生態(tài)足跡法的陜北地區(qū)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)是可持續(xù)發(fā)展研究的核心技術(shù),其實(shí)質(zhì)是建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)與可持續(xù)利用等級(jí)之間的非線性關(guān)系,其中如何合理確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是目前研究的難點(diǎn)。提出了用加速遺傳算法優(yōu)化識(shí)別判斷矩陣群體的hadamard凸組合矩陣所對(duì)應(yīng)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重、并改進(jìn)理想?yún)^(qū)間法的系統(tǒng)評(píng)價(jià)新方法(gd-iim)。gd-iim直接由評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),利用全部隸屬度值信息計(jì)算可持續(xù)利用評(píng)價(jià)等級(jí)值,避免了應(yīng)用最大隸屬度原則進(jìn)行判斷所可能造成的失真,提高了評(píng)價(jià)精度。用gd-iim評(píng)價(jià)黑龍江省14個(gè)區(qū)域水資源可持續(xù)利用的結(jié)果說明,gd-iim直觀簡(jiǎn)便、通用、精度高,可在實(shí)際系統(tǒng)評(píng)價(jià)中推廣應(yīng)用。

運(yùn)用改進(jìn)的集對(duì)分析法,建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)等級(jí),對(duì)西安8個(gè)市(縣、區(qū))水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:市區(qū)和臨潼水資源可持續(xù)利用等級(jí)為優(yōu),其他為良;集對(duì)分析法評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊物元法、熵權(quán)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致;集對(duì)分析理論中的同一度、差異度和對(duì)立度指標(biāo)可用于評(píng)價(jià)城市水資源可持續(xù)利用的狀況。

論述了改進(jìn)密切值法綜合評(píng)價(jià)的原理和步驟,建立水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,應(yīng)用改進(jìn)密切值法綜合評(píng)價(jià)了山西省11個(gè)市的水資源可持續(xù)利用情況,拓展了密切值法的應(yīng)用領(lǐng)域.實(shí)例研究表明,改進(jìn)密切值法目的明確,步驟簡(jiǎn)便,能夠提供準(zhǔn)確的優(yōu)劣次序,可用于水資源可持續(xù)利用的評(píng)價(jià).

目前,在水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)過程中,評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值及權(quán)重的確定均存在一定的主觀性.針對(duì)該問題,本文以水資源時(shí)空分布不均的安徽省為研究對(duì)象,計(jì)算安徽省16個(gè)城市各類水足跡,并融合常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo),基于psr理論構(gòu)建了水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)體系.同時(shí),采用熵權(quán)法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),選用灰靶模型進(jìn)行計(jì)算,通過靶心度判斷各城市水資源可持續(xù)利用水平的空間差異性,以增強(qiáng)不同評(píng)價(jià)單元之間的可比性.結(jié)果表明:2016年,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水足跡在安徽省16個(gè)城市總用水足跡中占比均居首位,在除馬鞍山、銅陵、蕪湖的多個(gè)城市中所占比重超過80%；工業(yè)用水足跡所占比重居次,馬鞍山、銅陵、蕪湖分別為45.94%、32.46%、25.17%,其余城市多集中在2%~10%；各城市生活用水水足跡和生態(tài)用水水足跡所占比重較小,均低于6%.2016年安徽省水資源可持續(xù)利用水平以中、差等級(jí)為主,大體呈北低南高的空間布局特征,優(yōu)、良等級(jí)集中在皖南的黃山、銅陵、池州；壓力層和狀態(tài)層靶心度的空間分布與此相似,提升空間較大,響應(yīng)層靶心度總體較高,未呈現(xiàn)明顯空間差異性.

為了分析一個(gè)地區(qū)人們實(shí)際消耗的水資源量,借鑒生態(tài)足跡理論,構(gòu)建了水資源足跡計(jì)算模型,以分析判斷該地區(qū)的水資源盈余情況。根據(jù)武漢市的統(tǒng)計(jì)資料,確定了針對(duì)該區(qū)域模型中的水資源均衡因子和地區(qū)產(chǎn)量因子2個(gè)關(guān)鍵參數(shù),并計(jì)算了武漢市2003～2008年水資源足跡和水資源承載力,引入水資源足跡指數(shù)、萬元gdp水資源足跡等指標(biāo),對(duì)武漢市水資源持續(xù)利用狀況進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。分析評(píng)價(jià)結(jié)果表明:就本地產(chǎn)水而言,水資源狀況由弱不可持續(xù)利用向不可持續(xù)利用發(fā)展,但由于武漢市過境水量大,可有效解決水資源短缺狀況。

利用水資源生態(tài)足跡理論計(jì)算分析了江蘇省2005—2012年的水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力,發(fā)現(xiàn)江蘇省水資源利用一直處于生態(tài)赤字的極不安全狀態(tài)。為進(jìn)一步研究導(dǎo)致生態(tài)赤字的原因,首次將生態(tài)赤字、萬元gdp生態(tài)足跡這2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用到第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)這3個(gè)主要三級(jí)賬戶中。結(jié)果顯示:第一產(chǎn)業(yè)水資源生態(tài)足跡最大,第二產(chǎn)業(yè)次之,二者之和占總生態(tài)足跡的90%以上,且均超過水資源生態(tài)足跡承載力,這是造成水資源赤字和水資源生態(tài)壓力指數(shù)較高的重要原因。最后提出建議,以期為區(qū)域水資源的合理利用提供依據(jù)。

構(gòu)建農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用(sustainableutilizationofagriculturalwaterre-sources,suawr)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(indicaterssystern,is)既要考慮is構(gòu)建的一般性問題,也要顧及suawr內(nèi)涵的多維性.根據(jù)suawr內(nèi)涵,分別從用水流程和用水影響因素兩種角度提出了suawr評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)要求,指出suawr評(píng)價(jià)維度包括質(zhì)量維、數(shù)量維和時(shí)空維.在闡明評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)上,提出is構(gòu)建原則,并采用頻度統(tǒng)計(jì)法、理論分析法等方法,進(jìn)行了is構(gòu)建、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并進(jìn)行構(gòu)成分析,建立了以農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的一般性suawr綜合評(píng)價(jià)is,探討了awr復(fù)合系統(tǒng)多維度可持續(xù)性評(píng)價(jià)如何在多層次is中實(shí)現(xiàn).

指標(biāo)體系(indicatorssystem,is)評(píng)價(jià)法已在各研究領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用,但存在is的通用性與區(qū)域適用性、全面性與可操作性難于兼顧等問題。以東北三省2001年農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用(sustainableutilizationofagri-culturalwaterresources,suawr)評(píng)價(jià)為例,依據(jù)研究區(qū)水資源利用狀況分析選取指標(biāo)保證了指標(biāo)的區(qū)域適用性;采用頻度統(tǒng)計(jì)法、專家咨詢法、譜系聚類法之分裂法、理論分析法等多種方法相結(jié)合構(gòu)建is,充分借鑒、吸收了已有指標(biāo)研究成果、is構(gòu)建思想及同行專家意見,保證了所選指標(biāo)的通用性。體現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合的運(yùn)行層和框架層耦合的is結(jié)構(gòu)則解決了農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)可持續(xù)內(nèi)涵評(píng)價(jià)的科學(xué)性和全面性與is的可操作性難于兼顧的矛盾。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,按本研究構(gòu)建的is適合東北區(qū)suawr現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)區(qū)間等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)信息引入均化系數(shù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的屬性識(shí)別模型,根據(jù)等級(jí)屬性值的變權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的客觀賦權(quán)獲得各個(gè)評(píng)價(jià)樣本的評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。以黑龍江省14個(gè)地區(qū)為例進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,與模糊識(shí)別和群決策識(shí)別結(jié)果相比,該模型可行有效,評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。

以人均水資源占有量低、水資源利用結(jié)構(gòu)不平衡省份山東省為研究區(qū),首先計(jì)算2005-2014年山東省水足跡及2014年17地市水足跡,實(shí)現(xiàn)水足跡時(shí)空分析;從dpsir視角出發(fā),基于水足跡計(jì)算結(jié)果,融合構(gòu)建水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過因子綜合得分來反映全省10a間水資源可持續(xù)利用強(qiáng)度,以2014年為水平年,對(duì)17地市因子綜合得分進(jìn)行空間聚類,實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用時(shí)空分析.結(jié)果表明:研究區(qū)2005-2014年水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)得分呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),表明水資源可持續(xù)利用程度趨于加強(qiáng),但分值總體較低,仍需提高利用效率;2014年17地市水資源可持續(xù)利用水平整體呈現(xiàn)東優(yōu)西劣、南優(yōu)北劣的空間格局.

基于水足跡理論和計(jì)算模型及水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo),以昆明市2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù),計(jì)算了該市2014年的水資源足跡,并評(píng)價(jià)了其水資源利用現(xiàn)狀.研究表明:(1)2014年昆明市總的水足跡高達(dá)119.915×108m3,人均水足跡為1809.76m3/人;(2)農(nóng)業(yè)是昆明市耗水量最大的產(chǎn)業(yè),其水足跡達(dá)到43.319×108m3,占到本市生產(chǎn)服務(wù)用水的77.42％;(3)昆明市水資源匱乏度為241.6％,水資源壓力指數(shù)為112.7％,水資源利用處于不可持續(xù)狀態(tài);(4)從產(chǎn)業(yè)水足跡上看,第一產(chǎn)業(yè)水資源足跡最高,萬元產(chǎn)值水足跡最大,水足跡經(jīng)濟(jì)效益最低,其次是第二產(chǎn)業(yè),最后是第三產(chǎn)業(yè),其中旅游業(yè)水足跡經(jīng)濟(jì)效益最高,側(cè)面證明了旅游業(yè)是綠色低能耗產(chǎn)業(yè);因此,需要通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),在保證本地糧食安全的前提下減少作物種植和畜禽養(yǎng)殖,大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和旅游業(yè),以及從外地調(diào)水和加強(qiáng)虛擬水貿(mào)易等方式降低該市水資源壓力,逐步實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用.

水資源可持續(xù)利用程度綜合評(píng)價(jià)需要綜合考慮區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等各方面因素,是一個(gè)典型的多目標(biāo)、多層次、多屬性決策問題。投影尋蹤模型能夠通過加速遺傳算法來尋求最優(yōu)投影方向,將多維數(shù)據(jù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成低維子空間上,因此便可以根據(jù)優(yōu)化出的一維投影值來計(jì)算各地區(qū)的水資源可持續(xù)利用程度,另外可以避免權(quán)重確定主觀性問題。其思路清晰,計(jì)算簡(jiǎn)單,結(jié)果合理,為水資源可持續(xù)利用程度綜合評(píng)價(jià)提供了一條新的方法和思路。

水資源短缺是制約瑪納斯河流域水資源可持續(xù)發(fā)展的\"瓶頸\"因素,對(duì)流域水資源可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)對(duì)其國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。從水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境四個(gè)子系統(tǒng)出發(fā),采用了熵值法和投影尋蹤理論相結(jié)合的評(píng)價(jià)模型,對(duì)流域水資源可持續(xù)利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià),并將兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和,得出流域水資源可持續(xù)利用變化趨勢(shì)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,該模型方法可靠,分析結(jié)果合理,評(píng)價(jià)結(jié)果可以為水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù),是評(píng)價(jià)水資源可持續(xù)利用水平的一種有效新方法。最后,提出了促進(jìn)流域水資源可持續(xù)利用的建議,為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供借鑒和參考。

京津冀地區(qū)是重度\"資源型\"缺水地區(qū),人均水資源量顯著不足,評(píng)價(jià)該區(qū)域水資源可持續(xù)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),可為京津冀地區(qū)水資源的管理提供更好的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐.結(jié)合社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用粗糙集和模糊理論相結(jié)合的方法確定指標(biāo)權(quán)重,分別應(yīng)用基于屬性識(shí)別法和同異反層次法的模糊集對(duì)分析理論對(duì)京津冀地區(qū)2004—2015年的水資源可持續(xù)利用情況進(jìn)行評(píng)價(jià),并在計(jì)算綜合聯(lián)系度過程中引入可變模糊集理論中的s型函數(shù),最后用spearman相關(guān)系數(shù)法對(duì)得到的多組結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析.結(jié)果表明:近12年,京津冀地區(qū)的水資源可持續(xù)利用水平整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì);基于s型函數(shù)的模糊集對(duì)分析法在京津冀地區(qū)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中是可行的.

水資源是人類賴以生存和發(fā)展的一個(gè)極其重要的因素。水資源的可持續(xù)利用是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的基本前提。筆者針對(duì)西北干旱區(qū)獨(dú)有的氣候水文特征,從區(qū)域水資源與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的相互關(guān)系出發(fā),從區(qū)域水資源承載力的本質(zhì)概念進(jìn)行分析,拓展認(rèn)識(shí)和界定區(qū)域水資源儲(chǔ)備量和區(qū)域水資源承載能力的內(nèi)涵意義?；趨^(qū)域水資源的儲(chǔ)備、消耗、再生的3大功能過程,考慮區(qū)域社會(huì)調(diào)節(jié)活動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源功能過程的影響,構(gòu)建了一個(gè)以指標(biāo)層變量、分類層指標(biāo)和目標(biāo)層指數(shù)3個(gè)等級(jí)層次體系,并適用性較強(qiáng)的西北干旱區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

針對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中存在的不相容性和模糊性問題,將物元分析理論與模糊集理論相結(jié)合,構(gòu)建復(fù)合模糊物元,并應(yīng)用加權(quán)歐式距離作綜合評(píng)價(jià),對(duì)各樣本做優(yōu)劣排序,并劃分類別。在計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重時(shí),引入熵值理論,運(yùn)用信息熵反映的樣本數(shù)據(jù)的效用值確定權(quán)重,避免了權(quán)重分配中的人為干擾。結(jié)合實(shí)例應(yīng)用,并與其他方法的評(píng)價(jià)結(jié)果作比較,驗(yàn)證了該模型的可靠性。分析表明,物元分析與模糊集理論的有效結(jié)合,能將多指標(biāo)評(píng)價(jià)中的不相容矛盾轉(zhuǎn)換成相容關(guān)系,且有效地避免了由于模糊性導(dǎo)致的信息丟失;熵值法確定的權(quán)重較好地反映了樣本信息的有序度,充分利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)客觀地對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。結(jié)果表明,基于熵權(quán)的模糊物元模型應(yīng)用于水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)是合理、客觀、可行的。

針對(duì)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng),利用協(xié)同學(xué)理論并以遼寧省為例選取2015—2017年社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和水資源開發(fā)利用指標(biāo),對(duì)遼寧省水資源可持續(xù)利用采用協(xié)同學(xué)理論進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明:研究區(qū)域水資源可持續(xù)利用采用協(xié)同學(xué)理論評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的適用性與準(zhǔn)確性,研究成果可為區(qū)域水資源承載力預(yù)測(cè)和可持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供一定的決策依據(jù)和理論支持。

為研究恩施州土地利用可持續(xù)性,采用生態(tài)足跡方法對(duì)恩施土地利用生態(tài)足跡和生態(tài)承載進(jìn)行測(cè)算:2004年,恩施州人均土地生態(tài)足跡需求為1.36264hm2,人均生態(tài)承載為0.49289hm2,區(qū)域土地利用生態(tài)足跡總體上呈現(xiàn)生態(tài)赤字,為人均-0.86965hm2.結(jié)果表明恩施州2004年土地利用為不可持續(xù).

水利可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而衡水市是河北省水資源最為匱乏地區(qū)之一，水資源短缺與水利可持續(xù)發(fā)展矛盾最為尖銳，因此從某種意義上講，衡水市水利能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在很大程度上將取決于衡水市水資源能否保證可持續(xù)利用。本文分析和預(yù)測(cè)了衡水市水資源現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景，提出了保證水資源可持續(xù)利用實(shí)現(xiàn)水利可持續(xù)發(fā)展應(yīng)采取的四個(gè)方面措施。

模糊集對(duì)法基于對(duì)立統(tǒng)一和事物普遍聯(lián)系觀點(diǎn),且考慮到評(píng)價(jià)等級(jí)邊界的模糊性,通過聯(lián)系度對(duì)事物進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、水資源利用、水資源保護(hù)等評(píng)價(jià)指標(biāo),采用該方法對(duì)環(huán)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源可持續(xù)利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià),分析該經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的匹配程度。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:模糊集對(duì)法考慮各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,科學(xué)評(píng)判處理各種指標(biāo)的信息,采用該方法評(píng)價(jià)水資源可持續(xù)利用程度是合適的。

現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程向前推進(jìn)的速度是比較穩(wěn)定的,在這種情況之下我國(guó)工業(yè)發(fā)展速度得到了一定程度的提升,人民的生活質(zhì)量和生活水平也得到了一定程度的提升,水資源匱乏問題演變的越加劇烈.從現(xiàn)階段和二十一世紀(jì)發(fā)展的世紀(jì)情況上來進(jìn)行分析,在我國(guó)范圍之內(nèi)出現(xiàn)的洪澇災(zāi)害、干旱缺水以及水環(huán)境惡化三個(gè)十分重要的問題,尤其是其中的水資源短缺問題,已經(jīng)逐漸的演變?yōu)槲覈?guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程向前推進(jìn)的過程中的重要限制性因素之一,現(xiàn)階段我國(guó)正在推行水資源的可持續(xù)利用這一個(gè)戰(zhàn)略方針,尤其是在水資源比較匱乏的區(qū)域施行這一個(gè)戰(zhàn)略方針的意義就顯得更為顯著了,以水資源的可持續(xù)利用在我國(guó)經(jīng)濟(jì)向著可持續(xù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變的過程中起到一定程度的促進(jìn)性作用,成為了當(dāng)今我國(guó)面臨的一個(gè)重要戰(zhàn)略問題.

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快,各類用水不斷增加,使水資源的供需矛盾日趨突出.優(yōu)化配置、合理利用和有效保護(hù)是保證水資源可持續(xù)利用,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇.