模糊集對(duì)分析的京津冀水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

模糊集對(duì)法基于對(duì)立統(tǒng)一和事物普遍聯(lián)系觀點(diǎn),且考慮到評(píng)價(jià)等級(jí)邊界的模糊性,通過(guò)聯(lián)系度對(duì)事物進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、水資源利用、水資源保護(hù)等評(píng)價(jià)指標(biāo),采用該方法對(duì)環(huán)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià),分析該經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的匹配程度。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:模糊集對(duì)法考慮各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,科學(xué)評(píng)判處理各種指標(biāo)的信息,采用該方法評(píng)價(jià)水資源可持續(xù)利用程度是合適的。

水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)是可持續(xù)發(fā)展研究的核心技術(shù),其實(shí)質(zhì)是建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)與可持續(xù)利用等級(jí)之間的非線性關(guān)系,其中如何合理確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是目前研究的難點(diǎn)。提出了用加速遺傳算法優(yōu)化識(shí)別判斷矩陣群體的hadamard凸組合矩陣所對(duì)應(yīng)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重、并改進(jìn)理想?yún)^(qū)間法的系統(tǒng)評(píng)價(jià)新方法(gd-iim)。gd-iim直接由評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),利用全部隸屬度值信息計(jì)算可持續(xù)利用評(píng)價(jià)等級(jí)值,避免了應(yīng)用最大隸屬度原則進(jìn)行判斷所可能造成的失真,提高了評(píng)價(jià)精度。用gd-iim評(píng)價(jià)黑龍江省14個(gè)區(qū)域水資源可持續(xù)利用的結(jié)果說(shuō)明,gd-iim直觀簡(jiǎn)便、通用、精度高,可在實(shí)際系統(tǒng)評(píng)價(jià)中推廣應(yīng)用。

應(yīng)用生態(tài)足跡法,對(duì)陜北地區(qū)1997-2006年的水資源承載力和生態(tài)足跡進(jìn)行核算,這10年陜北地區(qū)水資源利用呈生態(tài)赤字狀態(tài),生態(tài)赤字由1997年的3626.87hm2增加到2006年的9342.21hm2,短短10年間,生態(tài)赤字量增加近2倍,并且赤字還在不斷的增加,這對(duì)于該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展造成很大的威脅,隨著該區(qū)能源重化工基地的建設(shè),用水量還要大幅度增加,水資源問(wèn)題日益嚴(yán)重。為此,根據(jù)評(píng)價(jià)針對(duì)陜北地區(qū)特有的經(jīng)濟(jì)地位和環(huán)境條件,為區(qū)域水資源的可持續(xù)利用提出了3點(diǎn)建議。

構(gòu)建農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用(sustainableutilizationofagriculturalwaterre-sources,suawr)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(indicaterssystern,is)既要考慮is構(gòu)建的一般性問(wèn)題,也要顧及suawr內(nèi)涵的多維性.根據(jù)suawr內(nèi)涵,分別從用水流程和用水影響因素兩種角度提出了suawr評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)要求,指出suawr評(píng)價(jià)維度包括質(zhì)量維、數(shù)量維和時(shí)空維.在闡明評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)上,提出is構(gòu)建原則,并采用頻度統(tǒng)計(jì)法、理論分析法等方法,進(jìn)行了is構(gòu)建、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并進(jìn)行構(gòu)成分析,建立了以農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的一般性suawr綜合評(píng)價(jià)is,探討了awr復(fù)合系統(tǒng)多維度可持續(xù)性評(píng)價(jià)如何在多層次is中實(shí)現(xiàn).

水資源可持續(xù)利用是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。應(yīng)用可變模糊集理論中的質(zhì)量互變定理,研究評(píng)價(jià)了廣東省東莞市不同水平年水資源可持續(xù)利用協(xié)調(diào)能力。結(jié)果表明,東莞市水資源可持續(xù)利用協(xié)調(diào)能力從2000年至規(guī)劃水平年(2030年)有了質(zhì)的變化與提高。經(jīng)過(guò)與集對(duì)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果比較,表明本文評(píng)價(jià)成果的合理性和可靠性。

水資源可持續(xù)利用程度綜合評(píng)價(jià)需要綜合考慮區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等各方面因素,是一個(gè)典型的多目標(biāo)、多層次、多屬性決策問(wèn)題。投影尋蹤模型能夠通過(guò)加速遺傳算法來(lái)尋求最優(yōu)投影方向,將多維數(shù)據(jù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成低維子空間上,因此便可以根據(jù)優(yōu)化出的一維投影值來(lái)計(jì)算各地區(qū)的水資源可持續(xù)利用程度,另外可以避免權(quán)重確定主觀性問(wèn)題。其思路清晰,計(jì)算簡(jiǎn)單,結(jié)果合理,為水資源可持續(xù)利用程度綜合評(píng)價(jià)提供了一條新的方法和思路。

指標(biāo)體系(indicatorssystem,is)評(píng)價(jià)法已在各研究領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用,但存在is的通用性與區(qū)域適用性、全面性與可操作性難于兼顧等問(wèn)題。以東北三省2001年農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用(sustainableutilizationofagri-culturalwaterresources,suawr)評(píng)價(jià)為例,依據(jù)研究區(qū)水資源利用狀況分析選取指標(biāo)保證了指標(biāo)的區(qū)域適用性;采用頻度統(tǒng)計(jì)法、專(zhuān)家咨詢(xún)法、譜系聚類(lèi)法之分裂法、理論分析法等多種方法相結(jié)合構(gòu)建is,充分借鑒、吸收了已有指標(biāo)研究成果、is構(gòu)建思想及同行專(zhuān)家意見(jiàn),保證了所選指標(biāo)的通用性。體現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合的運(yùn)行層和框架層耦合的is結(jié)構(gòu)則解決了農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)可持續(xù)內(nèi)涵評(píng)價(jià)的科學(xué)性和全面性與is的可操作性難于兼顧的矛盾。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,按本研究構(gòu)建的is適合東北區(qū)suawr現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

論述了改進(jìn)密切值法綜合評(píng)價(jià)的原理和步驟,建立水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,應(yīng)用改進(jìn)密切值法綜合評(píng)價(jià)了山西省11個(gè)市的水資源可持續(xù)利用情況,拓展了密切值法的應(yīng)用領(lǐng)域.實(shí)例研究表明,改進(jìn)密切值法目的明確,步驟簡(jiǎn)便,能夠提供準(zhǔn)確的優(yōu)劣次序,可用于水資源可持續(xù)利用的評(píng)價(jià).

對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)區(qū)間等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)信息引入均化系數(shù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的屬性識(shí)別模型,根據(jù)等級(jí)屬性值的變權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的客觀賦權(quán)獲得各個(gè)評(píng)價(jià)樣本的評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。以黑龍江省14個(gè)地區(qū)為例進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,與模糊識(shí)別和群決策識(shí)別結(jié)果相比,該模型可行有效,評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。

在模糊物元分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合歐氏貼近度的概念,提出了基于歐氏貼近度的模糊物元分析方法。在對(duì)區(qū)域水資源可持續(xù)利用進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),把各地區(qū)各開(kāi)發(fā)利用階段作為物元的事物,以它們的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的模糊量值構(gòu)造復(fù)合模糊物元,通過(guò)計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)模糊物元之間的歐氏貼近度,并采用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,實(shí)現(xiàn)對(duì)各地區(qū)水資源可持續(xù)利用的綜合評(píng)價(jià)與排序。該模型被應(yīng)用到西安市的水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)中,取得了較好的效果,對(duì)西安市水資源的可持續(xù)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

利用水資源生態(tài)足跡模型分析評(píng)價(jià)廣西中部地區(qū)2004—2014年的水資源可持續(xù)利用狀況,結(jié)果表明:(1)該地區(qū)人均水資源生態(tài)足跡介于0.8911~1.1206hm2之間,總體呈上升趨勢(shì);人均水資源生態(tài)承載力居于1.0048~1.5724hm2之間,呈波動(dòng)態(tài)勢(shì);人均水資源生態(tài)盈余處于0.0346~0.4741hm2之間,水資源生態(tài)壓力指數(shù)介于0.68~0.97之間,說(shuō)明該地區(qū)水資源利用處于安全狀態(tài)但某些年份已達(dá)臨界水平。(2)基于年均值,來(lái)賓市人均水資源生態(tài)足跡遠(yuǎn)超貴港市,貴港市該值稍大于南寧市,貴港市人均水資源生態(tài)承載力略小于南寧市,它們又明顯低于來(lái)賓市;來(lái)賓市歷年均為水資源生態(tài)盈余,南寧市多數(shù)年份表現(xiàn)為盈余,貴港市近半數(shù)年份呈赤字狀態(tài),它們的水資源可持續(xù)利用安全水平分別為高、一般和較低。(3)按傳統(tǒng)方法計(jì)算,該地區(qū)及其內(nèi)部水資源生態(tài)承載力明顯增加,從而導(dǎo)致水資源生態(tài)盈余顯著上升和水資源生態(tài)壓力指數(shù)大幅降低,水資源利用安全水平被明顯高估。(4)提出了改善該地區(qū)水資源可持續(xù)利用狀況的幾點(diǎn)建議。

針對(duì)區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展能力的評(píng)價(jià)問(wèn)題,基于“自然-社會(huì)”二元模式,識(shí)別出了自然、社會(huì)和水資源3個(gè)因素的影響因子,構(gòu)造了第一層由3個(gè)因素、第二層由21個(gè)指標(biāo)組成的多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,構(gòu)建了基于相對(duì)差異函數(shù)的模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型.以開(kāi)封市為研究實(shí)例進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果顯示:2012年蘭考縣和通許縣的水資源可持續(xù)發(fā)展能力為ⅱ級(jí)(較強(qiáng)),其他縣(區(qū))的水資源可持續(xù)發(fā)展能力為ⅲ級(jí)(中等).通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證,表明該評(píng)價(jià)模型具有較好的適用性和合理性,指標(biāo)的代表性和覆蓋性較好,特別是針對(duì)較小的評(píng)價(jià)區(qū)域,能夠有效地識(shí)別出指標(biāo)差異,獲得精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)等級(jí).

目前,在水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)過(guò)程中,評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值及權(quán)重的確定均存在一定的主觀性.針對(duì)該問(wèn)題,本文以水資源時(shí)空分布不均的安徽省為研究對(duì)象,計(jì)算安徽省16個(gè)城市各類(lèi)水足跡,并融合常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo),基于psr理論構(gòu)建了水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)體系.同時(shí),采用熵權(quán)法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),選用灰靶模型進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)靶心度判斷各城市水資源可持續(xù)利用水平的空間差異性,以增強(qiáng)不同評(píng)價(jià)單元之間的可比性.結(jié)果表明:2016年,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水足跡在安徽省16個(gè)城市總用水足跡中占比均居首位,在除馬鞍山、銅陵、蕪湖的多個(gè)城市中所占比重超過(guò)80%；工業(yè)用水足跡所占比重居次,馬鞍山、銅陵、蕪湖分別為45.94%、32.46%、25.17%,其余城市多集中在2%~10%；各城市生活用水水足跡和生態(tài)用水水足跡所占比重較小,均低于6%.2016年安徽省水資源可持續(xù)利用水平以中、差等級(jí)為主,大體呈北低南高的空間布局特征,優(yōu)、良等級(jí)集中在皖南的黃山、銅陵、池州；壓力層和狀態(tài)層靶心度的空間分布與此相似,提升空間較大,響應(yīng)層靶心度總體較高,未呈現(xiàn)明顯空間差異性.

水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的一個(gè)極其重要的因素。水資源的可持續(xù)利用是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的基本前提。筆者針對(duì)西北干旱區(qū)獨(dú)有的氣候水文特征,從區(qū)域水資源與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的相互關(guān)系出發(fā),從區(qū)域水資源承載力的本質(zhì)概念進(jìn)行分析,拓展認(rèn)識(shí)和界定區(qū)域水資源儲(chǔ)備量和區(qū)域水資源承載能力的內(nèi)涵意義。基于區(qū)域水資源的儲(chǔ)備、消耗、再生的3大功能過(guò)程,考慮區(qū)域社會(huì)調(diào)節(jié)活動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源功能過(guò)程的影響,構(gòu)建了一個(gè)以指標(biāo)層變量、分類(lèi)層指標(biāo)和目標(biāo)層指數(shù)3個(gè)等級(jí)層次體系,并適用性較強(qiáng)的西北干旱區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

針對(duì)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng),利用協(xié)同學(xué)理論并以遼寧省為例選取2015—2017年社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和水資源開(kāi)發(fā)利用指標(biāo),對(duì)遼寧省水資源可持續(xù)利用采用協(xié)同學(xué)理論進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明:研究區(qū)域水資源可持續(xù)利用采用協(xié)同學(xué)理論評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的適用性與準(zhǔn)確性,研究成果可為區(qū)域水資源承載力預(yù)測(cè)和可持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供一定的決策依據(jù)和理論支持。

河北省屬于典型資源型缺水的省份,針對(duì)水資源嚴(yán)重匱乏、水污染嚴(yán)重的特征,并通過(guò)對(duì)水量的檢測(cè)建立了水資源可持續(xù)利用的評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn),利用改進(jìn)層次分析法確定了評(píng)價(jià)體系的完善與不完善性。

水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。文章通過(guò)論述新疆水資源的現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)新疆水資源總量豐富,人均占有量較高,水資源空間和時(shí)間分布不均勻,水資源使用量逐年增加;剖析了新疆水資源利用中的問(wèn)題及原因,認(rèn)為新疆水資源有效利用程度低,水資源浪費(fèi)嚴(yán)重,供需矛盾尖銳,污染嚴(yán)重,污水處理能力不高以及地下水超采;進(jìn)而結(jié)合新疆實(shí)際情況,對(duì)新疆水資源可持續(xù)利用提出對(duì)策建議。

水利可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而衡水市是河北省水資源最為匱乏地區(qū)之一，水資源短缺與水利可持續(xù)發(fā)展矛盾最為尖銳，因此從某種意義上講，衡水市水利能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在很大程度上將取決于衡水市水資源能否保證可持續(xù)利用。本文分析和預(yù)測(cè)了衡水市水資源現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景，提出了保證水資源可持續(xù)利用實(shí)現(xiàn)水利可持續(xù)發(fā)展應(yīng)采取的四個(gè)方面措施。

選取水資源總量、人均占有水量、單位gdp用水量、缺水率、水資源開(kāi)發(fā)利用率、重復(fù)利用率、人口密度等7個(gè)指標(biāo),按其對(duì)水資源可持續(xù)承載力的影響程度劃分為3個(gè)等級(jí),建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)模型及其隸屬度計(jì)算公式。基于熵權(quán)基本理論,應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法,對(duì)南水北調(diào)中線工程河南省受水區(qū)水資源可持續(xù)承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明,研究區(qū)水資源可持續(xù)承載力較弱,必須采取調(diào)水、節(jié)水等措施以彌補(bǔ)水資源的不足。

基于水資源開(kāi)發(fā)利用程度，針對(duì)南通市沿海5縣、區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)水資源需求與供給量的矛盾問(wèn)題，利用可變模糊集理論和層次分析法，從水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)四方面選定16個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了4層水資源開(kāi)發(fā)利用程度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)研究區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用程度現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)研究。研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)厮Y源的支撐能力處于中等偏低，水資源滿(mǎn)足發(fā)展的供需能力有逐漸變差的趨勢(shì)；地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用充分，壓力有超載的趨勢(shì)，如果不盡快采取相應(yīng)的措施，研究區(qū)的水資源將會(huì)出現(xiàn)供需緊張的現(xiàn)象。

指出了巖溶地區(qū)水資源短缺主要是由于巖溶地貌發(fā)育，水資源可獲取性差，利用難度大造成的。為合理評(píng)價(jià)巖溶地區(qū)水資源安全，在模糊集理論基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合西南巖溶地區(qū)水資源的特點(diǎn)，選取了體現(xiàn)巖溶地區(qū)水資源特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了水資源安全評(píng)價(jià)模型。，井對(duì)2004-2013年貴州省水資源安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：貴州省水資源安全整體水平達(dá)到臨界安全，歷年評(píng)價(jià)平均值為0.606，但區(qū)域差異性明顯，呈東南向西北遞減趨勢(shì)；其中，黔南、遵義水資源安全水平較高，評(píng)價(jià)均值分別為0．919（ⅰ級(jí)）、0．839（ⅱ級(jí)）。六盤(pán)水和畢節(jié)水資源安全水平較低，分別為0．1（v級(jí)）和0．4（v級(jí)），其余地區(qū)介于兩者之間；各地州水資源安全水平年際變異性大，平均變異系數(shù)為0．477。分析認(rèn)為，加大水利設(shè)施建設(shè)投資力度，保護(hù)現(xiàn)有水資源，提高水資源開(kāi)發(fā)利用率才是解決貴州巖溶地區(qū)水資源安全問(wèn)題的關(guān)鍵。

以典型喀斯特地區(qū)——六盤(pán)水市為研究區(qū),基于生態(tài)足跡理論,從生活、生產(chǎn)、生態(tài)3個(gè)用水賬戶(hù)角度出發(fā),構(gòu)建了六盤(pán)水市水資源生態(tài)足跡模型與水資源生態(tài)承載力模型,用于對(duì)六盤(pán)水市2008～2015年的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用多種評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了該市水資源可持續(xù)利用情況,討論了各指標(biāo)與年平均降雨量之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:該區(qū)域的水資源屬于生態(tài)盈余狀況,水資源利用整體而言處于可持續(xù)利用的狀態(tài),但是人均水資源生態(tài)承載力的年際變化幅度較大,可持續(xù)性比較不穩(wěn)定；同時(shí),生態(tài)用水和萬(wàn)元gdp的水資源生態(tài)足跡處在較低的水平,說(shuō)明目前的用水比例不利于生態(tài)環(huán)境的改善,因而需要進(jìn)一步提高用水效率。所采用的研究方法和得出的研究結(jié)論可以為巖溶地區(qū)的水資源可持續(xù)性研究提供一定的依據(jù)和參考。