区域水环境承载力评价指标体系及方法研究.

区域水环境承载力评价指标体系及方法研究*

杨梅,李如忠,钱家忠,洪天求

合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥(230009

E-mail:qjz_mail@

摘要:研究和评价区域水环境承载力具有十分重要的现实意义。基于水环境承载力的内涵和本质,从资源环境、技术管理、社会经济和生态四个角度出发,构建了一个普遍适用的水环境承载力评价指标体系。考虑到水环境承载力本身具有模糊性、多指标性,采用模糊优选原理进行评价,并用层次分析法(AHP确定指标权重。从而提出了AHP—模糊优选模型。作为案例,将上述理论方法应用于某一城市的水环境承载力评价,取得了较好效果。

关键词:区域,水环境承载力,评价指标体系,模糊优选评价模型

水环境承载力(Water Environmental Carrying Capacity, WECC是承载力概念与水资源和水环境领域的自然结合[1],是衡量区域经济发展活动与水环境条件适配程度的重要指标,受到世界各国的普遍重视[2]。九十年代初 WECC概念在我国得以提出, 随后WECC研究方向在环境科学领域独立发展逐渐完善[2-6],但对水环境承载系统各要素的内涵、特征、变化关系和定量化表征等尚未见有较为系统的理论成果。本文从水环境承载力评价所涉及的资源环境、技术管理、社会经济和生态四个角度出发,结合我国的区域状况,提出了区域水环境承载力评价指标体系,建立了水环境承载力评价的AHP—模糊优选模型。实例研究表明,所建模型对包含多指标、多因素的水环境承载力评价具有很好的效果。

1. 评价指标体系

建立水环境承载力评价指标体系,应根据区域水资源特点,考虑到区域社会经济发展的不平衡性、科技文化水平的差异性、以及水资源开发利用程度和水环境的状况及其变化趋势等。

1.1 评价指标选取原则

在借鉴国际上对水环境承载力评价的基础上,以科学、实用、简明的选取原则,具体考虑以下几个方面[7]:

(1科学性原则,即按照科学理论,特别是可持续发展理论定义的指标概念和计算方法;

(2整体性原则,即综合反映社会、经济、人口、生态、环境、资源等发展指标;

(3动态性与静态性相结合原则,即指标体系反映系统的发展状态及其发展过程;

(4定性与定量相结合原则,即选择可量化指标,难以量化的重要指标采用定性描述指标;

(5可比性原则,即尽可能采用标准的名称、概念、计算方法,考虑国际、国内状况;

(6简明、实用、可行性原则,即指标体系要充分考虑到资料的来源和现实可行性。

1.2 评价指标体系的构建

目前,还难以找到对我国不同省(地区、不同流域都能适用的、统一的水环境承载力评价指标体系。参照相关文献[7,11],从水环境承载力评价所涉及的社会、经济、生态、环境技术、管理等角度,侧重我国东部城市地区,建立了水环境承载力评价指标体系如图1所示。

本课题得到国家基础研究重大项目前期研究专项(2003CCC00400,安徽省自然科学基金(050450303的资助。

图1 水环境承载力评价指标体系 Fig.1 Indicator system for evaluating WECC

2. AHP -模糊优选评价方法及其应用实例

WECC 是处理水环境与人类社会经济活动之间关系的有力工具,目前已经在多个方面取得进展,特别是量化方法呈现出多样化的态势[8,9]。但各种方法均有优劣点,还需要作进一步的研究。水环境承载力是一个模糊概念,也是一个多指标评价、决策问题,因此,考虑采用AHP-模糊优选原理[10,11]对区域水环境承载力状态及其变化态势进行评价。

2.1 基本资料

某城市1994~2002年资源、环境、技术管理、社会经济及生态等各指标统计结果如表1所示。

2.2 水环境承载力变化态势分析

(1构造评价样本和评价指标集合

A = { 1994年,1996年,1998年 ,2000年,2002年}= { a 1, a 2, a 3 , a 4 , a 5} F ={指标l ,指标2,…,指标17}={f 1,f 2,…,f 17}

将待评样本a i 对f k 的属性值记为x ki (k =1,2,…,17; i =1,2,…,5。 (2构造二维决策矩阵M ,即区域水环境承载力评价的决策矩阵。

m n M (ki x ×= (1

(3决策矩阵规格化

在决策矩阵M 中,评价指标属性值量纲可能不完全相同,为消除量纲不同带来的影响,在评价前需对决策矩阵M 中各元素作规格化处理,记:

x max =max{ x ki }, 1≤k ≤m ,1≤i ≤n (2 x min =min{ x ki }, 1≤k ≤m ,1≤i ≤n (3

这里,x max 和x min 分别表示所有评价样本中指标f k 的最大值和最小值。

考虑到评价样本中有的指标变化范围可能较大,而有的变化范围则很小,为避免夸大变化范围小的指标在决策中的相对作用,可采用下列优属度计算公式。本文将表1中17个指标进行划分,f 2 ,f 3 ,f 4, f 5, f 6, f 7 ,f 10 ,f 11 ,f 12 ,f 14 ,f 15 ,f 16为正效指标,f 1 ,f 8, f 9, f 13 ,f 17为负效指标。

对于属性值越大,表示水环境承载力越大的正效指标,令

r ki =x ki /( x k max + x k min (4

对于属性值越大,导致水环境承载力越小的负效指标,则

r ki =1-x ki /( x k max + x k min (5 其中ki r 为待评样本i a 对于指标k f 的相对优属度。

经过上述规格化处理,可将决策矩阵式(1转化为规格化处理后的矩阵R ,如表2所示

R =(r ki m×n (6

其中,0≤r ki ≤1, k=1,2,…,m ; i=1,2,…,n 。