qū)域水資源承載力空間分布不均衡，且承載力較為脆弱。此外，于紅偉[7]、婁洋[8]、董鳳軍[9]分別提出了集對分析法、基于支持向量機(jī)分析法和SPA耦合模型分析法對水資源承載力進(jìn)行評估。

灰色預(yù)測模型作為一種風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)測的新型理論[10- 11]，本文創(chuàng)新性將其引入到區(qū)域水資源承載能力評估與預(yù)測中，并對東北地區(qū)某城市水資源現(xiàn)狀作出了科學(xué)有效的預(yù)測，對我國水資源保護(hù)工作起到良好的指導(dǎo)作用。

1 研究方法與模型建立

1.1 研究路線

基于層次分析法[12]與灰色預(yù)測模型基本理論，本文提出的主要研究路線及研究方法如圖1所示。以東北某城市水資源系統(tǒng)為例，基于水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)建基于層次分析法評價(jià)指標(biāo)體系與評估模型，基于城市現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，構(gòu)建研究指標(biāo)體系，見表1。目前，關(guān)于層次分析法的具體應(yīng)用方法的論文較多，故本文在此不做贅述，這里基于灰色模型理論，對區(qū)域未來發(fā)展?fàn)顩r作出合理預(yù)測與假設(shè)。

圖1 區(qū)域水資源承載能力評估與預(yù)測研究路線

表1 東北某城市水資源承載能力評價(jià)指標(biāo)

1.2 灰色預(yù)測模型

灰色分析理論可以對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測，由我國學(xué)者創(chuàng)立并逐漸發(fā)展起來。該理論認(rèn)為，通過對原數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析處理，能夠找到系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律，最后通過建立模型進(jìn)而對將要發(fā)展的方向作出合理的預(yù)測。模型建立步驟如下：對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行累加處理→構(gòu)件累加數(shù)據(jù)矩陣→求解相關(guān)參數(shù)→帶入?yún)?shù)得累加預(yù)測結(jié)果→模型精度檢驗(yàn)?；疑碚擃A(yù)測模型參數(shù)精度劃分標(biāo)注見表2。

表2 基于多參數(shù)的灰色預(yù)測模型精度等級劃分表

2 實(shí)例研究

2.1 區(qū)域現(xiàn)狀及承載力評估

為深入探討該城市的水資源承載能力現(xiàn)狀，本研究小組對區(qū)域展開了全方位的走訪與調(diào)查，并深入研究了區(qū)域多年以來水資源利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境多個(gè)方面的情況。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多年來該區(qū)域人均水資源量充沛，平均年人均水資源量在2500m3以上，在缺水年人均水資源量能達(dá)到2200m3以上，在豐水年甚至能達(dá)到3640m3。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，按照上述標(biāo)準(zhǔn)劃分為3個(gè)子系統(tǒng)、12個(gè)指標(biāo)，歸納得出近十年(2009—2018年)間該城市各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，見表3。

根據(jù)上述3個(gè)子系統(tǒng)層參數(shù)，按照各自重要性權(quán)重計(jì)算得到水資源綜合承載能力評價(jià)指數(shù)，如圖2所示。由圖2可知，該城市在社會(huì)經(jīng)濟(jì)承載力方面處于較低水平，但呈現(xiàn)逐步增長趨勢，其原因是該城市近幾年經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，生活水平不斷提高。但由于該地區(qū)應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的水資源耗費(fèi)量較大，且利用率處于較低水平，因此導(dǎo)致水資源環(huán)境處于較差水平。而在這三方面中，水資源承載力評價(jià)指數(shù)在經(jīng)過2009—2010年間的快速上升，此后一直保持著較高水平，其原因是該城市在2009年發(fā)布新政策，通過引入新技術(shù)合理調(diào)控農(nóng)村灌溉用水的空間分布與用水量，有效解決了農(nóng)業(yè)水資源浪費(fèi)的問題。生態(tài)環(huán)境承載力一直保持較穩(wěn)定水平呈現(xiàn)些許波動(dòng)，但在2017年出現(xiàn)一次陡降，是由于2017年區(qū)域出現(xiàn)罕見的旱災(zāi)情況，因此生態(tài)環(huán)境承載力下降明顯。

表3 2009—2018年間城市水資源評價(jià)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)表

在過去的十年內(nèi)該城市綜合承載力水平在0.6～0.73之間，屬于較好水平。除去在2017年由于生態(tài)環(huán)境承載力下降導(dǎo)致區(qū)域水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境綜合承載力發(fā)生一定程度的下降，其他年間整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)且呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢，由此可見，該城市綜合承載力處于較好水平，且承載力不斷提高。承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

圖2 2009—2018年間區(qū)域水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)- 生態(tài)環(huán)境承載力及綜合承載力變化

表4 承載力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 基于灰色預(yù)測模型的水資源承載力預(yù)測

表5給出了區(qū)域水資源承載力GM(1，1)灰色預(yù)測模型在2009—2018年的模擬結(jié)果以及在2020、2025、2030年間的預(yù)測結(jié)果，其平均相對誤差m=0.022，方差比c=0.597，小概率誤差p=0.818，分別達(dá)到良好，合格，良好水準(zhǔn)。因此可見，從整體來說，基于GM(1，1)灰色預(yù)測模型對于該區(qū)域水資源承載力的模擬效果較好，誤差很小。對2020、2025、2030年的預(yù)測結(jié)果可知，該區(qū)域水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境綜合承載力分別為0.702、0.740、0.780，較之前均有所提高，這也符合區(qū)域綜合承載力曲線發(fā)展規(guī)律。

表5 城市水資源承載力模擬與預(yù)測結(jié)果

3 結(jié)論

本文以東北某城市為例，以層次分析法理論為基礎(chǔ)對區(qū)域水資源承載力展開了綜合評價(jià)，分析得出該城市在近十年內(nèi)水資源綜合承載力處于良好水平，且整體處于穩(wěn)定發(fā)展趨勢。進(jìn)一步建立了區(qū)域水資源承載力灰色預(yù)測模型，并基于該城市2009—2018年間實(shí)際評價(jià)指數(shù)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了灰色預(yù)測模型的合理性與可靠性，對該城市2020、2025、2030年間水資源承載力作出了合理預(yù)測，為我國東北地區(qū)城市水資源合理分配與利用提供了一定的指導(dǎo)作用。目前，本研究及所建立的模型主要適用于東北地區(qū)流域水資源，因此如何將其合理推廣到我國其他地區(qū)仍需要展開進(jìn)一步研究。