第52卷第1期2021年1月
Vol.52，No.1
Jan.，2021人民长江
Yangtze River
文章编号：1001-4179（2021）01-0076-07
鲁晓1，董增川1，任华2，臧冬伟3，朱振业4，陈兩菲1
（1.河海大学水文水资源学院，江苏南京210098； 2.江苏省水文水资源勘测局盐城分局，江苏盐城
224000； 3.盐城市节约用水办公室，江苏盐城224001； 4.杭州西湖城市建设投资集团有限公司浙江省
杭州市西湖区“五水共治”领导小组办公室，浙江杭州310012）
摘要：为了明确盐城市水资源承载状态，选取协调发展度作为水资源承载状态的表征指标，采用基于博弈论的
组合赋权法确定权重，对盐城市2008〜2017年的水资源承载状态进行评价，并对障碍因子进行了分析。研究
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结果表明：①盐城市水资源承载状态整体呈好转趋势，等级由“差”发展为“中”，其中,2012年协调发展度最
低，为0.296；2015年协调发展度最高，达到0.721。②主要障碍因子为水功能区水质达标率、建成区植被覆盖
率、污水集中处理率、人均GDP和生态用水占比，分析可知，水质相关指标障碍度较大，经济社会用水指标的障
碍度较小且呈降低趋势。基于评价分析结果，对盐城市的截污限排、加强绿化以及改善水资源的承载状态提出
了相应的整改建议和措施。
关键词：水资源承载状态；协调发展度；障碍因子；博弈论；盐城市
中图法分类号：TV213文献标志码：A DOI：10.16232/jki.1001-4179.2021.01.013
1研究背景
江苏省盐城市位于我国东部沿海地区，降雨时空分布不均且变幅大，又处于流域下游供水末梢，水污染问题严重。因此存在着资源型缺水和水质型缺水的问题，导致盐城市水资源供需矛盾突出，这些都严重制约了经济社会的发展。为了实现可持续发展，需要明确盐城市水资源承载力在社会经济发展中存在的问题，有针对性地进行水资源分配与管理，为此对盐城市水资源承载状态进行评价并做归因分析显得尤为重要。
针对水资源承载状态，学者们已经开展了大量的研究工作，且取得了一定的成果。开展水资源承载状态的研究一般采用综合评价法［1］，其基本思路是通过选定的指标体系与评价标准，确定权重并选用评价方法进行计算，以评价水资源承载状态的优劣。就赋权方法而言，主要采用主观赋权法［2-3］和客观赋权法［4-5］。主观赋权法是根据决策者主观上对各属性的重视程度而赋权的一类方法，比如层次分析法、德尔菲法等；客观赋权法是根据决策问题本身所包含的数据信息而确定权重的一类方法，比如熵权法、主成分分析法等［6］o然而，主观赋权法和客观赋权法都存在一定的片面性，主观赋权法的主观随意性较强，客观赋权法无法体现决策者对属性的偏好。为了既能体现决策者的偏好又不至于主观性过强，部分学者提出将组合赋权法应用到评价中。其中，陈晓雨婧等［7］采用简单平
均的组合赋权法对甘肃省资源环境承载力进行了评价；李红等［8］采用加权法确定组合权重，对四川省水资源紧缺度进行评价。组合赋权法综合了这两类赋权方法的优点，但目前组合系数的确定方法比较简单，缺少足够的科学依据。本文将博弈论的概念引入到组合赋权中，采用NASH均衡作为协调的目标进行组合权重的分配，更科学地协调了主观赋权权重和客观赋权
收稿日期：2020-04-16
基金项目：江苏省水利科技重点项目（2016003）
作者简介：鲁晓，女，硕士研究生，研究方向为水资源规划与管理。E-mail：hhulux@163
通讯作者：董增川，男，教授，主要从事水资源规划与管理方面的研究工作。E-mail:zcdong@hhu.edu
第1期鲁晓，等：盐城市水资源承载状态变化趋势及障碍因子分析77
权重之间竞争与协同的关系[9]°在此基础上，对盐城市2008~2017年的水资源承载状态做了系统的评价并对障碍因子进行了分析；同时根据分析结果，提出了改善水资源承载状态的相应建议，希望对盐城市未来的水资源管理工作有所帮助°
2盐城市概况
盐城市位于江苏省中部，淮河入海尾闾、黄海之滨，是江苏省省辖市中面积最大的市，总面积达16972 km2，沿海滩涂面积4553km2°盐城市处于北亚热带气候向南暖温带气候的过渡地带，有明显的海洋性暖湿季风，降雨时空分布不均，多年平均降水量为1016.6mm，多年平均地表水资源量为45.47亿m3，多年平均浅层地下水资源量为21.56亿m3[10]°过境水量丰富，但由于该地区以平原为主，调蓄性湖泊、水库少，调蓄能力差，致命过境水的利用难度大°
3水资源承载状态评价及障碍因子诊断方法3.1水资源承载状态评价方法
3.1.1水资源承载状态定义
综合学者们的研究成果，本文将水资源承载状态定义为：在某一特定的区域，在特定的社会经济规模下，区域内水资源系统、社会经济系统和生态环境系统的总体状况°水资源承载状态的核心内涵为可持续发展内涵，体现为拒绝以破坏生态环境、牺牲未来用水为代价发展社会经济，保证资源的可持续利用，即要求水资源系统、社会经济系统和生态环境系统协调发展°3.1.2评价指标的确定
本文选用协调发展度[11]来表征水资源承载状态°区域水资源系统、社会经济系统和生态环境系统的发展程度及其协调关系决定了该区域的水资源承载状态，协调发展度正是反映发展协调关系的指标，因此承载状态的优劣可以由协调发展度的大小表征°为了满足协调发展度计算的需要，并同时考虑3个系统的相互关联和影响，本文从承载主体和承载客体的角度出发构建综合评价体系，遵循全面性、精练
性和可操作性的原则选取评价指标，具体的指标及其含义列于表1°3.1.3基于博弈论的组合赋权法确定权重
博弈论主要研究激励结构间的相互作用，是研究具有竞争性质现象的数学理论和方法°在博弈论中，博弈双方为寻求利益最大化，需要寻一致和妥协°基于博弈论的组合赋权法的基本思想，就是在不同的权重之间寻一致和妥协，本文引入了NASH均衡概念作为协调的目标，即极小化可能的权重跟各个基本权重之间的各自偏差，分析两种赋权方法之间相互竞争又协调一致的关系[9，12]°赋权步骤为：指标归一化一主客观赋权一组合赋权，赋权流程如图1所示°
表1水资源承载状态评价指标体系
Tab.1Evaluation index system of water resources carrying status 目标层准则层指标层指标单位指标表征意义
协调发展度承载主体水资源B1单位面积水资源量C1万m3/km2水资源条件
水功能区水质达标率C2%水环境质量承载客体社会经济B2人均综合用水量C3m3社会用水水平
万元GDP用水C4m3/万元经济用水水平
污水集中处理率C5%截污限排水平
人均GDP C6万元区域经济水平
人口密度C7人/km2区域社会规模
生态环境b3建成区植被覆盖率C8%生态环境质量
生态用水占比C9%生态保护状况
图1赋权流程示意
Fig.1Empowerment flow chart
(1)指标归一化°所选评价指标因为量纲不同需要进行标准化处理，具体公式如下°
正向指标：
P j
Xy-min(
(1)
max(%ij.)-min(%ij.)
逆向指标：
P j
max(%ij.)-X j
(2)
max(Xq)-min(xj
式中:%和心分别为j个标准化方案中第i个指标的原始值和标准化值；max(%i7)和min(分别为j个待标准化方案中第i个指标的最大值和最小值°
(2)主客观赋权°确定指标权重的单一赋权方法主要有2类，即主观赋权法和客观赋权法°本文主观赋权法选用层次分析法，客观赋权法选用熵权法，对承载主体和承载客体分别进行赋权°层次分析法通过专家打分构造决策矩阵，
可以把决策规划过程中定性分
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析与定量分析有机地结合起来［13］，具体步骤见参考文 献［14］。熵权法是对当前的样本数据进行统计计算， 根据信息论的基本原理确定指标权重，权重仅与当前
样本数据相关，避免了主观因素带来的偏差，具体步骤 见参考文献［15］。
(3)组合赋权。设基本权重向量集u k = ( u 1 , u k 2 ,…，u k ”)，线性组合系数a = ( a 1 , ,…，a L )，其中
n 为指标数量,L 为赋权方法数量，本文L =2，具体赋
权步骤如下:
一致性检验。 为了避免不同方法求得的权重完全 相背，组合赋权前需要先进行一致性检验。当L =2 时，主、客观赋权法的一致性程度适合用 Spearman 等
级相关系数或距离函数来刻画；当L >2时，可用非参 数Kendall 协和系数检验法来检验⑷。
将上述向量进行任意的线性组合，即
L
u 二 丫 a k
u
T
，k 二 1,2,…,L (3)
k = 1
确定目标函数，以u 与各个u k 的离差极小化为目
标:
(2) 发展度计算:
T = af (x )+ bg (y )
(10)
式中：T 为系统综合发展度;a 、b 均为权重系数，一般
分别取0. 7和0. 3o
(3) 协调度计算:
C
= (1 - f K
f
( x ) + g ( y )
f ( x )
g ( y )
(11)(12)
式中：C 表示承载主体和承载客体之间协调度;C fg 表
示离差系数 G 越小，系统间协调性越高;K 为调节系
数，一般取2 ~5o
(4)协调发展度计算：
D = CT (13)
式中：D 为协调发展度，值越大表示协调发展水平越
高，表征整个系统可持续发展性更强。
3. 2障碍因子诊断方法
L
min II
工
a k
珠海金沙滩要门票吗u : - u k L ，k = 1,2，…，L (4)
k = 1
解优化组合系数a k ，根据矩阵微分性质，式(4)最优化的一阶导数条件如下:
T u 、u l
T
u 2 u L
a 1
a 2T
u u
T u 2 u 2
为了深入探究盐城市水资源承载状态变化的原 因，有针对性地改善区域水资源承载状态，有必要对 各项指标的障碍作用大小进行评估，以识别出影响
水资源承载状态的主要障碍因子。本文分别对承载
主体和承载客体进行了障碍因子诊断，具体步骤
如下。
(5)
(1)归一化。进行障碍因子分析时，指标归一化
u l u ；
u L u 2T
T
u L u L 」L
a 」T
u L u L
」
根据标准进行，其中，指标值达到等级I 时，指标值为
优，令值为1；指标值等级为m 时，指标值为劣，令值为
将优化组合系数归一化:
a k
a k
匕k
k = 1
(6)0，具体公式如下。
正向指标:
「0
求组合赋权：
L
* *
u = Z
a k
k = 1
3. 1. 4 协调发展度计算
(1) 发展指数计算:
,k = 1 ,2,…,L
(7)
j k 2
k 1
- k 2
1
1
逆向指标：
「0
x -- < kr ij i 2
k i 2 < x -- < k n
(14)
x -- > k -}
- -1
p ij
k 2
- x j
k 2 - k 1
(8)
1
1
g (y )=
工
u j
P j
j =1
式中：f (x ) ,g (y )分别指承载主体发展指数、承载客体 发展指数;p，們分别指经过归一化后承载主体和承载
客体的指标值；u ，宀分别指承载主体和承载客体指标 的权重q 分别指承载主体和承载客体选取的指标
数量。
;p ,q (9)
式中:k 1为第i 个指标的I x ij > k i ij i 2
k -1 < x -j < k -2
(15)
x ij < k i
-n 级分界线标准值；k -2为
第-个指标的n -m 级分界线标准值
(2)计算指标偏离度S -，即与水资源承载状态目
标的差距:
S-
= 1 - p 、j (16)
(3)计算因子贡献度T ，即单项指标对总体目标
的影响程度
:
第1期鲁晓，等：盐城市水资源承载状态变化趋势及障碍因子分析79
T-=u:(17)
式中：u*为组合赋权法计算得到的第-项指标的权重
系数。
(4)计算障碍度P,，即对水资源承载状态的影响度:
S j T
P tj=J'x100%(18)
J I S-T
i=1
式中：n为指标体系所选的指标个数。
4盐城市水资源承载状态评价
4.1数据来源与指标值的获取
盐城市各年份指标值(见表2)和盐城市水资源承
载状态评价的指标标准值(见表3)主要通过查阅盐城
市2008~2017年的水资源公报，江苏省2008-2017
年的统计年鉴，江苏省水利相关规划、环境保护和生态
建设规划、经济和社会发展纲要等文件，并且参考了平
均值后确定的。
表2盐城市2008-2017年各年份指标值
Tab.2Index values of Yancheng City from2008to2017
年份
(万m3■km
C2
2)%
C3/C4/
m3(m3■万元一
W
)%万元(人-km-2)
C8C9
%%
200818.2282.569235080.8 1.98478390.80 200929.7160.771928580.4 2.56479390.74 201031.4864.969024182.0 3.16481390.77 201144.5158.768120283.3 3.82484400.41 201229.2057.664717085.4 4.32425400.42 201315.9767.064915486.0 4.82425400.44 201429.4170.465014189.2 5.31427410.44 201657.8461.366512190.5 6.33427410.49 201730.2071.566110792.07.02428420.51表3盐城市水资源承载状态评价的指标标准
Tab.3Index standards for evaluation of water
resources carrying status in Yancheng City
等CJ(万m3C2C3/
%m3(
C4/
m3■万元-1
W
)%万兀(人■km-2)
C8C9
%%
级-km-2)
I>35>98<649<11095>10<100>45>0.54
n29^3570〜98649〜702110〜12090〜958〜10100〜7000.4M54 m<29<70>702>120<90<8>700<39<0.43 4.2归一化值及指标权重的确定
依据式(1)和式(2)，将指标值和水资源承载状态评价的指标标准值进行了归一化处理，归一化结果列于表4o
通过层次分析法赋权得到主观权重u1，通过熵权法赋权得到客观权重冷，依据基于博弈论的组合赋权公式(3)-(6)，计算得到承载主体的两种赋权方法组合系数a*=0.5、a；=0.5，承载客体的2种赋权方法组合系数a：=0.095、a2*=0.905，将组合系数代入公式(7)求得组合权重u:，各指标权重具体情况如表5所列。
表4指标值及指标标准值归一化结果
Tab.4Normalized results of indicator value
and indicator standard value景德镇景点排名
年份C1C2C3C4C5C fi C7C s C9 20080.050.620.3800.0300.370 1.00 20090.330.0800.2700.070.37
0.020.85 20100.370.180.400.450.110.150.370.020.92 20110.680.030.530.610.200.230.360.160 20120.320 1.000.740.340.290.460.210.03 201300.230.970.810.380.350.460.240.08 20140.320.320.960.860.600.420.460.310.10 2015 1.000.270.860.910.660.480.460.350.20 2016 1.000.090.750.940.690.540.460.390.21 20170.340.340.81 1.000.790.630.450.520.26 I〜n0.45 1.000.970.99 1.00 1.00 1.00 1.000.34 n〜m0.310.310.240.950.660.75000.06表5盐城市水资源承载状态评价的指标权重Tab.5Index weights for evaluation of water resources
carrying status in Yancheng City
承载客体(1.00)
承载主体(1.00)
C C2C3C4C7C9
主观权重知0.5000.5000.1680.1680.1680.0840.0840.1650.165客观权重u20.3990.6010.0810.0670.1440.1290.0680.2540.257组合权重u*0.3990.6010.0890.0770.1460.1240.0700.2460.248 4.3承载状态评价结果
依据公式(8)~(13)可以计算协调发展度，将表4中I、n、m级的指标标准值分别代入公式，得到对应的I
、n、m级协调发展度，再将其作为水资源承载状态好、中、差的评价标准(见表6)；将表4中2008〜2017年盐城市指标值代入公式，经分析得到盐城市水资源承载状态评价结果(见表7)o水资源承载状态的变化趋势可以由协调发展度的变化趋势表征(见图2)，各年份水资源承载主体和承载客体的发展度高低以及两者的协调度高低决定了协调发展度的大小(见图3)o
表6盐城市水资源承载状态评价标准
Tab.6Evaluation criteria of water resources
carrying status in Yancheng City
承载状态协调发展度D
好(I)0.891〜1.000
中(n)0.552〜0.891
差(皿)0〜0.552
分析表7和图2可知：2008~2017年盐城市水资源协调发展度总体呈增大趋势，水资源承载状态呈好转
态势。因为承载主客体的发展指数都在上升，且变化趋势相近，协调度也较好，因此承载状态整体好转。其中，承载主体承载状态与水资源的数量和质量相关，水资源数量受自然因素影响较大，所以年份之间有较大的变化，随着水质不断提高，承载主体承载状态仍呈好转的趋势；承载客体承载状态与社会经济和生态环
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境相关，随着经济、社会的发展，用水水平、截污限排水
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平和生态环境质量不断提高，承载客体发展指数稳步
上升，承载状态越来越好°
表7盐城市水资源承载状态评价结果
Tab.7Evaluation results of Yancheng water
resources carrying status
年份f(x)g(y)T C D承载状态
20080.3920.3110.3680.9550.592中
20090.1770.2700.2050.8570.419差
20100.2560.3630.2880.9000.509差
20110.2880.2160.2660.9290.498差
20120.1260.3240.1850.4720.296差
20130.1400.3590.2060.4710.311差
20140.3180.4240.3500.9310.571中20150.5630.4700.5350.9720.721中20160.4540.4880.4640.9950.680中20170.3420.5660.4100.8030.573中
側
腔
挾
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B
一
吕
年份
(a)协调发展度变化趋势
(a)Coordinated development trend
年份
(b)承载主客体发展趋势
(b)Development trend of carrying subject and carrying object
图2盐城市水资源承载状态变化趋势
Fig.2Variation trend of water resources
carrying status in Yancheng City
具体到各年的变化情况，分述如下：
(1)盐城市2009~2013年承载状态等级为差°其中,2009年水质较差，用水水平和污水处理率也偏低；2010年水质有所提升且生态环境用水较高，承载状态略有好转;2011年水质较差同时水环境用水分配不合理，这3a的承载主客体发展协调但发展指数都
00.5001
协调度C
(a)协调度一发展度关系
(a)Coordination-development relationship
不协调但发展度高协调且发展度高
2015・
2016<
2017・200%
2014b
2013•
201
*
不协调且发展度低
2010・.
.2011
2009°
协调但发展度低
(
e
g
蠢
理
喘
炎
妊
B
旃
庾
0低0.307高1
承载主体发展指数/(x)
(b)承载主体一承载客体发展指数关系
(b)Carrying subj ect-carrying obj ect development index relationship
20%2罗
2012J
•2017
.2016亠
°•2015
•2014
.2008
2009®
2011・
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注：由评价结果知，盐城市2008~2017年水资源承载状态暂未达到等级I，故选取表4中指标标准的II〜皿级分界值来比较发展度的高低，将其分别带入公式(8),(9),(10)，得到f(x),g(y)和T的分界值为0.307,0.299和0.305，参照已有成果的协调度分级方法,C取0.500作为高低界限。
图3盐城市水资源承载状态各年份分布示意
Fig.3Annual distribution of water resources
carrying status in Yancheng City
较低，处于协调但发展度低的状态°2012年和2013年协调发展度大幅下降，盐城市2012年和2013年属于枯水年，年降水量分别比多年平均降水量减少14.0%,25.1%，水资源数量少，而且2012年水功能区达标率为10a的最低，水质差，导致水资源承载主体发展指数低；同时，承载主客体发展不协调，处于不协调且发展度低的状态，承载状态差°
(2)盐城市2008年以及2014~2017年的承载状态等级为中°2008年盐城市城镇环境用水量较高，水质达标率也较高，因生态环境较好协调发展度较高; 2014年与前年相比，水量增多且污水集中处理率有较大提升，协调发展度大幅增加；随着经济社会的进步,
