太湖流域水资源承载能力模糊综合评价

第27卷第1期2011年1月水资源保护

WATERRESOURCESPROTECTIONVol.27No.1Jan.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平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

FuzzyassessmentofwaterresourcescarryingcapacityinTaihuBasin

SUNYuan-bin1,GAOYi2,SHIYa-dong2,XUFeng2

(1.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.MonitoringBureauofHydrologyandWaterResources,TaihuBasinAuthority,Wuxi214024,China)

Abstract:Basedonfullyconsideringthestatusofwaterresourcesdevelopmentandutilizationandthesocio-economicdevelopmentintheTaihuBasin,acomprehensiveevaluationindexsystemofthewaterresourcescarryingcapacitywasestablishedbyusingDrivingforces-Pressure-State-Impac-tResponse(DPSIR)model,whichputemphasisontheecologicalenvironmentimpactfactorsandmetthecharacteristicsoftheTaihuBasin.Theindexeswereclassifiedaccordingtowaterresourcesstatus,waterresourcesandsocio-economicandwaterresourcesandecologicalenvironment.TheAHPmethodwasusedtocalculatetheweightsofeachindexandthefuzzycomprehensiveevaluationofwaterresourcecarryingcapacityintheTaihuBasinwascarriedoutfrom2000to2006.TheevaluationresultsindicatedthattheoveralllevelofthewaterresourcescarryingcapacityintheTaihuBasinwascontainedinacriticalstatewiththefitnessandtheoverload,anditsenhancementroomwaslimited.

Keywords:waterresourcecarryingcapacity;DPSIRmodel;evaluationindex;analytichierarchyprocess(AHP);fuzzycomprehensiveevaluationmethod;TaihuBasin

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%为平原,流域河道总长约12万km,密度达313km/km2,是典型的平原河网地区。流域多年平均水资源量为176亿m3,人均本地水资源量仅为全国平均水平的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:[email protected]

#

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、生产水平下,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。

层次C

B10130

C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12

[1**********]7

表2 层次总排序

层次BB20154

B30116

[1**********]5

[***********]24

[**************]9

[***********][***********]W

2 评价指标体系及权重确定

2.1 评价指标体系

DPSIR(Drivingforcespressurestateimpactresponse,简称为DPSIR)模型

[3]

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(C1)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、科技水平、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。

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,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BB1:水资源状态

指标层CC1C2C3C4

B2:水资源与社会经济

C5C6C7C8C9

B3:水资源与生态环境

C10C11C12

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)

水资源综合管理水平

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

[4]

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平均水平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

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。

表3 综合评价指标的分级值

指标V1V3

年人均水资源量/m3>3000

水资源开发利用率/%90

工业用水重复利用率/%>8530~85

人口密度/(人#km-2)500

年人均GDP/万元610

万元GDP居民生活用水量/用水量/

3m(L#人#d-1)300

300

水资源

综合管理水平>9050~90

生态环境用水率/%>51~5

废污水处理率/%>9060~90

水功能区达标比例/%>9020~90

营养状态指数80

V21500~300030~90

013~61050~300

上述12个评价指标划分为V1、V2和V33个等级。V1表示该区域水资源承载能力较强,水资源可持续利用度较高,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空间有限,易发生水资源短缺、水生态环境破坏乃至恶化等问题,水资源状况已明显制约社会经济的发展;V2则为介于V1、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平滑过渡。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:

015(1+

Lv1=

015(1-0

k1-Ci

015(1-k-C)

2i015(1+

Lv2=

i1

)

k2-k1k1-Ci

)

k2-Ci

Ci

(1)

Lv3=

015(1+015(1-0

k3-Ci

) Ci\k3

k2-Ci

Ci-k3 (3)

) k2[Ci

k2-k3

Ci

式中:Lv1,Lv2,Lv3分别为评价指标Ci在相应评价级上的隶属度;k1为V1和V2的临界值;k3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、C11,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),ri2=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

4.1 评价资料整理

根据2000)2006年太湖流域水资源公报及太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

Ci-k1

)k[Ci

k2-k11

Ci\k2Ci

3i

015(1+)

k3-k2015(1-3i

)

k2-Ci

(2)

k2[Ci

Ci\k3

人均GDP/万元[***********]512

万元GDP用水量/m[***********][***********]

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[***********]0420052006

人均水资源量/m[***********][***********]

水资源开发利用率/%[***********]1179138210

工业用

人口密度/

水重复利

(人#km-2)

用率/%

[1**********]074

[***********][***********]8511

日居民生活用水量/L[***********][**************]16

水资源综合管理水平

[1**********]576

生态环境用水率/%[***********]212

废污水处理率/%

[1**********]062

水功能区达标比例/%[***********]1722192311

营养状态指数[***********]1563146511

#

[***********]08

R2000=

[***********]0001000100

[***********][***********][1**********]7

[***********][***********][***********][1**********]0

[***********][***********][1**********]3 R2001=

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]01000100

[***********][***********][1**********]2

[***********][***********]0197

[***********][***********][***********][1**********]0 R2003=

[***********][***********][1**********]0

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]017601

R2002=

[***********][***********][***********][***********][***********]0125014601R2004=

[***********]0001000100

R2005=

[***********]0001000100

R2006=

[***********]0001000100

表5 太湖流域2000)2006年水资源承载能力综合评价结果

年份[***********]0420052006

B

V[***********][1**********]

V[***********][1**********]

V[***********][1**********]

A[***********]4001410142

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、独特的平原河网和感潮特征,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。

太湖流域为平原感潮河网地区,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m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,推进节水型社会建设,实现流域经济社会与水资源环境协调发展。

(下转第33页)

3

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平,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。

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平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(上接第23页)参考文献:

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