基于DPSIR-TOPSIS模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究.pdf

第 卷第 期黑 龙 江 大 学 工 程 学 报 年 月 .:/基于 模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究沈 凯 陈 末 孙嘉豪 梅嘉恒 薛海波(.黑龙江大学.寒区地下水研究所.水利电力学院 哈尔滨 .柴河水库管理局有限责任公司 辽宁 铁岭)摘 要:根据黑龙江省 年统计数据 基于 模型选择 个指标构成评估系统应用熵权法计算各个指标的权重 并结合 法和障碍度模型对黑龙江省水资源承载力作出综合分析评估 结果表明:黑龙江省 年水资源承载力水平呈下降趋势 且降幅明显从标准层来看 驱动力子系统波动幅度较大 压力子系统呈先上升后下降趋势 状态子系统在波动中呈上升趋势 影响子系统呈下降趋势 响应子系统先增大后减小 从障碍度来看 影响黑龙江省水资源承载力的主要障碍因子分为两个阶段 年为氨氮排放强度、排放强度 年为地表水资源量、地下水资源量关键词:水资源承载力 熵权法 模型 法 障碍因素中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修订日期:基金项目:黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划()作者简介:沈 凯()男 助理工程师 硕士研究生 研究方向:冻土水文地质与雪冰工程:通讯作者:陈 末()女 讲师 博士 硕士研究生导师 研究方向:地表水与地下水耦合模拟:引文格式:沈凯 陈末 孙嘉豪 等.基于 模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究.黑龙江大学工程学报():.引 言水资源是人类赖以生存、发展的基础性自然资源和保障可持续发展的战略性经济资源 也是生态环境保护和建设的重要控制要素 随着我国经济社会的快速发展 水资源短缺和水污染导致的水危机仍然是我国实施可持续发展战略的制约因素王文川等基于博弈论和云模型的石羊河流域水资源承载力评价研究 表明石羊河流域 年水资源承载力从级过渡到级 承载力状况逐年向好 与可变集模型评价结果一致 王飞等基于 模型的河北省水资源承载力评价 表明河北省整体水环境承载力处于级水平 各年承载力水平呈上升势 年承载力水平较高 汪伦焰等基于 的黄河流域九省水资源承载力评价研究 表明近 黄河流域各省水资源承载力有明显提升 河南、四川、青海三省最为明显 而宁夏和内蒙古两省并没有明显提升综上所述 众多学者对水资源承载力研究的方法与角度各具特色 并且取得了一系列的学术成果但也存在着一些不足之处:博弈论的结论是根据概率而来的 概率是根据大量观察实验做出的 而很多“特殊”情况被忽略了 模型能判别出区域水环境承载力等级 对于该等级的隶属程度却不得而知 导致评价结果缺乏直观性 层次分析法定量数据较少 定性成分多 不易令人信服 相比之下 熵权 法思路清晰、计算简便、不受指标和数据的限制 模型能充分利用指标数据减少信息损失 有效反映各子系统之间的相互作用 同时引入障碍诊断模型对影响当地建设绩效的障碍因子进行诊断分析 目前 对黑龙江省水资源承载力研究相对较少 而且以某市为研究对象进行 本文基于模型选择 个指标构成评估系统 通过熵权法计算各个指标的权重 并结合 法和障碍度模型对黑龙江省水资源承载力作出综合分析评估 方法与模型 熵权法熵权法是一种通过权重反应信息无序程度的客观赋权法 现有 个待评项目 个评价指标 形成原始数据矩阵 ()进行无量纲标准化 得矩阵 ()正向指标:()()()()负向指标:()()()()其中 为第 个指标在第 年的评价值 求各项指标权重的过程为)计算第 个指标在第 年的比重:/()计算第 个指标的熵值:为消除 值时造成对指标处理结果的影响 本文统一将所有结果数值向右平移 个单位 ()()其中 /()计算第 个指标的熵权:()/()()得到权重为 ()()法 法是 和 在 年提出的一种逼近理想解的排序方法 方法通过计算各评价目标与正理想解与负理想解之间的距离 以确定各目标与正理想解之间的贴近度 然后根据理想解的贴近度的强弱进行排序 贴近度为评估目标优劣的主要依据 为第 个指标所占的权重确定理想解和负理想解 若 的值在决策矩阵 中数值越大 则表示 所代表的方案越佳正向指标:()()()负向指标:()()()黑 龙 江 大 学 工 程 学 报 第 卷 计算各个指标到正理想解的距离 和到负理想解的距离 ()()()()计算贴近度 ()并按各个指标的相对贴近度 的大小排序进行分析评价 障碍度模型通过障碍度模型对黑龙江省水资源承载力评价结果进行诊断分析 引入障碍因子诊断模型 障碍度计算的具体方法是引入“贡献度”、“偏离度”、“障碍度”个变量 建立障碍因子诊断模型 计算公式:()()()()式中:为贡献度 表示单因子对总体的影响 为偏离度 表示单因子相对于承载力发展目标的差距为障碍度 单项指标对承载力水平的影响 为指标层所占的权重 为标准层所占的权重 为无量纲标准化后矩阵中元素的数值 结果分析 评估系统指标层权重确定数据来源于 年的黑龙江省统计年鉴和黑龙江省水资源公报 采用熵权法对黑龙江省水资源承载力评价指标体系的各个指标进行权重分配 结果见表 表 黑龙江省水资源承载力综合评价指标体系 目标层标准层指标层类型权重水资源承载力驱动力指标()压力指标()状态指标()人均地区生产总值/元人均可支配收入/元人均工业用水量/人均农田灌溉用水量/人均居民生活用水量/万元 用水量/万元废水排放量/排放量/氨氮排放量/降水量/正 正 负 负 负 负 负 负 负 正 第 期 沈 凯 等.基于 模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究表(续)()目标层标准层指标层类型权重水资源承载力影响指标()响应指标()有效灌溉面积/地表水资源量/地下水资源量/水库库容/除涝面积/正 正 正 正 正 评价结果根据黑龙江省水资源相关数据 运用以上方法与模型 对黑龙江省 年水资源承载力进行评价分析 结果见图、图 图 黑龙江省水资源承载力评价结果 图 黑龙江省水资源承载力、的变化趋势 由图 可见 黑龙江省水资源承载力从 年整体处于下降趋势 且下降趋势明显 其中 年 综合评价值由 降至 同比下降 年 综合评价值由 上升至 同比上升 年综合评价值呈下降趋势 且降幅较大 降至最小值 子系统水资源承载力分析运用 模型 对黑龙江省的水资源承载力进行深入分析 计算出黑龙江省水资源承载力子系统 年的评价结果 见表 表 各子系统水资源承载力评价结果 年份驱动力()压力()状态()影响()响应()黑 龙 江 大 学 工 程 学 报 第 卷由表 可见 年 驱动力子系统波动幅度较大 呈先上升后下降再上升趋势 其主要原因人均可支配收入不断提高 贡献率增大 而在 年内 驱动力子系统的贴近度降低 是由于人均地区生产总值有所降低 从而导致水资源承载力降低 年压力子系统贴近度为 处于较高水平 年呈先上升后下降趋势 从子系统内部可见 氨氮排放量()与压力子系统两者的变化趋势基本一致 表明该系统的正常运行 与氨氮排放息息相关 年 状态子系统在波动中呈上升趋势 从 上升到 同比上升 年 黑龙江省水资源承载力贴近度最低 只有 主要原因是 年年降水量少 有效灌溉面积较少影响子系统呈下降趋势 由 年的 下降至 年的 其主要原因是地表水资源量和地下水资源量逐年减少 地下水位持续下降 且缺乏有效补给 水资源供需矛盾突出 地下水位下降造成地面变形严重 地面塌陷和水利工程难以实施 导致黑龙江省地下水资源问题严重 年 响应子系统的贴近度先增大后减小 年从 增大至 年从 降至 变化幅度较大 且整体处于较低水平 其结果反馈了政府调控与政策倾向 近年黑龙江省对环境保护越来越重视 对灌区现代化改造取得了一定成效 障碍度分析根据障碍度模型 对影响黑龙江省 年水资源承载力发展的因素进行诊断分析 进行降序排列 选取排序前 的指标 统计结果见表 表 黑龙江省水资源承载力主要障碍统计 年份主要障碍因子及其障碍度/由表 可见 排放强度()、氨氮排放强度()在 年的障碍度占比较大 控制废水中 排放强度()、氨氮排放强度()是提高黑龙江省水资源承载能力的最大障碍 年后 这两个指标大幅度下降 表明黑龙江省政府调控与政策倾向 近年来黑龙江省对环境保护越来越重视 水污染治理取得了一定成效 在 年 地下水资源量()、地表水资源量()排在前几位 其主要原因是地表水资源量和地下水资源量逐年减少 地下水位持续下降 且缺乏有效补给 水资源供需矛盾突出 根据障碍因素的诊断分析结果 可得到各个子系统的障碍度 结果见表 由表 可见 年 驱动力子系统障碍度始终处于较低水平 波动幅度不大 压力子系统障碍度 占比始终较大 状态子系统整体处于上升趋势 影响子系统所占比重逐年上升 响应子系统呈先下降后上升趋势 由上述分析可知 未来提升黑龙江省水资源承载力 必须给予驱动力、状态以及响应子系统更多关注 协调平衡各子系统 确保黑龙江省水资源的可持续发展第 期 沈 凯 等.基于 模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究表 黑龙江省水资源承载力子系统障碍度统计 年份驱动力()压力()状态()影响()响应()结 论本文基于 模型选择 个指标构成评估系统 通过熵权法计算各个指标的权重 并结合 法和障碍度模型对黑龙江省水资源承载力作出综合分析评估 主要结论如下:)从整体水平来看 年黑龙江省水资源承载力在波动中明显下降)从各子系统来看 年 驱动力子系统波动幅度较大 压力子系统呈先上升后下降趋势 状态子系统在波动中呈上升趋势 影响子系统呈下降趋势 响应子系统先增大后减小)从障碍因素来看 压力子系统是影响黑龙江省水资源承载力发展最主要的因素 其次是影响与响应子系统 影响黑龙江省水资源承载力的主要障碍因子分为两个阶段 年为氨氮排放强度、排放强度 年为地表水资源量、地下水资源量参考文献:张丽 董增川 张伟.水资源可持续承载能力概念及研究思路探讨.水利学报 ():.王建华 姜大川 肖伟华 等.水资源承载力理论基础探析:定义内涵与科学问题.水利学报 ():.王文川 杨柳 郑野 等.基于博弈论和云模型的石羊河流域水资源承载力评价研究.水利水电技术:中英文():.王飞 张爱国 陈国鹰 等.基于 模型的河北省水资源承载力评价.水电能源科学 ():.汪伦焰 黄昕 李慧敏.基于 的黄河流域九省水资源承载力评价研究.中国农村水利水电():.刘英杰.绥化市北林区地下水资源承载力评价.长春:吉林大学.张富海.佳木斯市水资源承载力分析.哈尔滨:黑龙江大学.马超 戚颖 白雪峰.大庆市水资源可持续承载力评价分析.黑龙江水利科技 ():.李佳鸿.黑龙江省水资源承载力评价及水资源优化配置研究.哈尔滨:东北农业大学.谢华晶 李克飞 李继清 等.基于 模型的滇池流域水生态安全评价.环境保护科学 ():.阮君 何刚 王莹莹.基于 模型的安徽省水资源承载力评价.黑龙江工业学院学报:综合版():.石晓昕 袁重乐 钱会 等.基于 模型的河北省水资源承载力评价及障碍因素研究/.水资源与水工程学报:.:/./.顾家明 胡卫卫 田素妍.基于 模型的江苏省生态承载力评价及障碍因素诊断.水土保持通报():.黑龙江省统计局.黑龙江统计年鉴().哈尔滨:黑龙江省统计局.黑龙江省水利厅.黑龙江省水资源公报().哈尔滨:黑龙江省水利厅.黑 龙 江 大 学 工 程 学 报 第 卷 (.):.:(.):.:第 期 沈 凯 等.基于 模型的黑龙江省水资源承载力评价及障碍因素研究