曲靖市水资源承载力分析

Analysis of Water Resources Carrying Capacity in Qujing City

摘要: 本文选择曲靖市水资源承载力为主题进行研究，选取了13个影响因子作为评价指标，并建立评价指标体系，利用AHP法确定其权重，并采用多层次模糊综合评价法对曲靖市2016~2020年水资源承载力变化情况进行分析和评价。研究结论如下：1) 曲靖市存在水资源配置不合理，第一产业用水量大，农业发展与水资源承载力不适应等问题；2) 曲靖市水资源综合承载力在2016~2020年间都处于严重超载状态，但随着经济和社会子系统的改善，曲靖市水资源承载力状况正在逐步趋好。

Abstract: This paper examines Qujing City’s water resource capacity, selects 13-influencing factors as valuation indices, establishes the valuation index system, uses the AHP method to determine its weight, and uses multi-stage fuzzy comprehensive valuation method, to analyse and evaluate the changes in Qujing City’s water resource capacity from 2016 to 2020. The conclusions are as follows: 1) there are some problems in Qujing City, such as unreasonable allocation of water resources, large water consumption in the primary industry, and the incompatibility between agricultural development and water resources carrying capacity; 2) From 2016 to 2020, the comprehensive water resources carrying capacity of Qujing City was seriously overloaded, but with the improvement of the economic and social subsystem, the water resources carrying capacity of Qujing city gradually increased.

1. 绪论

水资源承载力是指在特定的历史时期，根据可预见的技术、经济、社会发展程度，通过合理的资源配置，实现区域经济社会发展的最大支持。在特定的开发和利用时期，可以维持有限的发展目标的最大社会经济规模 [1]。

国际上对水资源利用给予了很多关注。Falkenmark等人 [2] 对一些发展中国家水资源的使用限度进行了研究，这为今后有关水资源承载力的研究打下了良好的基础(1998)。Harris Jonathan [3] 为了探究区域农业生产的水资源承载能力，提出把农业承载力列入评价指标(1999)。Sleeser [4] 通过提出ECCO模型，基于SD方法，探究人口、资源、环境等方面是否符合可持续发展，以此来模拟人口和承载力的动态变化特征，并成功应用到一些发展中国家(2002)。

我国对水资源承载力的研究始于20世纪80年代，目前处于拓展阶段(2000~至今)。表现为从单一的水资源承载力研究拓展到资源生态承载力、经济社会发展关系、系统动力学模拟等内容。如汪恕诚 [5] 对水资源承载能力的界定及内涵的深入研究与扩展(2006)；李莉等 [6] 基于水资源生态足迹基本原理，构建了评价指标，对嘉兴市2005年~2019年各指标的时空演变特征及相关性进行分析和探讨(2021)。李玮丽 [7] 以兰州市为例，建立了水资源承载力评价指标体系，采用熵权法、AHP，建立了基于TOPSIS的综合评价模型，评价兰州市水资源承载力(2021)。

曲靖处于滇东高原与贵州高原的交界处。境内有79条流域面积超过100平方公里的河流，主要干流为南盘江、北盘江、牛栏江等。曲靖河流短小流急，干湿季明显，水资源分布不均衡 [8]。因此，对水资源的承载能力进行研究是应对当前水资源短缺的重要手段，也是实现水资源可持续利用的基础工作。

2. 曲靖市水资源概况

2.1. 曲靖市水资源基本情况

1) 水资源总量

2020年，全市水资源总量95.58亿立方米。全市产水模数为33.1万立方米/平方千米，径流系数0.34，人均占有水资源量1658立方米。

2) 降水量

2020年，全市平均降水量975.6毫米，折合降水总量282.0亿立方米，属偏枯年份，且2016~2020降水量呈下降趋势。

3) 地表水资源量

地表水资源是指一种天然的河流、湖泊、冰川等地表水体的动态水量，属于自然河流。2020年全市地表水资源量为95.58亿立方米，折合径流深330.7毫米 [9]。

4) 地下水资源量

2020年，全市地下水资源量30.17亿立方米，地下水径流模数8.4万立方米/平方千米。

2.2. 曲靖市水资源开发利用现状

2.2.1. 曲靖市供水情况

2020年，全市河道外供水量15.16亿立方米，同比增长2.1%。其中：地表水供水量14.34亿立方米，为主要供水水源；地下水源供水量0.5371亿立方米；其它水源供水量0.2832亿立方米 [9]。

2.2.2. 曲靖市供用水量变化

2016~2020曲靖市供用水量呈上升趋势，从2016的14.61亿m³上升到2020的15.16亿m³。在供水量方面，地表水和地下水供水量上升趋势明显，其他水源供水量有小幅上升趋势；在用水量方面，工业用水呈波动下降趋势；农业灌溉用水、生态环境用水、城镇公共用水呈现波动上升的趋势；而居民生活用水变化不大 [9]。

3. 研究方法

3.1. 文献查阅法

根据曲靖市近几年的统计年鉴和国内外关于水资源承载力的相关资料等，统计整理相关数据，建立曲靖市水资源承载力评价指标体系。

3.2. 层次分析法

层次分析法，简称AHP方法，是通过对复杂问题的决策过程进行建模和量化，把问题分解成若干层次和若干因素，并进行简单的对比计算，得到各个方案的重要度，从而为决策的制定提供参考，特别适合于难以直接、精确的衡量决策结果的场合 [10]。影响结果的因素主要包括指标数量的多少，以及人的主观性。

3.3. 多层次模糊综合评价方法

多层次模糊综合评价方法是对水资源承载能力作模糊综合评价的过程，在分析一个事物受多种因素影响时，可利用该方法进行评判。首先，确定各因子对水资源承载力的影响，并据此确定各指标的权重，最后通过综合评估矩阵对水资源承载能力的多种因子进行评判 [11]。

4. 曲靖市水资源承载力评价

4.1. 数据来源

本文数据主要来源于2016、2017、2018、2019、2020的《曲靖市水资源公报》和《曲靖市国民经济和社会发展统计公报》。

4.2. 曲靖市水资源承载力评价过程

4.2.1. 构建水资源承载力评价指标体系

水资源承载力指标体系是一个庞大、复杂的系统，它不仅是衡量水资源承载力的重要手段，更是水资源承载力大小的决策基础。参考国内外相关规范并结合研究区状况建立曲靖市水资源承载力评价指标体系(表1)。

Table 1. Evaluation index system of water resources carrying capacity in Qujing City

表1. 曲靖市水资源承载力评价指标体系

将各指标分为V1~V5，依次表示水资源承载力弱、较弱、中等、较高、高 [12]。其分级标准如表2所示。

Table 2. Grading standard of evaluation index

表2. 评价指标分级标准

4.2.2. 计算隶属度

结合上述两个表1、表2进行隶属度计算。通过计算各个正负指标的隶属度函数，得到隶属度矩阵Ri。

$R_i=\left[\begin{array}{cccc}{r}_1^{\left(1\right)}& r_1^{\left(2\right)}& \cdots & r_1^{\left(5\right)}\\ r_2^{\left(1\right)}& r_2^{\left(2\right)}& \cdots & r_2^{\left(5\right)}\\ ⋮& ⋮& & ⋮\\ r_n^{\left(1\right)}& r_n^{\left(2\right)}& \cdots & r_n^{\left(5\right)}\end{array}\right]$

为了反映各项指标各个等级的贡献度，将其在0~1之间划分为五个等级，其对应的评分值矩阵α = (0.1，0.3，0.5，0.7，0.9)，评分越高，表示其对水资源承载力的贡献度就越大 [13]。在综合评定时，评价结果矩阵B的综合评分值α的计算公式如下所示。

$\alpha =\frac{{\displaystyle \underset{j=1}{\overset{5}{\sum }}{r}_j^{\left(s\right)}}\cdot \alpha j}{{\displaystyle \underset{j=1}{\overset{5}{\sum }}{r}_j^{\left(s\right)}}}$ (4-1)

4.2.3. 确定权重

运用层次分析法对曲靖市水资源承载力各评价指标体系建立判断矩阵，各级权重如表3所示。

Table 3. AHP analytic hierarchy process results

表3. AHP层次分析结果

Table 4. Summary of conformance test results

表4. 一致性检验结果汇总

通常来说，CR值越低，判断矩阵的一致性越好，当CR值小于0.1时，判断矩阵符合一致性检验；若CR值超过0.1，则表示一致性，在重新调整判断矩阵后，再进行分析。此次13阶判断矩阵的CI值为0.151 (表4)，针对RI值查表为1.560，故CR值为0.097 < 0.1，说明该判断矩阵符合一致性检验，计算得到的权重具有一致性。

4.3. 水资源承载力综合评分等级

根据指标隶属度表及各指标权重表(表3)计算得到模糊评价结果，利用公式(4-2)计算得出曲靖市2020年水资源承载力综合值，再根据表5确定曲靖市水资源承载力综合评分等级。

$F_i=F1\ast 0.1+F2\ast 0.3+F3\ast 0.5+F4\ast 0.7+F5\ast 0.9$ (4-2)

Table 5. Classification of comprehensive score of water resources carrying capacity in Qujing City

表5. 曲靖市水资源承载力综合评分等级划分

4.4. 曲靖市2016~2020年水资源承载力变化分析

根据上述方法计算得到曲靖市2016~2020水资源承载力(表6)。

Table 6. Fuzzy evaluation results of water resources carrying capacity from 2016 to 2020

表6. 2016~2020水资源承载力模糊评价结果

从表6中可以分析得到：

1) 曲靖市水资源子系统承载力值较低，且明显低于综合承载力值，2016年、2017年、2018年水资源系统承载力值相对较高，2018年水资源系统评分值达到0.0681，2016年、2017年水资源系统承载力值在0.0656左右；其余年份水资源系统评分值相对较低，其中2019年达到最低，承载力值在0.0584左右。主要是因为2016~2020年间产水模数和降水量的不断减少，产水模数由2016年的43.3减少到2020的33 m³/km².a；而降水量由2016的317.9降低到2020的282 (10⁸ m³)

2) 2016~2020年，曲靖市经济子系统的承载力呈现出较大的增长趋势且均高于综合承载力值。最低值出现2016年，为0.1784左右，此后一直处于上升状态，到2020年上升到0.3130。这说明曲靖市在经济发展、工业结构优化、技术水平不断提升的同时，万元GDP用水量和万元工业增加值用水量不断下降，对提升城市经济承载能力起到了重要作用。。

3) 曲靖市的生态子系统承载力值整体偏低，保持在0.0184左右，在2020年达到最高，为0.0456。这说明随着经济社会的发展，人们对生态环境的要求日益提高，生态环境用水率的逐年提高，工业废水的排放量也在不断降低，对改善水资源承载力状况具有重要意义。

4) 曲靖市社会子系统评分值自2016~2020呈逐年递增的趋势，最低值出现2016年，为0.1673左右，此后一直处于上升状态，到2020年上升到0.2075。这表明随着社会的发展，人口密度的不断变小，人口增长放缓，都对水资源承载力状况的提高起了积极的作用。

5) 曲靖市水资源综合承载力值在2016~2020年间都界于0.1~0.3，属于严重超载状态。但是随着社会经济的发展，经济子系统和社会子系统对水资源承载力的积极作用越来越明显。水资源承载力值F在不断升高，由2016年的0.1335升高到2020年的0.2110，曲靖市水资源承载力状况整体处于逐步变好的趋势。

5. 结论

基于水资源承载力的相关理论，将曲靖市水资源、经济、社会、生态环境状况有机结合起来，对2016~2020年的水资源承载力变化情况进行了以下分析：

1) 对曲靖市水资源的开发和利用情况进行了调研与分析后发现，该区域存在水资源配置不合理，第一产业用水量大，农业发展与水资源承载力不适应等问题。

2) 为评价曲靖市水资源承载能力，本文从水资源、经济、社会、生态环境等几个角度出发，选取了相应指标，建立了曲靖市水资源承载力评价指标体系。参照国际、国内有关标准制定了评价指标的分级标准，并将其划分为五个级别；运用AHP方法确定了指标的权重；采用多层次模糊综合评判方法，对2016~2020年曲靖市的水资源承载能力变化情况进行了分析。

3) 曲靖市水资源综合承载力在2016~2020年间都处于严重超载状态，但随着经济子系统和社会子系统的改善，曲靖市水资源承载力状况正在逐步趋好。