基于ELECTREⅢ的湟水流域水资源可持续利用能力评价

摘要：

水资源可持续利用能力研究对中国西北缺水地区实现水资源可持续管理和发展具有十分重要的意义。根据湟水流域特征，从气候因素、水资源系统和社会经济3个方面构建了水资源可持续利用能力评价指标体系，并引入ELECTRE Ⅲ评价法评价了湟水流域水资源可持续利用能力状况。结果表明：湟水流域水资源的整体可持续利用能力为中等水平；气候因素和社会经济特征是影响湟水流域水资源可持续利用能力的主要因素。为提高湟水流域水资源可持续利用能力，应加强流域水资源综合管理、推进外流域调水、加强流域节水和非常规水资源利用和加强河流水环境综合整治等。研究成果可为缺水地区水资源可持续利用能力评价和优化流域水资源管理提供参考。

关" 键" 词：

水资源可持续利用能力； ELECTRE Ⅲ评价法； 隶属度； 气候因素； 湟水流域； 缺水地区

中图法分类号： TV213.4

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.01.015

收稿日期：2024-06-07；接受日期：2024-09-11

基金项目：

国家自然科学基金联合基金项目（U2243236）；亚行贷款L3443-PRC青海省海东城乡环境治理项目（HD-CB-CS4）

作者简介：

樊立娟，女，工程师，博士研究生，主要从事生态流量分析研究工作。E-mail：Fanlj87@hotmail.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章编号：1001-4179（2025） 01-0110-07

引用本文：

樊立娟，黎嵘岚，高举.

基于ELECTREⅢ的湟水流域水资源可持续利用能力评价

［J］.人民长江，2025，56（1）：110-116.

0" 引 言

水资源是支撑流域生态系统良性循环和社会经济可持续发展的基础性与战略性资源，水资源高效利用也是新时期落实新发展理念的重要内容［1-2］。但是地球上淡水资源有限，全球有50%以上的人口面临着水资源不足问题［3］。中国的人均水资源短缺问题更为严重，占有量不足世界人均水平的1/4［4］，且水资源时空分布差异显著。在气候变暖和人类活动影响不断加剧的背景下，水资源短缺和水环境污染等问题使得流域水资源可持续发展能力受到了一定的影响，水资源短缺问题已成为流域可持续发展的瓶颈，成为新时期新发展的主要障碍之一［2，5-6］。

水资源可持续利用能力评价能够量化流域水资源可持续利用的程度，客观反映其水资源安全状况，是流域水资源规划管理的基础［7-8］。水资源可持续利用能力评价一般是建立科学的评价指标体系，采用可行的数学方法进行评价［9-11］。水资源系统的复杂性导致水资源可持续利用评价结果存在片面性和不确定性［12］。因此，指标体系的构建和评价方法与模型的选择成为水资源可持续利用能力评价的核心［13］。近年来，国内外学者主要采用的水资源可持续利用能力评价方法有综合指数法、层次分析法［14］、生态足迹法［15］、模糊综合评价等。如，Tang等［16］基于可持续发展理论采用模糊综合评价法评价了宁夏的水资源可持续利用动态趋势；李冰瑶等［17］采用层次分析法评价了缺水地区水资源可持续利用能力；Chen等［18］采用改进的水资源生态足迹模型对京津冀地区的水资源可持续利用能力进行了评价，并对京津冀水资源地区的可持续发展进行了不确定性分析；崔建伟［19］采用综合指数评价法评价了苏格里经济开发区的水资源利用水平。可见，水资源可持续利用评价理论相对成熟。

由Benayoun等提出的ELECTRE（elimination et choice translating reality） 方法是应用比较普遍的一种系统决策方法［20］，经过长期发展形成ELECTRE Ⅱ、ELECTRE Ⅲ等改进版本。该方法引入了严格优先阈值、无差异阈值和否决阈值的概念，能够处理决策过程中涉及的模糊性和不确定性，在评价备选方案时可以更灵活地表达决策者的偏好，与模糊评价法相比，不需要将所有不确定性模糊化，同时计算比较简洁，结果相对直观，已经在能源规划管理、小企业信用风险评价等方面得到了广泛应用［21-22］，但是在水资源研究领域应用相对较少，有必要引入ELECTRE Ⅲ模型拓展水资源可持续利用评价方法。

湟水河是黄河流域上游最大支流，目前存在水资源短缺、水质污染和管理不善问题，影响流域内城市的经济社会可持续发展。本次研究选择湟水流域为典型案例，根据湟水流域特征，从系统的角度出发，构建湟水河水资源可持续利用能力评价指标体系，引入ELECTRE Ⅲ评价法，分析流域水资源可持续利用能力现状及主要制约要素，以期为湟水流域水资源健康管理和可持续发展提供参考和建议。

1" 评价方法

1.1" 研究区概况

湟水流域位于黄河上游，流经青海省东北部和甘肃省兰州市西部，介于北纬34°40′～37°28′，东经98°30′～103°15′（图1），流域面积达32 863 km2。湟水的源头位于海晏县的包呼图山，河流全长374 km，流域内拥有大通河、药水河、西纳河、北川河等多条支流，构成树枝状的水系结构。流域年降水量为300～500 mm，年均蒸发量则高达800～1 500 mm，年平均径流量为46.5亿m3，年平均输沙量为0.24亿t。大通河作为主要支流，其年平均径流量达28.6亿m3［23］。

湟水流域是青海省的经济、政治和文化中心，同时也是主要的农业生产基地。河湟谷地集中了青海省近60%的人口、52%的耕地、72%以上的工矿企业，是青海省经济发展的重要支柱［24］。湟水流域的水资源总量相对较少，但对区域发展至关重要。当前湟水流域的水资源开发利用率已经超过50%，特别是在西宁地区，水资源的开发利用率高达72.9%，远超安全警戒线［25］。按照黄河水利委员会《湟水流域综合规划》，2020年湟水流域缺水量1.24亿m3，2030年缺水量5.08亿m3［26］，水资源短缺形势严峻。此外，湟水河还面临水环境问题，根据《2014年青海省水环境质量年报》，湟水干流西宁—民和干流段，水质为Ⅳ类，部分河段属于Ⅳ类［23］。经过多年治理，2023年水质均达到Ⅲ类及以上，水环境质量总体稳中向好。但是汛期水土流失和环境污染等问题仍然突出，需要进一步加强生态保护和治理［27］。为了促进湟水流域的可持续发展，亟需进行全面的水资源可持续利用能力评估，分析制约因素，为未来流域水资源可持续发展提供参考。

1.2" 水资源可持续利用能力评价指标体系与评价标准

1.2.1" 水资源可持续利用能力评价指标体系建立

流域水资源可持续利用能力是水资源自然属性的外在表现形式，并容易受气候变化（降水量、干旱指数等）、水资源开发利用（缺水率、水质达标率等）等外在因素扰动。由此结合湟水流域水资源的实际情况，将影响水资源可持续利用能力的主要指标分为气候因素指标、水资源系统指标和社会经济指标3类，根据科学性、合理性和可操作性原则构建湟水流域水资源可持续利用能力评价指标体系（表1）。

1.2.2" 指标分级标准的确定

将水资源可持续利用能力划分为5个等级，即Ⅰ级低可持续利用能力、Ⅱ级较低可持续利用能力、Ⅲ级中等可持续利用能力、Ⅳ级较强可持续利用能力和Ⅴ级强可持续利用能力。本次研究参考文献资料和依据研究区自然社会经济特征［17，19，23，26］，确定湟水流域各单项指标分级标准，详见表2。

1.3" ELECTRE Ⅲ评价法

ELECTRE Ⅲ是一种多准则决策分析方法，主要用于处理复杂的决策问题，特别是存在多个冲突准则时。该方法属于ELECTRE方法系列中的一种，引入了严格优先阈值、无差异阈值和否决阈值，用于描述决策者对不同准则的敏感度和容忍度。ELECTRE Ⅲ的核心是通过对多个备选方案进行综合评价，确定其优劣排序［28］。

1.3.1" 构建评价矩阵

构建m个评价对象n个指标的判断矩阵，将评价指标体系的数据序列视为评价对象，即该方案的属性值：

R=［xij］mn（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）（1）

式中：R为m个评价对象n个指标的判断矩阵。

1.3.2" 设定阈值

严格优化阈值pj：

pj=1m（aijmax-aijmin）（2）

无差异阈值qj：

qj=0.3pj（3）

否决阈值vj：

vj=mpj（4）

式中：aijmax，aijmin分别为属性值的最大值与最小值。上述3个阈值均由决策人确定，通常取固定值，否决阈值一般为严格优先阈值的3倍。对于任意的属性j，满足vj≥pj≥qj≥0。

1.3.3" 和谐指数计算

局部和谐指数计算公式如下：

cj（a，b）=

0，""" gj（a）+pj≤gj（b）

1，""" gj（a）+qj≥gj（b）

gj（b）-（gj（a）+pj）qj-pj，其他

（5）

式中：cj（a，b）为局部和谐指数；gj（a）为方案a在j指标上的评价准则；gj（b）为方案b在j指标上的评价准则。

和谐指数计算：

c（a，b）=1nj=1wjnj=1wjcj（a，b）（6）

式中：wj表示准则gj的相对重要权重部和谐性指数。

1.3.4" 不和谐指数计算

dj（a，b）=

0，""" gj（a）-gj（b）≤pj

1，""" gj（a）-gj（b）≥vj

gj（b）-（gj（a）+pj）qj-pj，其他（7）

式中：dj（a，b）为不和谐性指数，表示属性 j 上方案a劣于b的程度。

1.3.5" 可信度计算

对于所有j∈J，可信度计算公式如下：

S（a，b）=c（a，b），""""""" dj（a，b）≤c（a，b）

c（a，b）∏1-dj（a，b）1-c（a，b），其他（8）

式中：可信度S（a，b）是指计算论断 a＞b（a优于b）的测度；dj（a，b）是指在属性j拒绝b级别高于a，即指方案a劣于方案b的程度。

对可信度结果进行排序，排序结果用B（ai）表示。根据湟水流域评价结果与评价等级评价结果之间的排序确定湟水流域水资源可持续利用能力评价级别。

1.4" 数据来源

数据来源于《青海省水资源公报》（2010～2018年），《青海省统计年鉴》（2010～2018年），《青海省环境状况公报》（2010～2018年），《湟水流域综合规划》（水总规〔2014〕1182号）、《青海省湟水干流区水资源配置工程规划》（2021年11月）和《青海省第二次水资源调查评价报告》（2017年）等文献。采用湟水河流域2010～2018年平均值作为评价数据。

2" 结果分析

2.1" 评价结果分析

基于ELECTRE Ⅲ水资源可持续利用能力评价方法共设置5个评价对象，即湟水流域多年指标数值与4种标准方案。将湟水流域多年平均数据视为方案A1，其指标数据定义为方案A1的属性值。分别定义标准方案Ah、Af、Ag、Ae，其属性值为各指标标准区间的临界值，并视为方案A2～A5，湟水流域与标准方案关系如图2所示。根据熵权法和阈值确定权重［29］，得到指标权重和阈值如表3所列，其中C1～C15依次代指表2指标层的指标。根据ELECTRE Ⅲ方法，对5种方案进行比较，结果如表4所列。评价对象排序如下：Aegt;Aggt;湟水流域（A1）gt;Afgt;Ah，湟水流域的可信度S（a，b）结果为0，位于Ag与Af方案之间，因此湟水流域水资源可持续利用能力为第Ⅲ等级，中等可持续利用能力水平。

为了验证评价结果的合理性，基于以上数据，利用模糊综合评价法进行评价［29-30］，确定湟水流域水资源可持续利用能力评价指标的权重向量为

A=［0.055 4，0.022 2，0.097，0.027 7，0.097，

0.055 4，0.055 4，0.031 2，0.083 1，0.069 3，

0.038 5，0.022 16，0.027 7，0.077，0.041 5］

（9）

计算得到湟水流域水资源可持续利用能力模糊综合评价模型结果为

Y=A·R=［0.175，0.168，0.507，0.108，0.042］（10）

根据最大隶属度原则可知，在多个可能结果中隶属度最大值的结果为最可能的结果。上述模糊综合评价结果的最大隶属度为0.507，属于第Ⅲ等级，因此湟水流域水资源可持续利用能力为第Ⅲ等级，中等可持续利用能力水平。评价结果与ELECTRE Ⅲ方法结果一致。

2.2" 影响因素分析

对比ELECTRE Ⅲ方法和模糊综合评价法计算的权重结果（图3），在模糊综合评价法中，干旱指数（C3）、缺水率（C5）、人均水资源量（C9）、万元工业产值用水量（C14）的占比较高，说明上述指标对水资源可持续利用能力影响较大。模糊评价法在计算时倾向于对这些关键指标进行整体评分，通过模糊化处理来综合评价多个方案。然而，这种方法的缺陷在于，如果某些指标数据存在不确定性或冲突性，模糊评价法可能无法充分反映这些差异。相对而言，ELECTRE Ⅲ方法更注重细化对方案的排序，通过考虑偏好和不确定性阈值，在评价过程中充分表达了不同指标的重要性。例如，ELECTRE Ⅲ结果中，降水集中程度（C2）、水功能区水质达标率（C8）和人口密度（C11）成为更具影响力的指标。这说明ELECTRE Ⅲ方法在对水资源可持续利用能力进行综合评价时，除了关注水资源量，还考虑了水资源分布的时间和空间特征（降水集中程度和人口密度）以及水质达标率等生态因素。

综合来看，降水集中程度（C2）、干旱程度（C3）、缺水率（C5）、水功能区水质达标率（C8）、人均水资源量（C9）、农田灌溉亩均用水量（C13）对于水资源可持续利用能力影响较大。降水集中程度高意味着水资源在时间分布上不均衡，容易导致雨季水资源过剩和旱季水资源短缺。这种不均衡性增加了水资源管理和调配的难度，影响了水资源的可持续利用，湟水流域受半干旱气候影响，降水集中程度高，导致水资源时间分布不均，加剧了干旱程度和缺水问题。同时，工业污染严重，水功能区水质达标率低，影响了水资源的利用价值。人均水资源量低，且农田灌溉用水浪费严重，进一步加剧了水资源紧张状况。因此，降水集中程度、干旱程度、缺水率、水功能区水质达标率、人均水资源量和农田灌溉亩均用水量这6个指标对湟水流域水资源可持续利用能力具有重要影响，在今后的管理中应当重点关注。

3" 对策与建议

根据对湟水流域水资源可持续利用能力重点指标的深入分析，提出一系列具有针对性的对策建议：

（1） 强化水资源统一管理和调度机制。湟水流域水资源相对缺乏，各行业用水矛盾十分突出，且部分河段存在水污染问题，用水效率不高，经济社会发展受到了水资源不足的严重制约。湟水流域应严格执行《黄河水量调度条例》和用水总量控制指标，实行最严格的水资源管理制度，按照“三条红线”，遏制水资源浪费，保障生态流量，控制排污总量。

（2） 加大外流域调水量。气候因素是决定流域内水资源量的重要指标，湟水流域各气候因素指标的水资源可持续利用能力水平基本低于综合评价结果，表明湟水流域内缺水严重，仅依靠流域内降水已不能满足流域的水资源可持续发展，因此，需加大引入流域外来水的水资源量以提高流域内的总体水资源可持续利用能力，如加快引大济湟、启动引黄济宁等引水工程，提高流域内可供水量。

（3） 加强节水和非常规水资源利用。湟水流域的人均水资源量和农田灌溉亩均用水量均较低，因此，要最大限度提高流域内水资源的利用效率。加强流域节水型社会建设，基于先节水、后调水的思想，挖掘节水潜力，大力推广农业、工业、生活等各行业节水措施，提高节水宣传力度，强化公民节水意识，全面建立节水型社会。增强流域雨水和洪水资源利用水平，在关键流域和地区建立自动雨量站和洪水预警系统，实时监测降雨情况。加强蓄水设施等水利工程建设，合理调度水资源。设计和建设高效的雨水收集池和泵站等，并定期对设施进行维护和检查，确保其正常运行。

（4） 加大湟水流域地表水质综合整治力度。湟水流域内的水功能区水质达标率较低，后续管理中可以划分水功能区并明确水质目标，制定相应的管理措施。全面推行河长制，定期对水功能区进行水质监测和评估，确保水质达标。此外，在外源控制上，对工业、农业和生活污染源加大排查和治理力度，减少污染物排放。完善排污许可制度，对排放污染物的企业和个人进行加强监管。加强水生态保护，恢复水体的自然净化能力。进行污水处理再生利用，提高水资源利用率。

4" 结 论

（1） 本研究建立了湟水流域水资源可持续利用能力评价体系，引入ELECTRE Ⅲ方法对湟水流域的水资源可持续利用能力状况进行了评价，得到湟水流域水资源可持续利用能力评价等级为Ⅲ级，属于中等可持续利用能力水平。同时采用模糊综合评价方法，也得到相同的结果。ELECTRE Ⅲ方法解决了指标量化不统一的问题，避免了某一方案在某一指标上的得分过高和权重确定的主观性，使得评价结果更具有参考性，因此该方法可以用于水资源可持续能力评价。

（2） 降雨集中程度和农田灌溉亩均用水量是影响湟水流域水资源低可持续利用能力的主要控制因子，其次是多年平均降水量、水功能区水质达标率和人均水资源量，其中干旱指数、缺水率和人均GDP均对湟水流域水资源可持续利用能力状况造成了一定的影响。

（3） 天然水资源短缺和社会经济类因素是造成湟水流域水资源可持续利用能力低的主要原因；湟水流域需要加强流域水资源综合管理、推进流域调水工程（引大济湟、引黄济宁）建设、开展节水和非常规水资源利用、加大地表水体综合整治力度等措施来提高流域内的水资源可持续利用能力水平。

（4） 本文进行的水资源可持续利用能力评价针对的是近年来湟水流域的整体情况，在未来研究中可针对流域内更小区域尺度进行长时序的水资源可持续利用能力评价，以更加客观真实地反映流域内的水资源可持续利用能力状况。

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（编辑：郭甜甜）

Evaluation of sustainable utilization capacity of water resources in Huangshui Basin based on ELECTRE Ⅲ method

FAN Lijuan1，2，LI Ronglan3，GAO Ju3

（1.College of Geographical Science，Qinghai Normal University，Xining 810000，China；

2.Haidong Municipal Water Resources Bureau of Qinghai Province，Haidong 810600，China；

3.College of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100081，China）

Abstract：

The research on sustainable utilization capacity of water resources is of great significance to the sustainable management and development of the water-scarce areas of northwest China.According to the characteristics of Huangshui River Basin，an evaluation index system of sustainable utilization capacity of water resources was constructed from three aspects：climate factor，water resources system and social economy，and ELECTRE Ⅲ model was adopted to evaluate the sustainable utilization capacity of water resources in Huangshui River Basin.The results show that the water resources in Huangshui River Basin are of medium sustainable utilization capacity.Climatic factors and social and economic characteristics are the main factors affecting the sustainable utilization of water resources in the the Basin.In order to improve the sustainable utilization ability of water resources in the basin，this paper puts forward suggestions on strengthening the comprehensive management of water resources in the basin，promoting the water transfer from other basins，strengthening water saving and utilization of unconventional water resources in the basin and strengthening comprehensive improvement of river water environment.The research results can provide a reference for the evaluation of sustainable utilization capacity of water resources and the optimization of water resources management in the water-scarce area.

Key words：

water resources sustainable utilization capacity； ELECTRE Ⅲ

evaluation method; membership degree; climate factor; Huangshui River Basin； water-scarce area