區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法研究

1、楊梅，李如忠，錢家忠,洪天求合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥（230009E-mail:qjz_mail摘要:研究和評(píng)價(jià)區(qū)域水環(huán)境承載力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于水環(huán)境承載力的內(nèi)涵和本質(zhì)，從資源環(huán)境、技術(shù)管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)四個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)普遍適用的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系?？紤]到水環(huán)境承載力本身具有模糊性、多指標(biāo)性，采用模糊優(yōu)選原理進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用層次分析法（AHP確定指標(biāo)權(quán)重。從而提出了AHP一模糊優(yōu)選模型。作為案例，將上述理論方法應(yīng)用于某一城市的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，取得了較好效果。關(guān)鍵詞:區(qū)域，水環(huán)境承載力，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模糊優(yōu)選評(píng)價(jià)模型水環(huán)境承載力（WaterEnvironme

2、ntalCarryingCapacity,WECC是承載力概念與水資源和水環(huán)境領(lǐng)域的自然結(jié)合1,是衡量區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動(dòng)與水環(huán)境條件適配程度的重要指標(biāo)，受到世界各國的普遍重視20九十年代初WECC概念在我國得以提出,隨后WECC研究方向在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域獨(dú)立發(fā)展逐漸完善2-6,但對(duì)水環(huán)境承載系統(tǒng)各要素的內(nèi)涵、特征、變化關(guān)系和定量化表征等尚未見有較為系統(tǒng)的理論成果。本文從水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)所涉及的資源環(huán)境、技術(shù)管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)四個(gè)角度出發(fā)，結(jié)合我國的區(qū)域狀況，提出了區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的AHP一模糊優(yōu)選模型。實(shí)例研究表明，所建模型對(duì)包含多指標(biāo)、多因素的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

3、具有很好的效果。1 .評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)根據(jù)區(qū)域水資源特點(diǎn)，考慮到區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡性、科技文化水平的差異性、以及水資源開發(fā)利用程度和水環(huán)境的狀況及其變化趨勢(shì)等。1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則在借鑒國際上對(duì)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以科學(xué)、實(shí)用、簡明的選取原則具體考慮以下幾個(gè)方面7:(1科學(xué)性原則，即按照科學(xué)理論，特別是可持續(xù)發(fā)展理論定義的指標(biāo)概念和計(jì)算方法；(2整體性原則，即綜合反映社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、生態(tài)、環(huán)境、資源等發(fā)展指標(biāo)(3動(dòng)態(tài)性與靜態(tài)性相結(jié)合原則，即指標(biāo)體系反映系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)及其發(fā)展過程(4定性與定量相結(jié)合原則，即選擇可量化指標(biāo)，難以量化的重要指標(biāo)采用定性描

4、述指標(biāo)；(5可比性原則，即盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的名稱、概念、計(jì)算方法，考慮國際、國內(nèi)狀況；(6簡明、實(shí)用、可行性原則，即指標(biāo)體系要充分考慮到資料的來源和現(xiàn)實(shí)可行性。1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建目前，還難以找到對(duì)我國不同省(地區(qū)、不同流域都能適用的、統(tǒng)一的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。參照相關(guān)文獻(xiàn)7,11,從水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)所涉及的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境技術(shù)、管理等角度，側(cè)重我國東部城市地區(qū)，建立了水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。本課題得到國家基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目前期研究專項(xiàng)(2003CCC00400安徽省自然科學(xué)基金(050450303的資助。水環(huán)境出裁力(E)圖1水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1Ind

5、icatorsystemforevaluatingWECC2 .AHP-模糊優(yōu)選評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用實(shí)例WECC是處理水環(huán)境與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間關(guān)系的有力工具，目前已經(jīng)在多個(gè)方面取得進(jìn)展，特別是量化方法呈現(xiàn)出多樣化的態(tài)勢(shì)8,9。但各種方法均有優(yōu)劣點(diǎn)，還需要作進(jìn)一步的研究。水環(huán)境承載力是一個(gè)模糊概念，也是一個(gè)多指標(biāo)評(píng)價(jià)、決策問題用此，考慮采用AHP-模糊優(yōu)選原理10,11對(duì)區(qū)域水環(huán)境承載力狀態(tài)及其變化態(tài)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.1 基本資料某城市19942002年資源、環(huán)境、技術(shù)管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)等各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所小。2.2 水環(huán)境承載力變化態(tài)勢(shì)分析(1構(gòu)造評(píng)價(jià)樣本和評(píng)價(jià)指標(biāo)集合A=1994年,19

6、96年,1998年，2000年,2002年=a1,a2,a3,a4,a5F=指標(biāo)l,指標(biāo)2,指標(biāo)17=f1,f2,f17將待評(píng)樣本ai對(duì)fk的屬性值記為xki(k=1,2,，17;i=1,2,(2構(gòu)造二維決策矩陣M，即區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的決策矩陣。mnM(kix=(1(3決策矩陣規(guī)格化在決策矩陣M中，評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值量綱可能不完全相同，為消除量綱不同帶來的影響，在評(píng)價(jià)前需對(duì)決策矩陣M中各元素作規(guī)格化處理，記：xmax=maxxki,1<k<m,1<i<n(2xmin=minxki,1<k<m,1<i<i這里,xmax和xmin分別表示所有評(píng)價(jià)樣本

7、中指標(biāo)fk的最大值和最小值。考慮到評(píng)價(jià)樣本中有的指標(biāo)變化范圍可能較大，而有的變化范圍則很小，為避免夸大變化范圍小的指標(biāo)在決策中的相對(duì)作用，可采用下列優(yōu)屬度計(jì)算公式。本文將表1中17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行劃分,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f10,f11,f12,f14,f15,f16為正效指標(biāo),f1,f8,f9,f13,f17為負(fù)效指標(biāo)。對(duì)于屬性值越大，表示水環(huán)境承載力越大的正效指標(biāo)，令rki=xki/(xkmax+xkmin(4對(duì)于屬性值越大，導(dǎo)致水環(huán)境承載力越小的負(fù)效指標(biāo)，則rki=1-xki/(xkmax+xkmin(5其中kir為待評(píng)樣本ia對(duì)于指標(biāo)kf的相對(duì)優(yōu)屬度。經(jīng)過上述規(guī)格化處理，可將

8、決策矩陣式(1轉(zhuǎn)化為規(guī)格化處理后的矩陣R，如表2所示R=(rkimn槍其中,0&rki<1,k=1,2,m;i=1,2,n表1某城市水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)基本指標(biāo)及其19942002年各指標(biāo)值Table1IndicatorsandtheindexstatusforassessmentofWECCfrom1994-2002JfiMM<'I'1<!,'1L9461IWH+20UD,2UC2ifA他F小沖也血捌匕年個(gè)4.13O16V.2IL妁ft.*?餐穌U1電1布Lt業(yè)壯0?5Gift0.6*.我費(fèi)禪年境iJi）小修育展地木盥源&有rmx）人均卡

9、吊加AHkmi雨171i索隔7M1664)741n2)7(9出【業(yè)岫水詼UH放字彳）<18211KS口,IIM民城聃J水象八境iWIN1)220.25拄機(jī)首理壇我也海福用水處率1傳1*3IIJ21)31UHOM陽I瓦萬兄產(chǎn)處體污掂（1）氏h,om】iU2452H5U2M2421119321UU.IM|W.14J175C,%均1卜岫'1產(chǎn)匕仁心4fi5163”JEK沌曲水T-北上川MUHh2Hix.41-11札金府訪C.Hk。；砌生產(chǎn)電IaJ164VS±iiATJj嘮/巳平的期期燈春"E一萬人人!以上人II盤tK>隨67WlwMSATilN)劭M46A女k

10、”間串l%i<k"UM0.1V0111Dll1生岳以生。/埔明木比*£*>力川1<)illtnMM(Di)島幡面桁憂事<%>在喝C不1).32。.川Ml（4構(gòu)造虛擬優(yōu)、劣向量根據(jù)式（7,得最優(yōu)指標(biāo)向量為G=(g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7,g8,g9,g10,g11,g12,g13,g14,g15,g16,g17T=(0.6920.6490.5230.5260.5290.6250.5380.6310.6200.6200.6020.5610.5110.5480.6000.6670.559T根據(jù)式(8,得最劣指標(biāo)向量為：B=(b1,b2,

11、b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9,b10,b11,b12,b13,b14,b15,b16,b17T=(0.3080.3510.4770.4740.4710.3750.4620.3690.3800.3800.3980.4390.4890.4520.4000.3330.441T旨標(biāo)定權(quán)運(yùn)用層次分析法12-14得到四個(gè)指標(biāo)相對(duì)于總目標(biāo)的組合權(quán)重分別為：W=(0.15840.09900.03630.03630.12540.08250.05610.03960.202640.05440.05440.03060.02040.01020.07310.07310.0238T(6計(jì)算樣本相對(duì)加權(quán)距優(yōu)、距劣

12、距離據(jù)上述計(jì)算得樣本相對(duì)加權(quán)距優(yōu)距離Dgi、距劣距離Dbi分別如下：Dg=(Dg1,Dg2,Dg3,Dg4,Dg5=(0.038,0.028,0.051,0.051,0.070TDb=(Db1,Db2,Db3,Db4,Db5=(0.070,0.058,0.034,0.043,0.038T(7計(jì)算待評(píng)樣本優(yōu)屬度ui,由式(12最終求得待評(píng)樣本的優(yōu)屬度U，即：U=(u1,u2,u3,u4,u5T=(0.772,0.811,0.308,0.416,0.228T根據(jù)上述五個(gè)樣本優(yōu)屬度的相對(duì)大小，可以對(duì)該區(qū)域五個(gè)年頭下水環(huán)境承載力狀況進(jìn)行優(yōu)劣排序，即1996年1994年2000年1998年2002年。2

13、.3 結(jié)果分析將各個(gè)年該地區(qū)所對(duì)應(yīng)的水環(huán)境承載力的相對(duì)優(yōu)屬度(即:年份值記為橫坐標(biāo)，相對(duì)優(yōu)屬度記為縱坐標(biāo)繪制成散點(diǎn)圖的形式。由圖1,可以看出該城市19942002年水環(huán)境承載力變化態(tài)勢(shì)。表2經(jīng)決策化后的矩陣總體上講，區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展了,Table2Thepracticedmatrix但水環(huán)境承載力卻下降了。1996年和19940.6920.5900.4360.4100.308年的水環(huán)境承載力的相對(duì)優(yōu)屬度較大(在0.80.6490.5730.5340.4730.35100附近，屬于較好狀態(tài)；而1998、2000、20.4800.4770.4960.5230.494002則低于0.500,水環(huán)境

14、承載力的相對(duì)優(yōu)屬0.5260.4740.4960.5120.499度較小，水環(huán)境狀況較差。0.4710.4890.5060.5170.52轉(zhuǎn)域的自然因素、社會(huì)因素兩方面，即0.3750.4500.5500.6000.62資源環(huán)境、生態(tài)狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、管理因素0.4620.4920.5080.5380.538是相互影響、相互制約的。它們共同作用的0.3690.4510.4970.6010.631結(jié)果決定了該地區(qū)的水環(huán)境的承載能力。另0.3800.4740.5430.5890.620外，一些重大環(huán)保措施的實(shí)施也會(huì)給區(qū)域水0.3800.4210.5000.5640.620環(huán)境承載力帶來很大影響，這一

15、點(diǎn)在圖1中0.6020.5720.5000.4470.398也能夠很好地反映出來。比如：因環(huán)境污染0.4390.4610.4950.5290.561的難降解、易富集、不可逆性，WECC有隨時(shí)0.5040.5110.4960.4890.496問而逐漸變小的趨勢(shì)。而2000年的WECC明0.4520.4760.4960.5210.548顯高于1998年這與20世紀(jì)末我國整治水體0.6000.5600.5200.4000.440環(huán)境而提出和實(shí)施的零點(diǎn)計(jì)劃”有明顯關(guān)0.3330.6670.3330.6670.667系。0.4410.4850.5290.5590.559相對(duì)隸屬比圖21994-2002年

16、間水環(huán)境承載力變化趨勢(shì)Fig.2Therelativevalueofthesubordinatefrom1994-20023.結(jié)論與展望(1本文研究了區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)體系的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，基于區(qū)域水環(huán)境一社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的不確定性，依據(jù)模糊優(yōu)選原理建立了一個(gè)評(píng)價(jià)水環(huán)境承載力概念模糊性的WECC模糊優(yōu)選模型，并以層次分析法定權(quán)。實(shí)例研究表明，該模型較傳統(tǒng)的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方法能夠更客觀、真實(shí)地反映區(qū)域水環(huán)境承載力狀況，對(duì)于制定區(qū)域水資源規(guī)劃具有重要意義。(2本論文在建立分析評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，力求全面。由于WECC本身的模糊性，評(píng)價(jià)指標(biāo)以確定性指標(biāo)形式進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際上是忽視了水環(huán)境一社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的客觀不

17、確定性。如何將非確定性的指標(biāo)加以確定性地表示，且能夠保障確定化后的數(shù)據(jù)是科學(xué)合理的將是以后研究的一個(gè)重要方面。(3鑒于現(xiàn)有WECC的量化體系和方法存在的缺陷，應(yīng)以基礎(chǔ)理論為前提，研究適用于不同承載力內(nèi)涵的量化體系和量化方法。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)WECC的基礎(chǔ)理論的研究,完善WECC的支撐理論，使之具有更加廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 .龍騰銳，姜文超.水資源(環(huán)境承載力的研究進(jìn)展.水科學(xué)進(jìn)展,2003,(2:249-2522 .錢華，李貴寶,許佩瑤.水環(huán)境承載力的研究進(jìn)展.中國水利水電科學(xué)研究院，北京,20043 .崔鳳軍.城市水環(huán)境承載力及其實(shí)證研究.自然資源學(xué)報(bào),1998,13(1:58-624 .

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