云南石漠化区水资源承载力评价

李季孝，符裕红，张代杰，丁剑宏

（1.云南省水利水电科学研究院，昆明 650228；2.贵州师范学院，贵阳 550018； 3.贵州省贵阳市花溪区水利局，贵阳 550025）

0 引言

水资源是万物赖以生存的基础，不仅是工农业生产，也是人类生活及生态环境所必需的资源[1]；水资源承载力则是反映水资源与社会经济、生态环境之间是否协调的重要指标[2]。在喀斯特地区，流域可溶性的双重含水介质，以及地表地下二元流场所组成的独特水文地质结构及其产生的功能效应，使得其水系发育，水文动态上存在与非喀斯特流域的巨大差异[3-4]，通常表现为地表水渗漏严重、干旱缺水、水土流失、持水保水能力差等生态特征[4-5]，水资源问题已成为制约喀斯特地区社会经济可持续发展的重要因素之一。

【研究进展】国外的水资源承载力研究主要集中于从城市供水和农业生产方面[6-7]，国内的水资源承载力研究大多集中于非喀斯特区，并主要基于大尺度的区域或流域开展[1,8-9]。目前，针对喀斯特地区的水资源承载力，王在高等[10]研究了岩溶区水资源承载力的评价指标体系构建，贺中华等[11]、鹿坤[12]、袁子勇等[13]分别运用不同方法对喀斯特水资源承载能力进行了评价分析，指出喀斯特区河流内部存在流域不闭合现象，水资源分布不均、利用难度大，局部地区资源相对短缺的现象[11-13]；贺中华[14]、周亮广等[15]以贵州省贵阳市为例，对喀斯特水资源承载力进行了评价研究，指出水资源的短缺，限制了区域的发展[14-15]。【切入点】针对喀斯特地区水资源承载力的研究，解决人口、资源、经济、社会之间的关系势在必行；与此同时，喀斯特水资源承载力大多围绕贵州省开展，而云南省喀斯特区域总面积达11.09万km2[16]，占全省面积的28.14%，占比近1/3，喀斯特面积为全国岩溶面积的第二位[17]，也是中国石漠化治理的重点省份之一[18]，在该方面却未有报道。【拟解决的关键问题】党的十七大报告提出了“建设生态文明”，十八大以来，以习近平同志为核心的党中央创立了习近平生态文明思想[19]，并形成建设中国特色社会主义“五位一体”的总体布局。如今，随着人口增加、社会经济飞速发展，导致人类对水资源的需求量持续加大，随之而来的水资源短缺、水生态破坏、水质恶化等一系列问题[1]亟待解决；特别是喀斯特地区，人口、资源、经济、社会之间的协调重要而紧迫，全面正确的进行石漠化地区的水资源承载力评价，是石漠化地区发展的必然和关键。【研究意义】因此，开展云南石漠化区水资源承载力评价，是对“生态文明思想”的深入贯彻，也是研究区域人口、资源、社会、经济之间关系的重要途径，从而为云南石漠化区水资源的科学规划、合理利用、有效开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区选择

云南省位于北纬21°8′—29°15′，东经97°31′—106°11′之间，地势呈西北高、东南低，自北向南呈阶梯状逐级下降，属山地高原地形，山地面积占全省总面积的88.64%。云南省喀斯特区主要分布在元江以北的滇东片区、滇西北、滇西保山至沧源片区，涉及11个州市的65个县（区或市），其中以昆明、昭通、曲靖、文山、玉溪、红河、丽江、迪庆、临沧、保山、大理等岩溶区分布面积最大[20]。

参照云南省石漠化程度面积分布情况[20]，以各区域强度、极强度石漠化分布面积及石漠化总面积为依据，对11个州市进行面积大小排序，选取排名靠前且与其他区域面积差异较大的前6个区域作为典型代表区域进行评价。分别为：文山（83.18 万hm2）、曲靖（44.45 万hm2）、昭通（33.82 万hm2）、红河（32.68万hm2）、丽江（30.52 万hm2）、迪庆（21.31 万hm2）。

1.2 评价方法

通过建立研究区域的水资源承载力评价指标体系，采用模糊层次分析法（FAHP）与模糊综合评判法进行综合评价[21-22]，避免了选择指数的盲目性及创建模型的复杂性，分别从定性和定量的角度全面地对研究区域对象进行科学合理的评价。

1.2.1 评价指标体系构建

评价指标的选择需要与水资源利用息息相关；随着社会的进步、经济的发展、人口的膨胀，人口、环境、资源间的矛盾日益突出；参考前人的研究成果[10-11,16,22-23]，在指标评价体系建立及指标选择过程中，主要遵循科学性、完整性、区域性及可操作性原则。

1）科学性原则。以科学理论为指导，定性与定量相结合来正确反映水资源系统及其要素间的数量特征关系。

2）完整性原则。充分考虑区域的社会、经济、环境对于水资源的利用存在直接影响；完善评价体系及指标选择。

3）区域性原则。评价体系及指标除能反映区域化水资源承载力的共性，同时兼顾岩溶区的特殊性。

4）可操作性原则。指标选择除满足上述原则外，需要具有可操作性，能够满足定量化评价。

针对云南省石漠化区的特点，石漠化强、水土流失严重，土地石漠化严重制约着区域社会经济的可持续发展，经济社会发展不平衡，大多数区域以农业发展为主、兼有工业发展，部分区域以旅游业为重，少部分边境区域以进出口贸易相对发达。云南省水资源丰沛，但时空分布不均；目前，云南省水资源利用效率总体处于较低水平，区域水资源开发利用差异大[24]。基于此，制定云南省石漠化区水资源评价体系，以A作为评价体系的目标层，确定与社会、经济、环境及水资源等的子系统作为准则层B，各子系统下的选择代表性的指标作为指标层C。

社会发展的准则层B1包括人口自然增长率、总人口、人口密度3个指标；主要用来反映各地区人口现状及增长对水资源的影响。经济发展的准则层B2包括人均生产总值、进出口总值、工业总产值、农业总产值4个指标；主要用来反映各地区经济发展动力及其地区经济结构优化程度。对于水环境保护准则层B3包括石漠化面积、水土流失面积、湿地面积、造林面积、水利设施面积、森林覆盖率、城市污水处理率、工业废水处理量8个指标；主要用来反映生态环境的石漠化程度、水土流失治理情况、绿化程度、水利设施情况、废水处理重视程度、污水处理能力。水资源准则层B4包括降水量、供水总量、地表水资源量、地下水资源量、用水总量、农业用水、工业用水、生活用水、生态用水、灌溉率10个指标；主要用来反映各地区的水资源保障、供给和利用基本情况（见图1）。

图1 云南石漠化区水资源承载力评价体系Fig.1 The water resources target appraisal system of rock desertification areas in Yunnan provinc

1.2.2 数据来源

为了能更好地体现目前区域水资源承载力的实际状况，评价期选择为2018年。所用的指标数据分别来源于《2018年中国统计年鉴》、《2018年中国水资源公报》、《2018年云南省统计年鉴》、《2018年水资源公报》[23,25-27]。

1.2.3 指标权重计算

根据重要性二元对比原理，在评价体系中，将准则层B 作为一级指标层，指标层C 作为二级指标层进行对比判别，形成二元对比矩阵，计算指标层指标的权重值[21-22,28-29]，具体如下：

若指标层Bk/Ck与Bl/Cl进行二元对比，规定其排序标度ekl、elk在（0，0.5，1）中取值。

若Bk/Ck比Bl/Cl重要，则ekl=1，elk=0

若Bk/Ck与Bl/Cl同样重要，则ekl=elk=0.5

针对上述一、二级指标层的各具体指标，其决策集的重要性二元对比计算矩阵E为：

权重计算：W＝（w1,w2,…,wm）；0≤wi≤1，满足

1.2.4 评价模型矩阵

设定2个有限论域：

综合评判因素集合D={d1,d2,…,dm}；评语组成集合V={V1,V2,…,Vm}。评判矩阵R[9,28]：

模糊变换：评判结果F＝W·R；F则为V上的模糊子集。

式中：fi为等级Vj对综合评定所得模糊子集F的隶属度，表示综合评判结果；rij为因素di的评价对等级Vj的隶属度，矩阵R中第i行Ri=（ri1,ri2,…,rin），即为对第i个因素di的单因素评判结果。

1.2.5 等级划分及评判矩阵计算

对V1～V3等级用1 分制进行数量化：s1=0.05，s2=0.5，s3=0.95；数值越高，表示水资源承载能力越强[10]；综合评分S计算式为：

对于评价因素d1，d2，…，dn，在V1～V3等级的隶属函数的计算[9]；对于评价因素ui，若等级值的V越小，量化分数越高，直接用下式计算即可，若等级值的V越大，量化分数越高，则需将后计算式中右端ui区间的“≥”改为“≤”，将“＜”改为“＞”再进行计算：

2 结果与分析

2.1 水资源承载力指标权重值

根据重要性二元对比原理及模糊层次分析法（FAHP），建立并检验重要性的二元对比矩阵，计算各准则层、指标层相应矩阵的相对隶属度向量，从而得出各评价指标的权重W：

2.2 水资源承载力评价指标分级与评判矩阵计算

为量化各地区的指标等级，以V=｛V1,V2,V3｝的评语集进行界定；其中，V1表示水资源状况较差，水资源承载力已接近饱和值，开发利用潜力小，容易引发水资源短缺问题，并会制约区域社会经济发展；V2介于V1和V3之间，表示水资源的开发利用达到一定程度，但仍有开发利用潜力；V3表示水资源状况较好，水资源承载能力较大，水资源的供给能保障区域的发展，开发利用潜力大。令各评价因素的V1和V2等级的临界值为k1；V2等级区间中点值为k2，且k2=(k1+k3)/2；V2和V3的临界值为k3。指标数值的临界值根据指标层C的具体指标数据来源中的全国最高值、最低值、平均水平值其进行参考界定k1、k2、k3的具体数值，并按照评语集V的界定判断是“＞”或是“＜”，从而列出综合评价指标分级值。针对指标层C，令各地区的指标数值集u=｛u1,u2,…u25｝，结合各地区评价指标的综合评价指标分级值见表1。

根据指标等级1 分制的数量化值，结合评价矩阵，得到评判矩阵R中的rij值，表示某因素ui对应等级Vj的隶属函数。评判矩阵计算结果如下：

表1 云南石漠化区综合评价指标分级值Table1 The target graduation value of the synthetic evaluation of rock desertification areas in Yunnan Province

2.3 水资源承载力等级评价结果

根据W和R的矩阵数据，计算得到云南石漠化各分区水资源承载力的最终的评判结果矩阵及其综合评价得分S，结果见表2。

表2 云南石漠化区水资源承载力评价结果Table2 Results on evaluation of water resources capacity of rock desertification areas in Yunnan Province

由表2可看出，从云南省各石漠化分区水资源承载力评价结果bj对评语集V的隶属度情况来看，所有地区对V2的隶属度相对V1与V3高，说明各区域相对于V2等级的可能性更大。其中，昭通对V1的隶属度最高，为0.334，说明昭通地区水资源承载能力较低，水资源相对其他区域最差；V2等级除迪庆外，其他区域均在0.5 以上，说明云南省石漠化区对水资源存在一定程度的开发和利用，具有开发利用的潜力；对于V3的隶属度丽江为0.249，为各区最大值，说明丽江水资源状况较为良好，相对其他区域具有较大的承载能力和开发利用潜力。

从综合评分值S可知，文山、曲靖、昭通、红河、丽江、迪庆6个典型区域的水资源承载能力综合评分值依次分别为0.424、0.421、0.386、0.447、0.501、0.494，其中以丽江地区的0.501 最高，昭通地区的0.386 最小；将所有地区的综合评分S值与V2等级的1 分制量化评分S2=0.5 进行单样本T检验，结果表明地区综合评分值与V2等级的评分值存在显著差异（p＜0.05）。说明尽管评价区域从隶属度上属于V2等级的数值最高，但各地区间的综合评分差异显著；总体来说云南省石漠化区水资源开发利用达到一定的程度，但也有开发利用的潜力，而各个地区不同的评分值也客观地体现了开发利用程度的差异，其中开发利用潜力表现最高的为丽江地区，表现最低的是昭通；该结论与从等级量化的隶属度分析结果表现一致。

3 讨论

研究利用模糊综合层次分析法及模糊综合评判的方法开展综合评价，在众多水资源承载能力评价方法[30]中属于常用方法，对指标权重的确定客观合理，能够将所有指标进行全方位分析，克服了指标的孤立性和局限性正确、评价结果客观科学有效。

在评价的6个区域中，文山州石漠化面积最广、石漠化程度最高，工农业的发展在6个区域中不占优势；曲靖是滇中城市经济圈的核心区域，工农业发展均较其他区域发达，在环境保护方面，对城市的污水处理率较高；昭通是云南连接长江经济带和成渝经济区的重要通道，人口众多，人口自然增长率高于全省平均水平，工农业发展仅次于曲靖和红河；红河与越南接壤，水资源丰富，进出口总值在6个区域中占绝对优势；丽江是国际知名旅游城市，石漠化面积及程度较低，主要以旅游业为主，对环境的保护及污水处理率较高；迪庆少数民族众多，石漠化面积及程度在6个区域中最低，人口自然增长率较低，工农业在6个区域中处于劣势。在所研究的6个典型区域中，水资源承载能力最高的地区为丽江，并不是石漠化面积及水土流失面积最小的迪庆地区；水资源承载能力表现最低的为昭通，而不是拥有石漠化面积和水土流失面积最大的文山地区；对于降水及水资源比较丰富的红河地区来说却没有体现出水资源承载力的优势。说明工农业的发展影响了水资源的利用，石漠化面积、水土流失面积、降水量及供水总量在一定程度上影响了石漠化区的水资源承载力，但他们却不是影响水资源承载力的主要因素，喀斯特石漠化区的蓄水保水更加关键；通过统计年鉴和公报中的数据[23,25-27]对比，影响最重要的因素是人口自然增长率、城市污水处理率、森林覆盖率，这与周亮广等[15]在贵州省喀斯特地区的水资源承载力评价研究中所提到的影响因素相关关系有类似之处。

针对水资源的评价，大多研究都是以流域为单元或具体的省市为对象开展评价[9,21-22,28]，但针对生态恢复的重点区域而言，水资源的合理利用显得更加重要和实际；如何合理有效地开发利用喀斯特地区的水资源是生态文明建设研究的重点和难点。喀斯特地区的水资源承载力的表现及影响因素的讨论，另外一个角度也充分证明了生态文明建设的必要性和紧迫性，无论是喀斯特地区或非喀斯特地区，社会、经济、政治、生态、文化都需要协同发展才能有效缓解人口、资源、环境间的关系，最终实现可持续发展的目标。

4 结论

云南石漠化区水资源承载能力区域间差异较大，综合评分值在丽江地区呈现出最大值0.493，昭通地区呈现出最小值0.385；表明云南省石漠化区水资源开发和利用达到一定程度，但也存在开发利用潜力；经济社会的进步离不开工农业的发展，更离不开良好的生态环境条件；各区域应结合当地的自然、社会、经济等条件制定科学的规划，不断推进水资源的合理开发利用。

建议持续加强喀斯特石漠化生态恢复的力度、提高森林覆盖率，充分发挥森林的水源涵养功能；加强蓄水保水工程建设，加大节水力度、提高城市污水处理率，建立科学高效的水资源配置方案，形成多渠道配合供水模式，全力确保水资源的合理开发利用。