上海市水资源承载力的评价分析_地理信息系统(gis)

'上海市水资源承载力的评价分析_地理信息系统(GIS)论文导读:：随着上海市房价每天突破性的上涨。上海市水资源承载力的评价分析。论文关键词：水资源承载力，多级综合评价模型，地理信息系统(GIS)，上海市　　1.引言　　水资源是人类社会不可替代的重要资源。随着水资源短缺形势的日益严峻,时空分布不均匀,人口、生产力、资源的匹配状况不理想、生态与环境相对脆弱,以及在区域水资源的开发利用中存在种种问题，使得区域可持续发展在很大程度上取决于水资源的可持续开发利用。只要对水资源的开发利用不超过其承载能力和环境容量,水资源就可以持续利用[1]中国学术期刊网。因此水资源承载力的研究十分必要,有重大的现实意义。　　目前，影响区域自然资源承载力的因素是多方面的,而且具有模糊性和层次性.常用于自然资源承载力评价的方法有:单因素评价法、背景分析法、多因素模糊综合评判法、多目标规划方法、多目标决策分析法等[2-3]。其中模糊综合评判方法已被应用于水资源和土地资源的承载能力评价。但已有文献中自然资源承载能力评价所使用的综合评判方法没有考虑到影响因素的层次性，将不同类型、不同层次的因子罗列在一起所给出的权重结果不能反映实际情况。因此地理信息系统(GIS)，本文采用了水资源承载力的多级综合评价模型，该模型不仅考虑了影响因素的模糊性还考虑了其多层次性[4]。同时，将GIS空间数据的分析和存储功能应用于水资源评价中，利用GIS的可视化功能将评价结果表现在图形上，取得了良好的效果。　　本文建立了基于GIS技术的多级综合评价模型，以上海市为例，分析了其2008年各个区县的水资源承载力空间变化情况，为上海市水资源的合理利用及区域之间协调发展提供一定的参考价值中国学术期刊网。　　2.上海市概况　　上海现辖18个区，全市总面积为6430.5km2地理信息系统(GIS)，是长江三角洲冲积平原的一部分，平均高度为海拔4m左右，陆地地势总趋势是由东向西低微倾斜。全市水资源总量指逐年可以利用和更新的水量约610.5亿m3[5]，多年平均降水量约为1043～1513mm[6] 。　　上海作为中国重要的经济和科技中心，受到水质型水资源短缺的严重挑战[7]，另外，随着近年来工农业迅速发展，水资源大量开采利用、浪费以及污染，导致水资源已不能满足全市经济建设和人民生活的需要。为了保证上海市经济的可持续发展和人民生活水平的不断提高地理信息系统(GIS)，对上海市水资源承载力进行研究，提出切实可行的措施是十分必要的。　　3.水资源承载力评价模型的建立　　区域水资源承载力是指在一定时期，某区域在一定的社会经济发展水平下，在维持水资源系统本身完整性和满足生态系统可持续发展对水资源的需求条件下，以保证水资源对社会、经济、人口等方面的支撑为持续增长的前提下，最大可利用水资源对区域社会发展的支撑能力[4]。　　3.1评价指标的确定　　根据水资源承载能力评价指标的选择遵循可测性、可靠性及充分性原则，在前人研究的基础上[2-5]，充分考虑上海市水资源开发利用特点和资料的可获取性基础上，以2008年的指标数据为评价标准。最终确定水资源承载力评价指标体系由1个总目标层地理信息系统(GIS)，3个准则层，8项评价指标组成，具体评价指标体系如表1所示，各区的评价指标值来源于《上海统计年鉴2009》和《2009年上海市水资源公报》中国学术期刊网。　　表1评价指标体系　　Table1Evaluationindexsystem　　目标层准则层因素层上海市水资 源承载力评价经济因素(v1)u11：人均GDP(元)u12：三产比重(%)u13：人口密度(人/平方公里)生态环境因素(v2)u21：绿化覆盖率(%)u22：污水处理能力(万m3/d)水资源因素(v3) u31：火电工业用水量(万m3/年)u32：原水工程人均水资源量(m3/人)u33：水厂供应能力(万m3/d)3.2评价模型的建立　　设有m个影响因素，得到影响因素集合为：V={v1，v2，…vm}，而vi又有n个影响因素，再进行划分地理信息系统(GIS)，则vi={ui1，ui2，…uin}，依次类推，可以根据需要继续下去。本文将评价指标划分了两层，采用多目标线性加权函数法，二级综合评判模型的数学表达如下[3、7]：　　　　（1）　　式中：D——一级和二级综合评分值　　W——一级影响因子和二级影响因子的权重　　Uij——二级影响因子　　Vij—— 一级影响因子　　3.3评价指标的标准化处理　　在区域水资源可持续利用综合评价的指标体系中，一是对可持续利用起正作用的指标，如年降水量、人均GDP、原水工程供水模数等；二是对可持续利用起负作用的指标地理信息系统(GIS)，如万元GDP用水量、万元工业增加值用水量等，这种指标越小越好，因此应采取不同无量纲化方法[4、9]。　　对可持续发展起正作用的指标，其无量纲化方法如下：（2）　　对可持续利用起负作用的指标,其无量纲化方法为：（3）　　式中　Zij—指标的无量纲值且0≤Zij≤1；ujmax、ujmin—指标的最大值、最小值。　　因此，根据上述公式可以计算出各区评价指标的标准化值及经济、环境、水资源D值，见表2。　　表2各区县评价指标的标准化值及各区县经济、环境、水资源D值　　Table2ThevalueofStandardizedevaluationofalldistrictsandcountiesandthevalueDofeconomy,environment,waterresourceofalldistrictsandcounties　　地区人均GDP三产比重人口密度各区经济D值 绿化覆盖率污水处理能力各区生态环境D值火电工业用水量原水工程人均水资源量水厂供应能力各区水资源D值浦东新区0.8230.401 0.8790.66770.7611.0000.87160.0000.4291.0000.4025黄浦区1.000 0.9660.0000.65080.0000.8090.37481.0000.4290.1610.6013 卢湾区0.7391.0000.2180.67200.1020.0390.07281.0000.4290.010 0.5591徐汇区0.5620.7890.5950.66670.2950.0380.17591.0000.429 0.4150.6720长宁区0.4640.9070.6060.69470.4170.0160.2316 1.0000.4290.2350.6219静安区0.8720.9440.2240.68450.0910.035 0.06511.0000.4290.0000.5565普陀区0.4280.7730.5510.61130.198 0.0100.11131.0000.4290.1660.6026闸北区0.2710.7940.419 0.53680.1500.0890.12171.0000.4290.0670.5752虹口区0.705 0.8700.2370.61650.1490.0100.08461.0000.4290.0780.5781杨浦区 0.3630.2250.5540.37000.1490.0000.08020.8600.4290.1970.5506 宝山区0.5660.0490.8920.46170.6510.1750.43070.0040.429 0.2580.1982闵行区0.4150.0180.9000.41330.8800.0230.48280.230 0.1210.4400.2568嘉定区0.4270.0390.9610.44570.8050.089 0.47321.0000.2950.1600.5620金山区0.2770.0610.9880.42590.598 0.1310.38171.0000.0000.1510.4739松江区0.4770.0000.972 0.44590.7070.1340.44211.0000.1290.1740.5176青浦区0.3990.126 0.9860.48280.8130.0820.47441.0000.1450.1510.5158奉贤区 0.2640.0280.9860.40831.0000.0800.57420.9930.2030.1510.5295 崇明县0.0000.1341.0000.39050.5320.0140.29200.9521.0000.086 0.7253注：原水工程年供水量和自来水厂到各区供应量均按人口所占比重计算　　3.4评价指标权重的确定　　本文采用均方差决策综合分析方法来确定指标权重。该方法的基本思路是：以各评价指标为随机变量，各方案在指标的无量纲化的属性值为该随机变量的取值，首先求出这些随机变量的均方差，将这些均方差归一化地理信息系统(GIS)，其结果即为各指标的权重系数[9]，该方法的计算步骤为：　　（1）求随机变量的均值E()　　（4）　　（2）求的均方差　　（5）　　（3）求指标的权重系数　　（6）　　因此，根据上述公式可以计算出各项评价指标的权重系数，见表3。　　表3各评价指标的权重系数计算表　　Table3Theweightofeveryevaluationindexcalculatingcoefficienttable　　 评价指标v1v2v3u11u12u13u21u22u31 u32u33一级权重0.4140.3080.278二级权重0.2520.4130.335 0.5370.4630.4320.290.2783.5综合评价分级值　　本文参照前人研究的基础上，将综合评价分为三个等级D=[D1，D2，D3]，其中D1表示该区仍有较大的承载能力：D3表示水资源的承载能力己接近饱和值，进一步开发利用的潜力较小；D2介于D1和D3之间地理信息系统(GIS)，表示该区水资源开发利用已有相当规模，但仍有一定的开发潜力中国学术期刊网。具体分级值见表4所示。　　　　表4综合评价分级值　　Table4Comprehensiveevaluationclassificationvalue　　 评价等级D1D2D3分级值0.90.50.13.6上海市各区水资源承载力评价　　根据以上计算数据和评价模型计算公式（1），计算所得到的各区评价结果如表5所示。　　表5上海市各区县水资源承载力综合评价计算成果表　　Table6Comprehensiveevaluationofthewaterresourcescarryingcapacitycalculationresultstableofalldistrictsandcountiesof Shanghai　　地区经济因素生态因素水资源因素综合评价D浦东新区0.9171.0000.388 0.795黄浦区0.8650.3840.7650.689卢湾区0.9300.0100.685 0.578徐汇区0.9140.1370.8990.671长宁区1.0000.2060.804 0.701静安区0.9690.0000.6800.590普陀区0.7430.0570.767 0.539闸北区0.5140.0700.7150.433虹口区0.7590.0240.721 0.522杨浦区0.0000.0190.6690.192宝山区0.2820.4530.000 0.257闵行区0.1330.5180.1110.246嘉定区0.2330.5060.690 0.444金山区0.1720.3930.5230.338松江区0.2340.4670.606 0.409青浦区0.3470.5080.6030.468奉贤区0.1180.6310.628 0.418崇明县0.0630.2811.0000.391从表5中可以看出：上海市18个区县中，浦东新区、长宁区和黄浦区评分偏高，分别为0.795、0.701和0.689,说明这些区还具有较大的承载潜力；虹口区和普陀区评分为0.522和0.539 ,说明此时水资源开发利用已有相当规模，但仍有一定的开发潜力；宝山区、闵行区和杨浦区评分偏低，为0.257、0.246和0.192，说明进一步开发利用的潜力较小。以上分析结果可能由于少部分统计数据有误，出现个别区域有误差现象地理信息系统(GIS)，但可看出，在2008年现有经济技术条件下，上海市大部分区域水资源仍有一定的开发利用潜力,水资源开发利用距其开发容量还有一段距离。　　4.可视化处理　　可视化处理是地理信息系统(GIS)技术的重要功能之一，本文将GIS的该项功能应用在承载力评价上，进行水资源的可持续性研究。首先将承载力评价的各项评价指标以及评价结果利用ACCESS建立数据库，然后经过GIS软件转化成Geodebase格式，最后，GIS直接调用承载力评价的各项数据库，进行地理数据的可视化处理、显示。利用该功能可以把上海市各区县的3大影响因素和承载力评价结果充分、形象地表现在地图上地理信息系统(GIS)，使得各个区县的不同水资源承载能力在空间上得以直观的体现，见图1和2中国学术期刊网。　　　　图1各区县影响因素对比图图2各区县水资源承载力分级图　　Fig.1alldistrictsinfluencingfactorscontrastchartFig.2alldistrictswaterresourcessupportingcapacitygraduationchart　　5.结论　　通过对上海市水资源承载力的综合评价研究，三产比重、绿化覆盖率、污水处理能力以及火电工业用水量这些评价因子所占权重较大，它们对水资源的可持续利用具有显著影响。因此，有关部门应注意对这些指标的规划和管理；在选取评价模型时，综合考虑了水资源承载力影响因素的模糊性和层次性，也结合当地特点综合考虑了人口、经济、生态环境等各方面的因素，考虑到个别统计数据有误外，评价结果比较接近实际。结果显示，上海市水资源进一步开发利用潜力最小的为杨浦区；仍有一定开发利用潜力的为虹口区和普陀区；开发利用潜力最大为浦东新区。大部分区域水资源承载力呈开发利用潜力较高趋势。这与上海市水资源实际开发利用程度[10]基本吻合；根据上海市水资源承载力综合评价结果，建议各区根据其各指标的贡献率不同，因地制宜地通过技术手段、经济手段、管理体制相结合的方法，来预防水资源短缺的问题，提高水资源承载力，促进水资源的可持续利用。参考文献：[1]陈家琦，王浩，杨小柳等．水资源学[M]．北京：科学出版社，2003．[2]姚治君，王建华，江东．区域水资源承载力的研究进展及理论探析[J]．水科学进展，2002，13(1)：111-115．[3]刘强，陈进，黄薇等．水资源承载力研究[J]．中国水利，2003(5)：15-18．[4]陈淑奎，王荣鲁，王启胜等．青岛市水资源承载力预测评价研究[J]．青岛理工大学学报，2007，28(6) 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