基于SPA耦合模型的水资源承载力评价分析
——以临沂市为例

董凤军，李修岭

(1.山东省临沂市水利局，山东 临沂 276000；2.临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000)

山东省临沂市是鲁东南中心城市，由于不合理的规划使用，现如今同样也面临着水资源短缺的局面，给临沂市的社会发展力与城市经济建设带来了严重的重创[1- 5]，因此，有必要对临沂市的水资源承载力进行系统评价分析，以找出合理的应对之策。

水资源承载力简而言之，是指一个地区其自身的水资源能够支撑良好的社会经济发展规模，同时维持较好的生态环境的能力。目前，出现了很多对水资源承载力的研究方法，如主成分分析法、灰色模型分析法、POS优化算法以及多因素分析法等等[6- 9]，不同的分析评价方法侧重点不同，研究结果也会有所区别，但通过众多的分析研究表明，水资源承载力是处于动态变化当中的[10- 12]，因此，本文在前人研究经验的基础上，采用SPA-VFS(集对可变模糊耦合)评价模型对临沂市近些年来水资源承载力的动态变化进行了系统的分析评价研究，以期为该地区的社会经济发可持续发展提供理论和现实指导。

1 临沂市水资源概况

临沂市地处鲁东南地区的低山丘陵区，全年气候温和，多年平均降水量约为819mm，地表水总量约为47亿m3，折算成年径流深为273mm。此外临沂市还有一些地下水资源，地下水资源共计19.25亿，水资源总量约为11.2万m3/km2，人均占有水资源储量为537m3，各地占有量580.lm3/hm2。全市共分为沂河、沭河、中运河、滨海四大水系四大水系。目前，临沂市各类型水库闸坝等存储有25.7亿m3水容量，井眼共27000余座，可提供地下水资源约7.24亿m3。

2 SPA-VFS耦合模型简介

SPA分析法即集对分析法，基于“对立统一规律”和“普遍联系理论”对具有随机性、模糊性、混沌性以及分形性等不确定因素的分析计算法。SPA-VFS则是在集对分析法基础上，引入可变模糊集，通过计算分析样本的隶属度来判断水资源的承载力等级高低，其建模思路如下：

(1)首先要建立研究区水资源承载力的综合评价指标体系，即有集合:

Am={a1,a2,，am}

(1)

(2)要选择和确定指标的评价等级大小，根据各指标对于研究区在社会、经济、环境等方面的作用大小，确定各评价指标的等级：

Bk={B1,B2,，Bk}

(2)

一般而言，k的取值大小为3或者5；

(3)计算指标集合Am和评价等级Bk的联系数μAm～Bk，并区分正向型和逆向型计算；

(4)分析计算样本与评价标准等级k相互之间的综合联系数μk：

(3)

式中，ωm—评价指标m的权重值大小。

(5)计算隶属度υk大小：

υk=0.5+0.5μk(k=1，2，，k)

(4)

(6)对样本的水资源可承载力大小等级h进行评价，即有：

(5)

3 水资源承载力综合评价分析及提升对策

3.1 指标体系的构建

影响地区水资源承载力的主要因素包括区域水资源的禀赋条件、自然生态环境以及当地的社会经济因素，因此，将可将能力层分为水资源自然-生态支撑能力和水资源经济-社会支撑能力，而在此基础上又分为水文自然特性、生态环境能力、水资源利用特性以及社会经济特性作为特性层，筛取各特性层的有用指标共计27项，即可构成基本的临沂市水资源承载力分析评价指标体系，见表1。

表1 水资源承载力综合评价指标体系统计表

3.2 指标权重的计算

通过对35位学者专家的问卷调查数据统计，同时对专家权威度进行了计算，计算结果为4.2>3.75的临界值，符合相关要求，再对数据内容的可信度进行了检验，检验结果为0.2<0.25的边界值，表明数据可信度较高。采用Delphi主观赋权法对27项指标的权重进行了计算，得到了2007～2017年临沂市的水资源承载力指标体系权重，如图1所示。

图1 2007～2017年临沂市水资源承载力指标体系权重

3.3 承载力评价分析

利用SPA-VFS评价模型对2007～2017年临沂市的水资源承载力和综合得分进行了分析计算，如图2所示。从图2中可以看出，临沂市近10年来的水资源承载力综合总分呈波动变化特征，最近几年基本呈增长趋势，2015年得分最高，而2008年得分最低，水资源自然-生态承载力变化幅度不大，基本与综合得分变化趋势一致，但从2015年开始，有明显的下降趋势，这是由于水资源自然禀赋造成的，且由于生态环境特性得分也呈下降趋势，这表明在经济发展与生态环境保护并未得到平衡发展；水资源经济-社会承载力从2011年以后，基本呈递增趋势，而水资源利用特性和经济社会特性均呈增长趋势，表明现阶段水资源的利用方式和配置都比较合理，目前水资源能够得到充分的利用；从图中还可以发现，2008年，由于临沂市水文自然特性、生态环境特性、水资源利用特性以及经济社会特性的得分均较低，因此才造成了2008年水资源承载力综合得分最低。

3.4 承载力提升措施和对策

根据目前临沂市水资源承载力情况，可通过“开源”和“节流”两方面入手，一是要提高对黄河水、雨洪水的利用效率，鼓励非常规水的开发利用，提高水资源供给能力；二是要在全市范围内构建节水措施和工程，节约用水是全社会的责任。同时，还应该考虑从虚拟的水角度着手，充分发挥虚拟水资源配置的功能和效益，可从下几点措施开展：①对农业的种植结构进行优化，发展虚拟水贸易的战略举措；②大力推广虚拟水战略，从隐性方面提升地区水资源承载力；③扩宽水资源的来源，全力保证和提高水资源供给能力。

图2 2007～2017年临沂市水资源承载力综合得分变化情况

4 结语

本文以临沂市为例，SPA-VFS耦合评价模型对该市近年来的水资源承载力进行了系统的评价分析，认为临沂市近年来的水资源承载力在波动中逐年提升，水资源利用效率得到加强，但忽视了经济发展与生态环境保护并重的发展观念。针对研究结果提出了提升水资源承载力的措施和对策，对于该市的经济、社会会和生态协调发展具有重要意义。