Evaluation of regional water resources carrying capacity based on binary index method and reduction index method

Based on the regional water resources carrying capacity(WRCC)evaluation principles and evaluation index system in the National Technical Outline of Water Resources Carrying Capacity Monitoring and Early Warning(hereafter referred to as the Technical Outline),this paper elaborates on the collection and sorting of the basic data of water resources conditions,water resources development and utilization status,social and economic development in basins,analysis and examination of integrity,consistency,normativeness,and rationality of the basic data,and the necessity of WRCC evaluation.This paper also describes the technique of evaluating the WRCC in prefecture-level cities and city-level administrative divisions in the District of the Taihu Lake Basin,which is composed of the Taihu Lake Basin and the Southeastern River Basin.The evaluation process combines the binary index evaluation method and reduction index evaluation method.The former,recommended by the Technical Outline,uses the total water use and the amount of exploited groundwater as evaluation indices,showing stronger operability,while the latter is developed by simplifying and optimizing the comprehensive index system with greater systematicness and completeness.The mutual validation and adjustment of the results of the above-mentioned two evaluation methods indicate that the WRCC of the District of the Taihu Lake Basin is overloaded in general because some prefecture-level cities and city-level administrative divisions in the Taihu Lake Basin and the Southeastern River Basin are in a severely overloaded state.In order to explain this conclusion,this paper analyzes the causes of WRCC overloading from the aspects of basin water environment,water resources development and utilization,water resources regulation and control ability,water resources utilization efficiency,and water resources management.

Evaluation of water resources carrying capacity of Gonghe basin based on fuzzy comprehensive evaluation method

Gonghe Basin belongs to arid and semi-arid climatic zone, where water resource is relatively scarce and desertification is serious, so it is necessary to find out water resources carrying capacity. By using fuzzy comprehensive evaluation method, the assessment on water resources carrying capacity in Gonghe Basin was conducted: Water resource carrying capacity of Gonghe County is less, while that of Guinan County and Chaka Town of Wulan County are greater; water resources of Gonghe Basin could sustain cultivated land of 652.6 thousand acres and grassland of 2 368.6 thousand acres respectively in 2020, water resources of Gonghe Basin could sustain cultivated land of 948.2 thousand acres and grassland of 2 247.6 thousand acres respectively in 2030.

Assessment on the Water Resources Carrying Capacity in Karst Area Based on the Cosine Vector Included Angle

[Objective] The research aimed to assess the water resources carrying capacity in Guizhou Province based on the cosine vector included angle method. [Method] By using the cosine vector included angle method, the index weight was determined. The projection value of water resources carrying capacity in Guizhou Province was counted by using the multi-objective gray relational projection method. Moreover, the projection value which was counted by the index weight determined by the mean-variance method was as the control. [Result] The projection values which were obtained by two kinds of methods were very close, and the ordering result was consistent. [Conclusion] In the assessment of water resources carrying capacity, it was feasible to use the cosine vector included angle method to determine the index weight.

Research Methods of Water Resources Carrying Capacity: Progress and Prospects

The study of water resources carrying capacity（WRCC）,a major component of resources and environment carrying capacity（RECC）,began relatively recently. However,WRCC has witnessed a rapid development in terms of concept,calculation methods,and empirical research in recent years. WRCC has become an important criterion for rational development and utilization of regional water resources. This paper first briefly reviews the development process of WRCC. It then evaluates and contrasts the representative research methods of conventional trend（CT）,system dynamics（SD）,multi-objective model analysis（MOMA）,comprehensive evaluation（CE）,and dynamic simulation recursive（DSR）. The results show that although there are various methods of WRCC,the major methods used have become out-of-date and stagnant,and new more sophisticated methods and technologies are lacking. Specifically,our analysis found that the index system,scientific robustness and comprehensiveness of evaluation criteria of current research methods are insufficient and need to be improved. In addition,the dynamic research of WRCC should receive more attention,and it requires further study to make it more applicable to real-world uses. Finally,a set of monitoring and early warning systems should be established and applied in demonstration areas to meet the urgent needs of water resource management in the new era.

基于熵权TOPSIS的黄河流域甘肃段水资源承载力评价

为评价黄河流域甘肃段水资源承载力,以黄河流域甘肃段4个二级分区为研究对象,初选20个评价指标,利用信息敏感性和相关性分析法剔除敏感性较低和相关性较高的7个指标,最终确定13个评价指标。从系统角度将指标分为水资源、社会、经济、生态环境4个子系统,利用熵权法与TOPSIS模型结合的方法计算综合得分,并利用障碍因子诊断模型分析4个二级分区的水资源承载力障碍因子。结果表明:空间维度上,黄河流域甘肃段水资源承载力存在空间差异性,龙羊峡以上分区水资源承载力最高,龙羊峡—兰州分区与兰州—河口镇分区水资源承载力次之,龙门—三门峡分区水资源承载力最低;时间维度上,除龙羊峡以上分区外其余3个二级分区水资源承载力均有缓慢上升趋势;人均水资源量、产水模数、人均供水量、人口密度、城镇化率及生态环境用水率是影响黄河流域甘肃段水资源承载力的主要障碍因子,建议优化水资源配置、调整用水结构、促使经济发展与水资源承载力相匹配等,以提升及保持黄河流域甘肃段水资源承载力。

哈尔滨市水资源环境承载能力评价

哈尔滨市是全国主要缺水城市之一.为了合理使用水资源,维持水资源的可持续发展状况,维护社会经济,进行哈尔滨市水资源环境承载能力评价研究显得十分必要.本研究分析了水资源环境承载力主要影响因素,采用隶属度函数确定各单项指标隶属度,结合Delphi法得出评判结果矩阵,并采用数据离散化,提高了此评价方法的表达能力.根据水资源环境承载力评价结果,分析了哈尔滨市水资源环境承载力变化趋势,为以后相关研究提供了依据.

河南省引黄受水区农业水资源安全综合评价

农业水资源安全对粮食安全、生态环境和农村经济发展意义重大。为推动区域农业水资源高效利用和可持续发展,综合考虑不确定性和复杂性因素的影响,采用序关系分析法、熵权法、TOPSIS法,选取水资源禀赋、生态环境和水资源利用3个子系统11个指标,构建评价指标体系,评估2022年河南省引黄受水区14个地级市的农业水资源安全状况。结果表明:14个地级市中除开封市为水资源“不安全”等级以及新乡市、鹤壁市、濮阳市为水资源“一般安全”等级外,其他10个地级市均为水资源“较安全”等级,距离“安全”等级还有一定距离。建议采取提升水质、增加可利用水资源量、调整作物种植结构、提高水资源利用效率、实施最严格水资源管理制度等措施,保障河南省引黄受水区农业水资源安全。

基于组合赋权TOPSIS模型的宿州市水资源承载力评价及障碍因子研究

研究区域水资源承载力是发现和解决区域水资源问题的重要途径。针对皖北平原水资源短缺和水环境污染等问题,以宿州市为例,基于主体框架法构建评价指标体系,采用组合赋权的优劣解距离法对宿州市2012—2021年水资源承载力进行了评价,并引入障碍度模型识别全市水资源承载力提升的障碍因素。结果表明:2012—2021年,宿州市水资源承载力状况呈现波动变化的趋势(临界超载—轻度超载—临界超载),全市水资源供需处于紧平衡状态;人均供水量、万元GPD排放COD量、城市污水处理厂日处理能力是阻碍宿州市水资源承载力提升的主要障碍因子。该评价结果及评价方法合理可靠,可为其他城市水资源承载力评价提供有益参考。

人民胜利渠灌区水资源安全综合评价

基于灌区水资源安全理论,构建水量、用水效率、生态3个准则层,选取水资源总量、每公顷农田灌溉水量、万元工业增加值用水量、生态用水量占比等10个指标,并依据人民胜利渠灌区2015—2020年社会、自然、经济和水资源等相关数据及统计资料,采用熵权法-层次分析法评价模型,对人民胜利渠灌区水资源安全进行综合评价。结果表明:2015年、2016年和2020年人民胜利渠灌区水资源处于基本安全状态,2018年和2019年处于安全状态,2017年处于不安全状态。通过深入辨识分析影响人民胜利渠灌区水资源安全的各项指标,发现提升水资源利用效率、推广节水灌溉技术以及实现水资源供需均衡,是确保人民胜利渠灌区水资源安全的关键。

基于水资源配置的空间均衡度评价方法

为量化水资源配置对空间均衡的提升作用,系统评价水资源配置方案空间均衡度,研究基于水资源配置系统“水源-供水设施-受水区-用水户”的整体结构,从水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡4个方面分别选择了均衡度评价指标,构建水资源配置空间均衡度综合评价指标体系,并提出基于熵权-TOPSIS法的水资源配置空间均衡度评价方法。以昌邑市水资源配置系统为例,设置12种水资源配置方案来探究不同调控措施对水资源配置空间均衡度的影响。结果表明:该方法不仅可以量化不同调控措施对水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡的影响效果,还能够评估配置系统整体的水资源配置空间均衡度,可为水资源配置与空间均衡相关研究提供借鉴。

基于改进TOPSIS模型的山西省水资源承载力与协调发展分析

【目的】为了评估山西省水资源承载力并为未来区域水资源规划与管理提供实际指导,【方法】从水资源、社会、经济、生态四个子系统构建了水资源承载力评价指标体系,利用基于改进组合权重的TOPSIS模型对山西省2011—2020年水资源承载力进行综合评价,并引入改进的耦合协调度模型以准确阐明水资源与经济的耦合协调关系。【结果】结果表明,改进的AHP与反熵权法相结合,可以避免传统AHP中主观因素和熵权法中数据随机性造成的偏差,从而准确估计水资源承载力。评价年份内,山西省水资源承载力逐年提升,总体呈增大趋势。此外,山西省水资源与经济系统间耦合协调程度得到改善,但总体仍处于较低的协调状态,且改进耦合协调度结果能更客观与动态反映水资源与经济子系统之间的耦合协调类型。【结论】2011—2020年山西省水资源承载力呈总体上升趋势但仍有较大提升空间,其中水资源与经济发展之间仍存在局部不协调问题,应进一步优化区域经济产业结构,改善水资源配置,统筹各系统协调发展以综合提升区域未来水资源承载力。

黄河沿线九省区水资源承载力评价及时空变化特征

评估水资源与社会经济、生态环境之间的协调性可为黄河水资源利用和管理提供指导。通过构建基于水资源、社会经济和生态环境3个子系统的水资源承载力评价指标体系,采用VIKOR法对黄河沿线九省区2008~2021年水资源承载力进行评价,并引入Mantel检验法分析了水资源承载力类型及其影响因素。结果表明:黄河沿线九省区水资源承载力在2008~2021年呈现持续提升趋势,且随着社会经济发展和生态环境保护的加强,水资源承载力水平在2015年后显著提升;水资源承载力整体上呈现西部强、东部次之、中部弱的空间格局,其中青海最强,宁夏最弱。各省区水资源承载力类型各不相同,青海、甘肃和陕西属于水资源禀赋型,宁夏和内蒙古属于水资源-社会经济型,四川、山西、河南和山东属于综合型。水资源禀赋是黄河沿线九省区水资源承载力的本底,且产水模数、人均水资源量、降雨深是水资源子系统的主控因子,但对社会经济和生态环境子系统依赖度高,需在产业升级、用水效率提高和生态环境保护等方面加强。

基于代谢理论的城市群水资源承载力综合评价

【目的】随着中国城市群的可持续发展,水资源短缺和时空分布不均等问题日益突出,水资源承载力对城市群的可持续发展具有重要的理论和现实意义【方法】基于区域水资源代谢理论,构建综合考虑区域水资源特征、社会经济系统特征和可持续发展原则的评价指标体系,采用TOPSIS计算了2019年京津冀城市群(BTHUA)的水资源承载力(WRCC)指数。在综合分析区域水资源现状的基础上,提出了提高区域水资源承载力的建议。【结果】结果显示:2019年BTHUA的整体承载能力指数并不高,北京市(0.5612)、天津市(0.5306)和唐山市(0.4075)评分较高,WRCC处于中等水平,仍有进一步发展的潜力。石家庄市(0.3843)、秦皇岛市(0.3165)、衡水市(0.2952)、承德市(0.2935)和邢台市(0.2674)评分中等,WRCC达到了临界值,并且发展潜力有限。而廊坊市(0.2214)、邯郸市(0.2188)、张家口市(0.2115)、保定市(0.2086)、沧州市(0.2026)评分偏低,WRCC达到上限,进一步发展的潜力非常有限。【结论】根据物质流分析,(1)水资源系统上,京津冀地区整体水资源生产能力不容乐观,水资源开发潜力不足;(2)社会经济上,BTHUA社会规模已经超过了水资源的承载能力,未来还将继续扩大;(3)生态系统上,除北京、天津、秦皇岛市,其余城市生态用水占比皆达不到标准。该研究考虑整个用水系统,可以得到比其他方法更全面、更准确的水资源承载力状况,可以为制定科学、可持续的水资源发展战略提供参考,并提供水资源利用政策和未来社会经济发展的建议。

京津冀城市群虚拟水流动格局变化对区域水资源压力的影响

【目的】合理的虚拟水调动是缓解水压力的重要途径,尤其在人口聚集的城市群地区,用水需求激增导致区域缺水问题严重。城市群内部不同地区间的紧密关联有助于促进虚拟水贸易,对优化城市群水资源配置、缓解水资源压力具有重要意义。【方法】采用多区域投入产出法,解析极端缺水的京津冀城市群内外间及其内部的虚拟水流动格局与变化,并揭示其对缓解区域水压力的作用。【结果】结果表明:(1)2012—2017年京津冀城市群与外部地区的虚拟水贸易量先增加后减少,而城市群内部虚拟水自给量却先减少后增加,2015年后京津冀内部虚拟水贸易增强;(2)京津冀城市群内部虚拟水流动格局呈现明显的时空异质性,虚拟水主要由经济相对欠发达的周边城市流入经济相对发达的中心城市(北京市、天津市、石家庄市和廊坊市),且随时间的推移,流动强度和向中心城市的集中程度均不断加强;(3)虚拟水流动明显缓解了京津冀中心城市的水资源压力,其实际水压力指数比虚拟水流动后的假定水压力指数年均下降12.12%,且下降程度逐年增加,但却加重了周边城市的水资源压力。【结论】京津冀城市群虚拟水流动有效缓解了中心城市的缺水压力,但不同城市的产业结构调整、虚拟水流动格局优化仍有很大提升空间。

熵权法和TOPSIS模型协同下的黄河流域(甘肃段)水资源承载力时空变化分析

本文基于2009、2012、2015、2018、2021年统计、国土调查和影像数据,采用熵权法和TOPSIS模型协同分析黄河流域(甘肃段)57个县级行政区的水资源承载力水平。结果表明:(1)2009—2021年,黄河流域(甘肃段)水资源子系统、社会经济子系统和生态环境子系统等级低和较低的县级行政区数量明显减少,等级高和较高的数量增加;(2)黄河流域(甘肃段)水资源承载力为不理想的区域集中位于陇中及陇东,水资源承载力为中等理想、较理想和理想的区域集中在玛曲、碌曲、卓尼及夏河县等甘南高原区域;(3)研究时期内,黄河流域(甘肃段)大部分区域水资源承载力为稳定或提高,这也反映了近20年环境治理成效显著,水源涵养能力与水资源综合利用效率稳步提升。

基于分层需水的水资源均衡配置研究

水资源配置是缓解区域水资源供需矛盾、均衡水与发展的关键措施。根据新时期水资源精细化管理的有关要求,以农业、工业、生活、生态用水户为对象,基于分层需水相关理论和已有成果,提出了刚性需水、弹性需水的计算方法;综合考虑社会、经济、环境效益,构建了面向分层需水的水资源优化配置模型,采用NSGA-Ⅲ算法与EMW-TOPSIS法求解得到4种效益配置方案;以用水基尼系数表征配置单元间、用水户间的用水公平性,对非劣解集内配置方案的用水公平性进行评价,筛选出兼顾用水公平和效益的均衡配置方案;最后以宁夏回族自治区为典型研究区,进行案例应用。结果表明:均衡配置方案下,2025年宁夏全区总缺水量为10.74×10^(8)m^(3),经济效益为2182.6×10^(8)元,污染物排放量为162.78 t,该方案对应的全区用水基尼系数为0.98,配置单元间、不同用水户间用水公平性较高;与现状年相比,均衡配置方案对应的全区地下水开采量减少了0.91×10^(8)m^(3),降幅超过16.1%,地下水供水量占总供水量比例下降1.3%,进一步优化了自治区供水结构。本研究提出的水资源均衡配置思路与方法可为水资源短缺地区均衡配置提供借鉴,也可为新时期落实水资源刚性约束制度提供技术支撑。

基于DPSIR模型的中国粮食主产区土地资源承载力评价研究

科学评价粮食主产区土地资源承载力,为粮食主产区土地资源可持续利用、保障国家粮食安全提供科学依据。选取粮食主产区的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、山东、江苏、安徽、江西、湖北、湖南和四川13个省(区)为研究对象,基于驱动力-压力-状态-影响-响应(driver-pressure-state-impact-response,DPSIR)模型构建土地资源承载力评价指标体系,并利用层次分析法和熵值法确定评价指标综合权重,分析2000‒2020年粮食主产区土地资源承载力各子系统发展状况,评价土地资源承载力水平和等级。结果表明:2000‒2020年粮食主产区土地资源承载力子系统中,除压力子系统水平呈先下降后上升态势外,驱动力、状态、影响和响应子系统水平均呈增长态势,年均增速依次为5.78%、2.71%、3.79%和5.25%。2000‒2020年粮食主产区土地资源承载力平均水平呈增长态势,以2.76%的年均速度由2000年的0.2247增长至2020年的0.3873,增长72.36%。江西、黑龙江、湖北、河南、河北、四川、湖南和山东土地资源承载力水平年均增速超过粮食主产区平均水平。2000‒2020年,黑龙江、辽宁、江西和湖北土地资源承载力水平持续提高,而安徽持续降低;吉林、内蒙古、山东和湖南则波动较大;河北、河南、江苏和四川基本长期不变。粮食主产区土地资源承载力分布存在较大差异。2020年,辽宁和河南土地资源处于弱承载力状态;山东和安徽土地资源处于低承载力状态;黑龙江、吉林和江西土地资源处于中承载力状态;内蒙古、河北、湖北和湖南土地资源处于高承载力状态;江苏和四川土地资源处于强承载力状态。社会经济发展和土地资源利用与保护政策是影响粮食主产区土地资源承载力的主要原因。

基于知识图谱的水资源承载力评价指标体系构建方法研究

为了解决水资源承载力影响因素的复杂性问题,引入知识图谱技术,以海量研究成果作为数据源,通过知识抽取建立指标实体集合、耦合熵值和变差系数增强指标的代表性、基于最大信息系数的知识合并减少指标的交叉和重复、运用灰色关联的知识推理遴选关键指标,最后基于专家咨询形成高质量知识并应用Neo4j图数据库对实体、关系、属性等指标知识进行存储与服务。这种基于知识图谱所构建的指标体系不仅知识性强,而且系统全面,较好地解决了水资源承载力影响因素复杂性建模问题,为水资源承载力评价指标体系构建提供了一种新方法。

基于博弈论组合赋权的云南省水资源承载力评价

水资源承载力是指一个区域或国家所能提供的可持续利用的水资源量,它直接关系到社会经济的可持续发展和生态环境的健康,也是衡量特定区域水资源供需平衡能力的重要指标。本文将对云南省水资源承载力进行分析评价,首先运用博弈论组合赋权法,结合专家打分的层次分析法和客观分析原始数据的熵权法及变异系数法,得出综合权重;然后采用灰色关联度改进的逼近理想解的排序方法(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)及耦合协调分析法,综合得出云南省在2008~2020年间水资源承载力的变化情况并做出评价。结果表明,2008~2020年水资源承载力总体呈上升趋势,其中,经济子系统和社会子系统的承载力始终保持持续上升的状态,而水资源子系统和生态环境子系统则出现波动情况。2008~2014年,云南省为大力发展经济,牺牲了一定的水资源合理开发利用,但在2014年后,开始注重水资源保护,实施绿色可持续发展战略,水资源子系统的承载力逐步提升。

基于熵权TOPSIS模型的黑龙江省水资源承载力评价研究

水资源是社会和经济发展的生命线,研究水资源承载力对地区可持续发展具有重要的现实意义。该文选取水资源、社会、经济和生态环境系统评价指标,基于熵权TOPSIS模型对黑龙江省12市2013—2020年的水资源承载力进行评价。结果显示,黑龙江省水资源承载力呈上升趋势,但维持在低级水平;区域中,哈尔滨、齐齐哈尔、大庆及牡丹江水资源承载力水平较高;子系统中,水资源子系统的贡献度大,地区间子系统水资源承载力呈现差异性。