太湖流域水资源承载能力模糊综合评价

发布于:2021-10-28 06:59:46

第 27 卷第 1 期 2011 年 1 月

水资源保 护 WATER RESOURCES PROTECTION

Vol. 27 No. 1 Jan. 2011

DOI: 10. 3969/ j. issn. 1004O6933. 2011. 01. 005

太湖流域水资源承载能力模糊综合评价

孙远斌1, 高 怡2, 石亚东2, 徐 枫2
( 1. 河海大学水文水资源学院, 江苏 南京 210098; 2. 水利部太湖流域管理局水文水资源监测局, 江苏 无锡 214024)

摘要: 在充分考虑太湖流域水资源开发利用现状及社会经济发展状况的基础上, 采用驱动力O压力O状态O影响

O反应模型, 突出生态环境影响因子, 建立符合太湖流域自身特点的水资源承载能力综合评价指标体系, 并按

照水资源状态、水资源与社会经济、水资源与生态环境 3 个方面对指标进行分类, 运用层次分析法计算各指

标权重, 对太湖流域 2000 ) 2006 年水资源承载能力进行模糊综合评价。评价结果表明, 太湖流域水资源承

载能力总体水*处于适载与超载的临界状态, 提升空间有限。

关键词: 水资源承载能力; DPSIR 模型; 评价指标; 层次分析法; 模糊综合评价法; 太湖流域

中图分类号: X26

文献标识码: A

文章编号: 1004O6933( 2011) 01O0020O04

Fuzzy assessment of water resources carrying capacity in Taihu Basin
SUN Yuan- bin1, GAO Yi2, SHI Ya- dong2, XU Feng2 (1. College of Hydrology and Water Resources , Hohai University , Nanjing 210098, China; 2. Monitoring Bureau of Hydrology and Water Resources , Taihu Basin Authority , Wuxi 214024, China )
Abstract: Based on fully considering the status of water resources development and utilizat ion and the socio- economic development in the Taihu Basin, a comprehensive evaluation index system of the water resources carrying capacity was established by using Driving forces- Pressure- State- Impac-t Response ( DPSIR ) model, which put emphasis on the ecological environment impact factors and met the characteristics of the Taihu Basin. The indexes were classified according to water resources status, water resources and socio- economic and water resources and ecological environment. The AHP method was used to calculate the weights of each index and the fuzzy comprehensive evaluation of water resource carrying capacity in the Taihu Basin was carried out from 2000 to 2006. The evaluation results indicated that the overall level of the water resources carrying capacity in the Taihu Basin was contained in a critical state with the fitness and the overload, and its enhancement room was limited.
Key words: water resource carrying capacity; DPSIR model; evaluation index; analyt ic hierarchy process ( AHP) ; fuzzy comprehensive evaluat ion method; Taihu Basin

太湖流域地处长江三角洲核心区域, 北滨长江, 南濒钱塘江, 东临东海, 西以天目山、茅山等山区为 界, 行政区划分属江苏、浙江、上海和安徽三省一市。 流域面积 3169 万 km2, 其中 80% 为*原, 流域河道 总长约 12 万 km, 密度达 313 km/ km2, 是典型的*原 河网地区。流域多年*均水资源量为 176 亿 m3, 人 均本地水资源量仅为全国*均水*的 1/ 5。2006 年

太湖流域以占不到全国 014% 的土地面积、315% 的 人口, 创造了占全国 11% 的国内生产总值。太湖流 域经济总量大、发展速度快, 本地水资源不足、水污 染严重、水生态环境恶化, 水资源问题日益突出, 已 成为流域经济社会可持续发展的重要制约因素。因
此, 对太湖流域水资源承载能力进行研究显得非常 必要[ 1] 。

作者简介: 孙远斌( 1986 ) ) , 男, 安徽巢湖人, 硕士研究生, 研究方向为区域水资源管理。E-mail: ssyybb8633@ 163. com
# 20 #

1 水资源承载能力内涵

水资源承载能力[ 2] 是指在特定的区域范围内, 一定的生活、生产水*下, 在保证水环境子系统生态 功能的前提下, 通过科学合理的分配措施, 水资源所 能满足现状和目标年中的人口、社会经济和生态环 境需求的最大支撑能力。水资源承载能力研究是随 着水资源、水生态、水环境危机等问题的日益突出而 提出的, 是一个国家或地区持续发展中各种自然资 源承载能力的重要组成部分, 也往往是水资源短缺 地区制约人类社会发展的/ 瓶颈0, 对一个国家或地 区经济社会进步和人口发展规模有着至关重要的决 定性作用。

2 评价指标体系及权重确定

2. 1 评价指标体系

DPSIR ( Driving forces pressure state impact response, 简称为 DPSIR) 模型[ 3] 是一种在环境系统中 广泛使用的评价指标体系概念模型, 是判断环境状 态和环境问题因果关系的有效工具。它将表征一个

自然系统的评价指标分成驱动力、压力、状态、影响

和响应 5 种类型, 每种类型又分成若干指标。基于 DPSIR 模型的原理, 综合考虑太湖流域具有 本地水 资源不足、人均水资源量少、水质型缺水等特点, 并 借鉴太湖流域水资源规划及流域综合规划相关技术 成果, 笔者提出了 12 项指标[ 4] , 并按照水资源状态、 水资源与社会经济、水资源与生态环境 3 个方面进 行分类, 见表 1。
表 1 太湖流域水资 源承载能力指标体系

准则层 B

指标 层C

B 1: 水资 源状态

C1 C2

C3

C4

B 2: 水资源 与社会经济

C5 C6

C7

C8

C9 B 3: 水资源 C10 与生态环境 C11

C12

定义
年人均水资源量( m3) 水资源开发利用率( %) 工业用水重复利用率( %)
人口密度( 人/ km2) 年人均 GDP( 万元) 万元 GDP 用水量( m3) 居民生活用水量 L/ ( 人#d- 1) 水资源综合管理水* 生态环境用水率( % ) 废污水处理率( % ) 水功能区达标比例( %)
营养状态指数

DPSIR 模型
状态指标 状态指标 状态指标 驱动力指标 驱动力指标 压力指标 压力指标 响应指标 压力指标 压力指标 影响指标 影响指标

2. 2 利用层次分析法计算各指标权重 利用层次分析法进行层次总排序[ 5] , 可以得到太
湖流域水资源承载能力指标体系中各指标的权重。
经一致性检验, 各单层次和总层次排序结果均具有满 意的一致性, 层次排序结果和各指标权重 W 见表 2。

层次 C
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12

表 2 层次总排序

层次 B

B1

B2

B3

0130

0154

01 16

0174 0109 0117
0106 0112 0138 0119 0124
01 07 01 19 01 44 01 29

W
01 22 01 03 01 05 01 03 01 06 01 21 01 10 01 13 01 01 01 03 01 07 01 05

由表 2 可以看出太湖流域水资源承载能力评价 各项指标权重情况。属于水资源状态方面的人均水 资源量( C 1) 占指标体系中最大比重, 它集中反映了 一个区域水资源承载能力的现状情势和发展空间。 从某种程度上说, 它也是一个区域经济社会发展、人 口规模的限制因素和支撑条件。其次是社会经济指 标中的 万 元 GDP 用 水 量 ( C6 ) , 根 据 前 面 提到 的 DPSIR 模型, 它是指通过驱动力作用之后, 直接施加 在水资源系统之上的促使水资源系统发展变化的压 力指标。万元 GDP 用水量与产业结构、科技水*、 节水能力等有关, 反映一个地区工业生产的先进程 度, 也是衡量一个区域水资源承载能力的重要指标。 水功能区是全面管理水污染控制系统、维护和改善水 环境的使用功能而专门划定和设计的区域, 对一个区 域的生态环境有着重要的影响, 因此水功能区达标比 例 C11也占有相当权重。针对太湖流域经济社会发 展、水资源现状、水生态环境方面的特点, 评价指标体 系突出了相应的指标权重, 以便能够更好地揭示太湖 流域的水资源承载能力的现状及发展趋势。

3 隶属度函数

隶属度函数是模糊综合评判的应用基础, 正确 构造隶属度函数是用好模糊综合评判的关键。由上 述指标可知, 不同的指标有不同的评价标准, 难以用 同一标准进行评价。因此, 首先将评价指标分级, 引 入隶属函数 Lvi , 将各指标用隶属函数表达, 然后进 行综合评价[ 6] 。 3. 1 评价指标分级
根据太湖流域实际指标值, 参考国内外经济发 达地区各指标的*均水*状况以及中国生态省( 市、 县) 建设标准等, 进行流域各评价指标等级划分。把

# 21 #

指标

年人均 水资源 量/ m3

水资源 开发利 用率/ %

V1 > 3000 V2 1 500~ 3 000 V3 < 1500

< 30 30~ 90
> 90

表 3 综合评价指标的分级值

工业用

人口

水重复利 密度/

用率/ % ( 人#km- 2)

年人均
GDP / 万元

万元 GDP 居民生活

用水量/ 用水量/

m3

( L#人#d- 1)

> 85 30~ 85
< 30

< 80 80~ 500
> 500

< 013 < 50 01 3~ 61 0 50~ 300
> 610 > 300

< 150 150~ 300
> 300

水资源 综合管 理水*
> 90 50~ 90 < 50

生态环 境用水 率/ %
>5 1~ 5 <1

废污水 处理 率/ %

水功能 区达标 比例/ %

> 90 60~ 90
< 50

> 90 20~ 90
< 20

营养 状态 指数
<5 5~ 80 > 80

上述 12 个评价指标划分为 V1、V 2 和 V3 3 个等级。 V1 表示该区域水资源承载能力较强, 水资源可持续

015( 1+

k3 k2 -

Ci Ci

)

Ci \ k3

利用度较高, 水资源开发利用空间较大; V3 表示该 区域水资源承载能力较弱, 水资源进一步开发利用

Lv3 =

015( 1-

Ci k2-

k k

3 3

)

k2 [ Ci < k3

( 3)

空间有限, 易发生水资源短缺、水生态环境破坏乃至

0

Ci < k2

恶化等问题, 水资源状况已明显制约社会经济的发 展; V2 则为介于 V 1、V3 之间的状态。各指标的分级 值见表 3。为了定量地反映各等级水资源承载能力 状态, 对评判集等级用 1 分制数量化: V1= 0195, V2= 015, V3= 0105。数值越高, 水资源承载能力也就越强。 3. 2 隶属度函数确定
笔者采用线性隶属度函数, 取中间级中点处的 隶属度为 1, 两侧临界点的隶属度为 015, 并使临界 点处隶属度*滑过渡。规定 12 个评价指标构成的 指标集为 Ci ( i = 1, 2, ,, 12) , 对应着 评价 集 V = { V1, V2, V3} , 评判矩阵 R 中 rij 可以通过评价指标的

式中: Lv1, Lv 2, Lv 3分别为评价指标 Ci 在相应评价级 上的隶属度; k 1 为 V1 和 V2 的临界值; k 3 为 V2 和 V3 的临界值; k2 为等级区间中点值。
对于评价因素 C1、C3、C8、C9、C10、C 11, 相对隶 属度函数的计算公式只需将式( 1) ~ ( 3) 右端 Ci 区 间号/ [ 0改为/ \0, 而将/ < 0改为/ > 0 后采用同样 的计算式, 即可通过上述公式可以算出各评判因素 对应于各个等级的隶属度 rij , 其中 ri1= Lv1( Ci ) , ri 2 = Lv2( Ci ) , ri3= Lv3( Ci ) , i = 1, 2, ,, 12。
4 太湖流域水资源承载能力模糊综合评价

实际数值对照各指标的分级来分析计算。对于评价 指标 Ci 各评价级相对隶属度函数的计算公式为:

4. 1 评价资料整理 根据 2000 ) 2006 年太湖流 域水资源公报及太

015( 1+

k1 k2-

Ci Ci

)

Ci < k1

Lv 1 =

015( 1-

Ci k2-

kk11) k 1

[

Ci <

k2

( 1)

0

Ci \ k2

015( 1-

k1 k2 -

Ci Ci

)

Ci < k1

Lv2 =

015( 1+

Ci k2 -

k1 k1

)

015( 1+

k3 k3-

Ci k2

)

k 1 [ Ci < k2 ( 2)
k 2 [ Ci < k3

015( 1-

k3 k2 -

Ci Ci

)

Ci \ k3

湖流域水资源综合规划相关成果[ 7] , 整理出的相关 指标数据见表 4。由于部分指标数据难以确定和量 化, 在征求相关专家意见后, 进行了估算。 4. 2 综合评价结果
根据隶属度函数公式分别计算统计出每个评判 因素与各个等级的相对隶属度 rij , 从而求出每年的 综合评判矩阵 R 的值。
由权重系数 W 和综合评判矩阵 R , 求得太湖流 域 2000 ) 2006 年水资源承载能力最终 的评判结果 矩阵 B= W @ R, 同时求得相应的水资源承载能力 的综合评分值 A , 见表 5。

表 4 太湖流域 2000) 2006 年水资源承载能力模糊综合评价指标

年份
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

人均水 资源量/
m3 37314 54013 66418 27119 30418 29419 30814

水资源 开发利 用率/ %
621 7 651 3 681 9 721 5 751 1 791 3 821 0

工业用 水重复利

人口密度/

用率/ % ( 人#km- 2)

50

99614

54

99316

58 1 00017

62 1 10217

66 1 11916

70 1 22817

74 1 28511

人均 GDP / 万元
217 310 313 317 414 417 512

万元 GDP 用水量/
m3 2941 7 2721 1 2291 0 2031 5 1881 5 1671 8 1471 6

日居民 生活用 水量/ L 1351 3 1421 9 1361 8 1511 8 1561 0 1471 5 1451 6

水资源 综合管理
水*
70 71 72 73 74 75 76

生态环 境用水 率/ %
214 214 217 216 219 218 212

废污水处 理率/ %
50 52 54 56 58 60 62

水功能 区达标 比例/ %
211 6 211 9 221 2 221 5 221 7 221 9 231 1

营养状态 指数
5916 5717 5811 6017 6215 6314 6511

# 22 #

R2000 =

0100 01 20 0180 0100 01 96 0105 0100 01 86 0114 0100 01 15 0185 0108 01 92 0100 0100 01 52 0148 0158 01 42 0100 0100 11 00 0100 0100 01 85 0115 0100 01 50 0150 0100 01 52 0148 0100 01 77 0123

R2001 =

0100 0122 01 78 0100 0191 01 09 0100 0194 01 06 0100 0115 01 85 0103 0197 01 00 0100 0161 01 39 0154 0146 01 00 0103 0198 01 00 0100 0186 01 14 0100 0155 01 45 0100 0153 01 47 0100 0180 01 20

R2002 =

0100 0124 01 76 0100 0185 01 15 0101 0199 01 00 0100 0115 01 85 0100 0197 01 03 0100 0178 01 22 0157 0143 01 00 0105 0195 01 00 0100 0192 01 08 0100 0160 01 40 0100 0153 01 47 0100 0179 01 21

R 2003 =

01 00 0119 0181 01 00 0179 0121 01 08 0192 0100 01 00 0113 0187 01 00 0190 0110 01 00 0189 0111 01 49 0151 0100 01 08 0193 0100 01 00 0190 0110 01 00 0165 0135 01 00 0154 0146 01 00 0176 0124

R2004 =

0100 01 19 0181 0100 01 75 0125 0115 01 85 0100 0100 01 13 0187 0100 01 78 0122 0100 01 95 0105 0146 01 54 0100 0110 01 90 0100 0100 01 99 0101 0100 01 70 0130 0100 01 54 0146 0100 01 73 0127

R 2005 =

01 00 01 19 0181 01 00 01 68 0132 01 23 01 77 0100 01 00 01 11 0189 01 00 01 74 0126 01 03 01 97 0100 01 52 01 48 0100 01 13 01 88 0100 01 00 01 94 0106 01 00 01 75 0125 01 00 01 54 0146 01 00 01 72 0128

R 2006 =

01 00 01 19 0181 01 00 01 63 0137 01 30 01 70 0100 01 00 01 11 0189 01 00 01 65 0135 01 11 01 89 0100 01 53 01 47 0100 01 15 01 85 0100 01 00 01 79 0121 01 00 01 80 0120 01 00 01 54 0146 01 00 01 70 0130

表 5 太湖流域 2000) 2006 年水资源承载能力综合评价结果

B

年份

A

V1

V2

V3

2000

01 07

01 56

0138

0136

2001

01 06

01 59

0135

0137

2002

01 07

01 63

0131

0139

2003

01 06

01 63

0130

0139

2004

01 07

01 64

0130

0140

2005

01 09

01 62

0129

0141

2006

01 11

01 59

0130

0142

4. 3 评价结果分析 用 A 值对总评价结果定性时, 笔者提出将 A 值
划分为一个范围, 分别取 2 个临 界值, 即当 A 低于 014 时, 认为是超载, 而当 A 大于 017 时, 认 为是轻 载, 介 于 两者 之 间 是 适 载[ 8] 。由 表 5 可 以看 出, 2000 ) 2003 年, 太 湖 流 域 水 资 源 处 于 超 载 状 态, 2004 ) 2006 年, 太湖流域水资源处于适载状态, 这主 要得益于流域万元 GDP 用水量的逐年递减, 它是产 业结构调整和科学技术进步共同作用的结果。必须
清醒地认识到, 太湖流域水资源承载能力正处于适 载和超载的临界水*, 仍有较强的超载迹象。评价 结果与太湖流域 2000 ) 2006 年的水资源承载 能力 现状一致, 这也印证了评价指标体系的科学性和合 理性。

5结语
太湖流域人口密集, 城市集中, 经济发展迅速, 水污染防治相对滞后, 使得流域河网水质普遍超标、 湖泊富营养化严重, 流域一、二级水功能区整体达标 率较低, 流域呈现常年水质型缺水, 饮用水水源地安 全受到严重威胁[ 9] 。流域低缓的地形、独特的*原 河网和感潮特征, 使得河网水流不畅, 流速缓慢, 水 体自净能力较低, 流域水生态环境问题日益突出。
太湖流域为*原感潮河网地区, 碟状地形和土 地高度利用, 省( 市) 间互为上下游、水流往复, 水资 源问题相对复杂, 水资源承载能力整体偏低。为了 保证流域水资源的可持续利用, 应实行最严格的水 资源管理制度, 有效实施5太湖流域取水许可总量控 制指标方案6, 实现对太湖流域河道外取水许可总量 控制指标 249148 亿 m3 的有效监控, 逐步调整流域 产业布局和产业结构, 合理转变经济增长方式和消 费方式, 进一步提高用水效率和废污水处理率, 加强 流域水资源调度和管理, 促进流域水资源合理开发、 利用、节约和保护, 改善流域水资源和水环境状况, 加快转变流域用水管理模式, *谒蜕缁峤ㄉ, 实现流域经济社会与水资源环境协调发展。
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减轻和防止地下水污染起到了显著的效果。
4 结论与建议
a. 根据垃圾场勘探试验、垃圾浸泡淋滤试验及 地下水水流、溶质运移模型的预测成果, 结合垃圾淋 滤液的污染物在非饱和带中的运移规律, 初步提出 了南水北调工程受水区不同水文地质单元中非正规 垃圾填埋场的控高水位, 并优选出相应的控高水位, 可为北京市科学调控南水北调工程受水区地下水位 提供了技术支持。
b. 通过模型预测, 在控高方案下, 典型区地下 水质将得到很大的改善, 地下水控高方案的实施对 减轻和防止地下水污染起到了显著的效果。
c. 浸泡实验工作主要获得了淋溶浸泡 作用下 垃圾所产生的污染情况, 考虑到地下水污染往往是 多种因素共同作用的结果, 应进一步开展模拟实验工 作, 查明地下水与垃圾之间水岩作用的生物、化学机 理, 掌握垃圾场对地下水污染的贡献程度, 为垃圾污 染预测及垃圾治理提供更可靠的实验数据和依据。
d. 今后应针对垃圾填埋污染羽的水*和垂向 分布范围的确定、原位修复技术的精确选取及相关 模型的运行参数等的精确确定做深入研究, 建立垃

圾填埋场的污 染组分对地下水影响的 预测预警系 统, 为北京市地下水资源的精细化管理提供支撑。
参考文献:
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