黄河三角洲高效生态经济区水资源承载力计算成果

（一）水资源的承载力计算方法评述

水资源的承载力的研究方法是在坚持可持续发展原则的条件下，依据区域的社会经济发展状况，运用科学合理的研究方法建立数学模型，分析区域的水资源状况。最初对于水资源承载力的研究指标比较单一，且仅进行简单的静态分析，经过几十年的研究，发展到如今的多目标、动态综合分析。目前，研究水资源承载力的方法很多，比较有代表性的主要是常规趋势法、背景分析法、模糊综合评价法、系统动力学法及多目标分析法等。

1.常规趋势法

该方法依据区域的可开采水量，以满足维持生态环境的基本要求为前提，合理分配国民经济各部门的用水比例，统计分析区域水资源现状和所能承载的工农业及人口的最大阈值。

2.背景分析法

该方法主要是运用对比分析的原理，在一定历史时段内，对自然条件、社会发展状况相似的研究区域进行对比，以此分析出对比区域的承载能力。

3.模糊综合评价方法

该方法首先选取对水资源承载能力有影响的各个因素，并进行单因素评价，在此基础上，将这些单因素组合建立起一个综合的评价指标体系，通过综合评判矩阵对区域水资源承载能力进行多因素综合评价。

4.系统动力学法

该方法最早是由美国麻省理工学院ForresterJW创立的一门分析研究信息反馈的学科，基于系统动力学的水资源承载力模型，通过微分方程组来模拟预测社会经济、生态、环境和水资源系统多变量、非线性、多反馈与复杂反馈等过程，把经济社会、资源与环境在内的大量复杂因子作为一个整体，对一个区域的资源承载能力进行动态计算。

5.多目标分析法

该方法选取能够反映研究区水资源承载力的社会与环境的若干目标，而影响这些目标的主要因素具有相互依存、相互制约的关系，在社会可持续发展原则的基础上，按照整体性原则，追求研究区整体的最优。

水资源的承载力评价的方法很多，每种方法都有其优势，也都存在着一定的缺陷。

通过以上对各种评价方法的评述及其优缺点的比较，根据研究区的自然、社会、经济、人口等实际情况，本次研究选用模糊综合评价法作为研究黄河三角洲高效生态经济区水资源的承载力的方法。虽然模糊综合评价法自身存在着一定的不足，但该方法在单因素分析的基础上建立综合评价指标体系，通过综合评价矩阵对研究区的水资源的承载力进行综合研究，在评价过程中尽量克服信息丢失、因子权重主观赋值等不足，力求可以较为全面地分析出研究区的水资源承载力状况。

（二）水资源承载力评价指标体系的建立

1.指标选取的原则

综合评价研究区水资源承载力所选取的各项指标是进行定量评价的基础、判断依据。参考前人的研究，对于指标的选取必须坚持以下这些原则：

（1）指标的选取要有坚持科学性、相对独立性、层次性等原则。要在科学的基础上进行指标和数据的选取，所选指标必须能够反映研究区的水资源状况和发展趋势，以保证预测内容合理；各个指标要相对独立，尽量避免指标间信息的重复；建立若干子系统，由多层子系统构成总的系统。

（2）依据评价目标进行指标的选取，评价指标要尽量简洁，避免烦琐。

（3）指标体系的构建是为了衡量人类社会经济及生态环境与当地水资源的关系的，因此所选指标必须是可以度量的，具有可操作性。

（4）指标体系的建立要兼顾区域性和综合性的原则。水资源承载力研究是以一定区域为主体目标进行综合评价，研究区可以是行政区域，也可以是流域，评价时不仅要考虑水资源本身的状况，还要注意区域的社会、经济、人口等因素，力求指标全面，评价合理。

2.水资源承载力评价指标体系的建立

水资源承载力评价指标体系的建立是水资源承载力研究中的一个关键问题。由于水资源承载力受到多种因素的影响，且涉及多个方面，所以不同的学者所选指标不尽相同。

根据水资源承载力指标选取原则，结合研究区的具体情况，在充分考虑研究区的社会经济与生态系统相互作用的关系的基础上，将水资源承载力的评价指标体系分为4大类：水资源条件、供水状况、需水情况和生态环境状况。在各类指标体系中先拟订几个比较有针对性和代表性，且具有可比性、易于量化的待选指标，见表4-18。

表4-18　水资源承载力综合评价指标

3.评价指标的选取

如果仅从供需平衡角度简单地对研究区水资源承载力进行分析，不能准确地反映该地区水资源承载力，必须对影响本区水资源供需的主要指标做出全面分析，才能对水资源承载力做出多要素的综合评价。

影响供需平衡的指标是多方面、多角度、多层次的，可在表4-19待选指标体系的基础上，采用灰色关联模型对指标进行分析、蹄选，选取若干代表性好、针对性强、易于量化、便于相互比较、能反映研究区水资源特点的指标。

（1）参考指标及比较指标的确定

水资源承载力与水资源开发利用程度密切相关，在23个待选指标中，水资源利用率作为其第一影响因素，指定为第一参考指标。为了突出生态需水的重要性，将生态环境需水率作为其第二影响因素，指定为第二参考指标。其余21个指标作为待选比较指标，记作Xi（k）（i=1，2，…，m，m为比较指标的个数）。

（2）比较指标的无量纲化

在水资源承载能力指标体系中，待选指标涉及水资源系统的各方面，量纲不统一，不便于进行比较计算，必须进行无量纲化处理。本文采用均值法，即所有数据均用其平均数除，从而得到一个新数列。

（3）关联系数的计算

各比较指标xi（k）对参考指标xo（k）的灰色关联系数计算模型为：

式中　ρζ为分辨系数，一般在0～1之间选取；minjmink|xo（k）-xi（k）|为i、k两级的最小差；maxjmaxk|xo（k）-xi（k）|为i、k两级的最大差。

（4）关联度的计算

由于计算出的关联系数很多，信息过于分散，不便于比较，为此有必要将各分区的关联系数集中处理为一个值，求平均值便是这种信息处理的一种方法。

关联度的一般表达式为式中ri为第i各比较指标对参考指标的关联度。

（5）指标体系的选择及确定

水资源承载力指标体系的确定直接影响到综合评判结果的精度。本文在全面分析影响水资源承载力的各因素的基础上，参照全国水资源供需平衡分析中的指标体系和其他水资源一些评价指标体系及其标准，根据黄河三角洲高效生态经济区社会经济发展状况和水资源实际利用情况，最终确定了人均水资源量、水资源利用率、人均供水量、供水模数、生活用水定额、耕地灌溉率、万元工业产值需水量、需水模数、生态环境用水率9个主要因素，组成黄河三角洲生态区水资源承载力综合评价的指标体系见表4-19。

各因素定义如下：

人均水资源量：可供水资源量/总人口数量；

水资源利用率：供水量/可供水资源量；

人均供水量：实际供水量/总人口数量；

供水模数：供水总量/土地面积；

生活需水定额：生活需水总量/总人口；

耕地灌溉率：灌溉面积/耕地面积；

万元工业产值需水量：工业需水量/工业产值；

需水模数：需水总量/土地面积；

生态环境用水率：生态环境需水量/总需水量。

表4-19　研究区水资源承载力综合评价的指标体系

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4.评价指标的分级和评分

按照上述9个评价因素对区域水资源承载力的影响程度，借鉴了其他水资源承载力的一些评价标准，将上述因素对水资源承载能力影响程度划分为3个等级，每个因素各等级的数量指标见表4-20。其中V3级表示状况较差，水资源承载力已接近饱和值，进一步开发潜力较小，如果按照原定社会经济发展方案继续发展将会发生水资源短缺现象，水资源将成为国民经济发展的瓶颈因素，应采取相应的对策和措施；V1级属情况较好级别，表示研究区水资源仍有较强的承载能力，水资源开发利用程度较小，水资源能够满足研究区社会经济发展对水资源的需求；V2级介于V3级和V1级之间，这一级别表明研究区水资源供给、开发、利用已有相当规模，但仍有一定的开发利用潜力，如果对水资源加以合理利用，注重节约保护，研究区内国民经济发展对水资源需求供给将有一定的保证。

表4-20　评价指标的分级表

（续表）

为了更好地反映各等级水资源承载力情况，对V1、V2、V3进行0～1之间的评分，取a1=0.95，a2=0.50，a3=0.05，这样可以反映各等级因素对承载力的影响程度，数值越高，表明水资源开发潜力越大，数值越低则反之。

（三）水资源承载力分析模型

1.模糊综合评判模型

水资源承载能力分析的目的是为了揭示水资源、流域经济和人口之间的关系，合理、充分地利用水资源，使经济建设与水资源保护同步进行，促进社会经济持续发展。模糊综合评判方法可以在对影响水资源承载能力的各个因素进行单因素评价基础上，通过综合评判矩阵对其承载能力做出多因素综合评价，从而可较全面地分析出流域水资源承载能力的状况。

给定两个有限域U={U1，U2，…，Un}，V={V1，V2，…，Vn}，其中U代表综合评判因素所组成的集合，V代表评语等级所组成的集合，则模糊综合评判为B=A·R，式中A为U上的模糊子集其中，ai为U对A的隶属度，它表示单因素Ui在评定因素中所起作用的大小，也在一定程度上代表Ui评定等级；而评判结果B则是V上的模糊子集，B=A·R={b1，b2，…，bn}，0≤bj≤1，其中，bj为等级Vj对综合评判所得模糊子集B的隶属度，它们表示综合评判的结果。

m个评判因素的评判决策矩阵为：

式中　rij表示Ui的评价对等级Vj的隶属度，矩阵R中第i行Ri=（ri1，ri2，…，rin），即为对第i个因素Ui的单因素评判结果。

评价计算中矩阵A代表各因素对综合评判重要性的权系数，因此满足a1+a2+…+am=1。对评判矩阵的合成运算方法通常有两种：一种是主因素决定模型法，即利用逻辑算子M（∧，∨）进行取大或取小合成，该方法一般适应于单项最优选择；二是普通矩阵算法，这种方法兼顾了各个方面的因素，适宜于多种因素的排列。在此，模糊变换A·R也就可退化为普通矩阵计算，即

综合评定时，根据设定的评分等级aj的值以及B矩阵中各等级隶属度bj的值，按下式分析计算：

K值是为了突出占优势等级的作用，干旱区通常取1。a值即为基于综合评判结果矩阵B的水资源承载力的综合评分值，数值越高，说明其水资源承载力的潜力也就越大。

2.评判矩阵R的计算

从上述分析可以看出，评价因素U={U1，U2，…，U9}对应着评语集V={V1，V2，V3}，而评判矩阵R中rij即为某因素Ui对应等级Vj的隶属函数，其值可以通过评价因素的实际数值对照各因素的分级指标来分析计算。为了消除各等级之间数值相差不大，而评价等级相差一级的跳跃现象，使隶属函数在各级之间能平滑过渡，将其进行模糊化处理。对于V2级即中间区间，令其落在区间中点的隶属度为1，两侧边缘点的隶属度为0.5，中点向两侧按线性递减处理。对于V1和V3两侧区间，则令距临界值越远属两侧区间的隶属度越大，在临界值上则属于两侧等级的隶属度各为0.5。按照上述设想，构造了如下各评价等级相对隶属函数的计算公式，V1和V2的临界值为K1，V2和V3的临界值为K3，V2等级区间中点值为K2，K2=（K1+K3）/2。

对于评价因素U1、U2、U3，各评语级相对隶属函数的计算公式为：

对于评价因素U4、U5、U6、U7、U8、U9，各评语级相对隶属函数的计算公式为：

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=uv1（Ui），ri2=uv2（Ui），ri3=uv3（Ui）（i，i=1，2，…，9）。

根据各评判因素对水资源承载能力影响程度的大小，将各评判因素对水资源承载能力的影响赋予不同的权重，权重矩阵A=（a1，a2，…，am）。根据上述A和R矩阵，将B=A·R按普通矩阵计算规则即可求得水资源承载能力的最终评判结果矩阵，然后根据V1、V2、V3分级指标对应的评分值aj即可求得研究区水资源承载力综合评判值，最后进行区域水资源承载力的综合评价分析。

（四）水资源承载力评价

1.建立因素集U

根据上文中确定的研究区水资源承载力综合评价指标体系，选取人均水资源量U1、人均供水量U2、生态环境用水率U3、水资源利用率U4、生活需水定额U5、耕地灌溉率U6、需水模数U7、万元工业产值需水量U8、供水模数U9等9个与研究区水资源可持续发展密切相关的主要因子作为评价的因素集。

2.黄河三角洲各行政区评价因素的指标数值

为了更好地分析黄河三角洲水资源承载力情况，将黄河三角洲按行政区划划分为19个计算单元，首先按行政区进行水资源承载力的综合分析，然后再综合评价。这样可使评价结果更加客观和全面地反映黄河三角洲水资源承载力的实际情况。根据黄河三角洲水资源综合规划和黄河三角洲2009年统计年鉴的统计资料，选取2009年为现状年，可计算黄河三角洲各行政区及整个黄河三角洲的评价因素的指标数值，见表4-21、表4-22。

表4-21　研究区各行政区评价因素指标值

表4-22　研究区水资源承载力综合评价成果

3.综合评价结果分析

依据各评判指标对水资源量的承载力影响程度大小的差别，参考其他水资源评价中的标准，综合考虑黄河三角洲高效生态经济区的具体情况，将人均水资源可利用量、人均供水量、水资源利用率和生态环境需水率4个因素的权重赋值为0.15，其余的评判因子权重都赋值为0.08，则各评价因素权重矩阵为：

根据上文水资源量的承载力综合评价指标的隶属度函数，求得各指标因素在不同年份关于V1，V2，V3隶属度矩阵R，然后结合上述权重矩阵A，可以计算出研究区水资源量的承载力的评判结果矩阵B，得到评价图4-4。

图4-4　研究区水资源承载力评价分区图

2010年，黄河三角洲的综合承载力为0.405，属于“承载力弱区”。其中“承载力强区”有两个，分别是东营区和滨城区。“承载力较强区”有五个，分别是河口区、广饶县、利津县、无棣县、沾化县。“承载力一般区”有五个，分别是惠民县、阳信县、博兴县、庆云县、垦利县。“承载力较弱区”分别是莱州市、昌邑市、寒亭区、乐陵市、高青县。“承载力弱区”分别是寿光市、邹平县。

由表4-22可知，东营区、滨城区对V2的隶属度分别为0.503、0.468，而它们的综合评分值都很高，分别为0.656、0.626。这说明在现状年这两个地区水资源的开发已经具有相当的规模，但仍有一定的开发利用潜力，他们的综合评分值很高，说明承载级别很高。

根据相关资料得知，东营区的水源主要是靠地表水资源支撑，如果将来想提高该地区的承载级别，就得从客水和提高水资源利用率方面着手。滨城区由于地下水的使用占了一半以上，所以在有浅层地下水漏斗的情况下，滨城区的一部分水资源无法利用，导致滨城区的承载级别降低，这部分地区约占了整个区域的70%，其他地区则不受影响。

河口区、广饶县、无棣县、沾化县对V1的隶属度分别为0.423、0.391、0.420、0.388，这说明这四个区的水资源仍有较强的承载能力，水资源开发利用程度较小，水资源能够满足研究区社会经济发展对水资源的需求。它们的承载级别较高，其中广饶县由于深层地下水漏斗的原因导致这部分地区水资源承载级别降低，无棣县、沾化县由于受到海水入侵，导致部分地区的地下水资源严重匮乏，利津县对V2的隶属度为0.490。这说明在这个地区水资源的开发已经具有相当的规模，但仍有一定的开发利用潜力。这四个地区的综合承载级别较高。

惠民县、阳信县、博兴县、庆云县对V2的隶属度分别为0.457、0.431、0.476、0.531，这说明在这四个地区水资源的开发已经具有相当的规模，但仍有一定的开发利用潜力，如果对水资源加以合理利用，注重节约保护，区域国民经济发展对水资源需求供给将有一定的保证。这些地区要加强对水资源的合理利用，注重节约保护。垦利县对V1的隶属度为0.384，表明该地区仍有较强的承载能力，水资源开发利用程度较小，水资源能够满足研究区社会经济发展对水资源的需求。在垦利县中有约8%的地方被海水入侵导致这片地区的承载级别降低。这五个地区的综合承载级别相对较平衡。

莱州市、昌邑市、寒亭区、乐陵市、高青县对V2的隶属度分别为0.601、0.557、0.411、0.566、0.513，这说明在这五个地区水资源的开发已经具有相当的规模，但仍有一定的开发利用潜力。在莱州市、寒亭区有一部分地区的地下水资源被海水入侵遭到破坏，在昌邑市内有浅层地下水漏斗，高青县区域内有深层地下水漏斗区，在这个范围内它的承载级别因此降低。这五个地区的综合承载级别偏低。

寿光市、邹平县对V2的隶属度分别为0.412、0.543，这说明在这两个地区水资源的开发已经具有相当的规模，但仍有一定的开发利用潜力。但它们的综合承载级别偏低。

以上这些地区的卤水区和地下水漏斗区属于生态环境脆弱区，它们的存在会降低当地水资源承载力等级。在这里，统一把它们的水资源承载能力降一个承载等级。

黄河三角洲高效生态经济区当地水资源的开发已经具有一定的规模，水资源尤其是地下水资源开发利用率已接近最高限值，这一级别表明研究区水资源供给、开发、利用已有相当规模，但仍有一定的开发利用潜力，如果对水资源加以合理利用，注重节约保护，研究区内水资源需求供给对国民经济发展有一定的保证。开发方式由初始的广度开发逐渐向深度开发转变，经济类型由耗水型逐步向节水型过渡，并开始注重水资源的综合管理，水资源仍有一定的开发潜力。故今后要发展经济、保护环境，就必须在合理用水、节约用水上做更多的工作。

黄河三角洲高效生态经济区当地的水资源比较匮乏，开发利用程度较高，尤其是当地地下水的开发利用程度已达80%，所以，其他水资源的开发利用对解决研究区水资源需求及资源供需矛盾具有至关重要的作用。污水回用、海水淡化等非常规水资源对于提高研究区水资源量的承载力具有一定的作用，但是这部分水资源量较少，在研究区总体水资源量中所占份额小，今后还需要进一步的开发利用此部分的水资源，最大限度发挥这部分水资源的价值。客水作为黄河三角洲高效生态经济区最大的水资源来源，在研究区水资源总量中所占份额最大，对于研究区水资源量的承载力的提高有着举足轻重的作用。因此，如何用好调引的客水资源，解决调引客水过程中的损耗问题，加强措施提高客水的利用率，可以极大地缓解研究区的水资源紧缺问题。今后应加强水资源的合理利用，注意节约保护，以缓解研究区的水资源短缺对社会经济发展的限制，提高黄河三角洲高效生态经济区水资源的承载能力。