重庆理工大学低碳能源研究中心 重庆 400054
摘要：水资源是人类社会可持续发展的重要保障，正确评价和预测区域水资源可持续利用水平与潜力，为地区社会经济和生态环境协调可持续发展提供依据具有重要意义。本文基于DPSIR模型，针对水资源系统的复杂性，选取23项指标构成整体评价指标体系，利用改进熵值法和综合指数法确定各指标权重。据此，对重庆市2008-2017年水资源可持续利用进行实证分析并利用GM（1，1）模型对重庆市2018-2023年水资源可持续性利用潜力进行拟合预测。
关键词：DPSIR模型；GM（1，1）模型；改进熵值法；水资源可持续利用
Evaluation of Regional Water Resources Sustainable Utilization Based on DPSIR and GM（1，1）Model
SHA Dao-feng
（Chongqing University of Technology Low Carbon Energy Centert，Chongqing 400054，China）
Abstract：Water resources are an important guarantee for the sustainable development of human society.It is of great significance to correctly evaluate and predict the level and potential of sustainable use of regional water resources and provide a basis for the coordinated and sustainable development of regional economic，social and ecological environment.Based on the DPSIR model，this paper selects 23 indicators to form the overall evaluation index system for the complexity of the water resources system，and uses the improved entropy method and the comprehensive index method to determine the weight of each index.Based on this，the paper analyzes the sustainable utilization of water resources in Chongqing from 2008 to 2017 and uses the GM（1，1）model to predict and predict the sustainable utilization potential of water resources in Chongqing from 2018 to 2023.
Keywords：DPSIR model；GM（1，1）model；improved entropy method；sustainable use of water resources
0引言
科学评价分析区域水资源可持续利用对实现区域水资源保护和社会经济环境协调发展具有理论和实践意义[1]。在区域水资源可持续开发利用研究中，专家学者从不同研究角度出发，提出了若干评价方法。魏光辉建立了熵权物元模型，用于评估2012年新疆和田区水资源的可持续利用，评价结果符合研究区域实际情况[2]。张杰等人根据广西水资源利用特点，采用模糊综合评价法，从水资源与社会系统、经济系统、生态系统及环境系统的相互作用关系4个方面构建指标体系，评价分析表明自2012年以来，广西水资源利用基本可持续[3]。李玉龙等基于系统协调视角，提出水资源系统序参量在时间序列上的协调度计算模型并对北京市水资源系统进行实证研究，结果表明水利基础建设对整体水利系统可持续性协同贡献突出[4]。
以上研究多聚焦于干旱和半干旱地区水资源可持续利用评价分析，西南地区水利用状现和未来发展趋势的研究鲜有学者涉足。因此，本文从水资源与社会-经济-生态三维研究视角出发，结合水资源系统复杂性和不确定性特征，初步构建基于DPSIR模型的水资源可持续利用评价指标体系，以此探究西南地区水资源利用状况。
1方法与建模
1.1DPSIR模型法
DPSIR模型是一种系统的可持续评价模型，它广泛用于生物、农业、土地、海洋、水资源等领域的可持续利用与保护评价[5]。本文结合DPSIR模型的指标选取原则，构建区域水资源可持续利用评价指标体系[6]。在指标选取过程中，通过查阅参考国内外近几年大量相关文献，统计常用评价指标在文献中的出现频率，并综合考虑重庆水资源特点和社会资源环境的影响因素，选定具有代表性的23个指标，构成本文的评价指标体系（见表1）。
表1 水资源可持续利用评价指标体系
Tab.1 evaluation index system of sustainable utilization of water resources
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其中，指标属性为正向表示对水资源可持续利用起促进作用且指标为越大越优型；指标属性为负向表示对水资源可持续利用起抑制作用且指标为越小越优型[7]。
正向指标：
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（1）
逆向指标：
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（2）
式中，
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为指标原始数据；
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为评价指标最大值；
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为评价指标最小值。
1.2改进熵值法
本文在综合考虑水资源系统复杂性和不确定性的基础上，采用标准变化法对熵值法进行改进，该方法在应用过程中无需加入任何主观信息，是一种完全意义上的客观赋权法，它有利于缩小极值对评价结果的影响。具体步骤如下：
1）指标信息同度量化。各指标信息无量纲化处理公式如下：
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（3）
式中，
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为同度量化后的指标值；
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第项指标的平均值；
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为第项指标的标准差。
2）坐标平移，消除负值，公式如下：
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（4）
式中，为指标平移幅度。
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，的取值越接近
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，评价结果越显著。
3）计算第项指标的熵值
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：
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（5）
式中，
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自然对数，代表年份，
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。
4）第项指标权重值
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：
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（6）
1．3综合指数法
采用综合指数法对重庆市2008-2017年的水资源可持续利用进行综合评价。综合评价过程如下：
1）通过基础指标层原始数据可以得出准则层五因素的评价值。例如，包含在驱动
力指标层中的第个指标的评价值
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为：
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（7）
式中，
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表示隶属于驱动力指数的第个指标在第年的评价值；
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表示驱动力指数的第个指标的综合权重值，其中
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，且
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；
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表示驱动力指数的第个指标在第年的原始数据经过同度量化转换后的数值。
同理可知，隶属于压力指数、状态指数、影响指数和响应指数的第个指标在第年的评价值分别为
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，
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，
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，
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。
2）计算目标层中水资源可持续利用综合评价值：
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（8）
1.4灰色预测建模
灰色系统建模是通过对数据或信息进行提取、加工及处理而建立的微分方程模型[8]。本文以重庆市2008-2017年水资源可持续利用综合指数为原始数据，构建GM（1，1）模型，对其2018-2023年水资源可持续利用水平进行综合预测。具体步骤如下：
1）设时间序列为
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，其对应的原始数据序列为：
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（9）
对原始数据进行一次累加：
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（10）
2研究区域与数据来源
2.1研究区域概况
重庆地处长江上游地区，多年平均降水量在1180毫米左右，境内河流纵横。其水资源特点是：一是水资源时空分布不均。；二是当地水资源不足。依据国际公认的水资源短缺标准：人均水资源占有量在1000～2000立方米之间属于中度缺水地区；三是有丰富的过境水资源，但受地形地貌影响开发难度大。综上，有必要对该地区水资源可持续利用进行综合评估和预测。
2.2研究数据来源
本文所采用的数据来源主要包括：《中国统计年鉴（2008-2017）》、《重庆统计年鉴（2008-2017）》、《重庆市水资源公报（2008-2017）》、《重庆市水土保湿公报》、重庆统计信息网、中国知网、万方等数据库中与重庆相关的文献。为确保数据真实可用，各指标度量标准均与统计局度量标准保持一致性。
3模型计算及结果分析
3.1指标权重
基于改进熵值法计算可得到重庆市水资源可持续利用各评价指标的权重（见表2）
表2重庆水资源可持续利用评价指标体系各权重值
Table2 weight values of chongqing water resources sustainable utilization evaluation index system
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3.2水资源可持续利用综合评价分析
通过计算由表3可以看出，2013年最低为0.081，2017年最高为0.149。原因是驱动力指数中人均水资源量为1603.9m3/人，是10年来最低的。2017年五大系统指数都有大幅增长，其中2013-2017年水资源可持续利用年增长率为16.5%。原因是除压力指数在波动下降以外，其他四个系统指数都在波动上涨，2013年后，水资源可持续利用逐渐被重视，每万元GDP用水量、工业污水排放量和水土流失比例均逐年下降。通过加大对水利工程投资及水污染治理力度，污水集中处理率、产水模数和水功能区水质达标率都在不断增长。
从五个指数变化趋势看，驱动力指数和状态指数相对其他三个指数变化趋势较一致，均在2014年前后波动较大。说明节水和污水处理技术的提高对水资源利用率的提高由明显促进作用。影响指数和响应指数在波动上升，其中响应指数在2012年之前波动较大，响应指数受污水集中处理率和水土流失治理率影响较为显著。影响指数在2014年之后波动较大，其中城镇化率和水功能区水质达标率是导致影响指标波动的最重要指标。
表3重庆2008-2017年水资源可持续利用评价值
Table3 evaluation value of sustainable utilization of water resources in chongqing from 2008 to 2017
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图1重庆2012-2017年水资源可持续利用原始评价值与预测值比较图
Fig.1 comparison between the original evaluation value and predicted value of sustainable utilization of water resources in chongqing from 2012 to 2017
3.3重庆水资源可持续利用水平预测
本文采用灰色理论中的GM（1，1）模型及MATLAB软件编程计算2012-2017年重庆市水资源可持续利用综合水平值，得到
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，并将原始数据与拟合预测值相比较（见图1）。对构建的GM（1，1）模型进行预测精度检验，得到后验差比值，小概率误差，根据表2的灰色模型预测精度水平参照标准可知，属于合格、好之间。
重庆2018-2023年水资源可持续利用潜力拟合预测结果见表3。由表可知，2018-2023年该市水资源综合可持续利用潜力呈现稳定上升趋势，2023年水资源可持续利用潜力值（0.303），相比2018年（0.156）增加近两倍，由此可见，未来重庆市水资源综合可持续开发利用能力不断提升。
表4重庆2018-2023年水资源可持续利用潜力预测值
Table 4 predicted value of sustainable utilization potential of water resources in chongqing from 2018 to 2023
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4结论
本文基于DPSIR模型特性，选取23个相关指标，构建区域水资源可持续利用评价体系。基于此，通过GM（1，1）模型对重庆市2018-2023年的水资源综合可持续利用潜力进行预测，得出以下结论：
1）区域水资源评估的DPSIR模型中驱动力、压力、状态、影响和响应五指标具有系统的因果联系与反馈，这为评估资源环境的可持续性水平提供了参考。
2）通过实证分析表明：2008-2017年重庆水资源可持续利用水平综合评价值呈现波动上升态势。这说明政府的水环境治理手段、水利工程投入以及节水和废水处理技术的进步对减缓水资源可持续利用压力有明显作用。从总体上看，研究结论与重庆市水资源的可持续利用现状基本一致，证明了本文构建的指标体系和模型的合理性。
3）预测结果表明，该区域水资源可持续利用潜力呈稳定上升趋势，2023年的水资源可持续利用综合潜力值为0.303，与2018年（0.156）相比增加近两倍。这说明合理的开发利用水资源，处理好经济发展与环境保护的关系，就会促进水资源的可持续利用。
参考文献：
[1]张海欧.陕西省渭南市区域水资源状况及开发利用分析[J].人民长江，2018，49（S1）：56-60.
[2]魏光辉.基于熵权可拓物元模型的水资源可持续利用评价[J].西北水电，2016（03）：13-16.
[3]张杰，邓晓军，翟禄新，等.基于熵权的广西水资源可持续利用模糊综合评价[J].水土保持研究，2018，25（05）：385-389+396.
[4]李玉龙，韦雅尹，李桂君，等.协同视角下的北京市水资源系统可持续性评价[J].中国人口·资源与环境，2019，29（03）：71-80.
[5]Helder Relvas，Ana Isabel Miranda.Application of the DPSIR framework to air quality approaches[J].Air Quality，Atmosphere & Health，2018，11（09）：1069-1079.
[6]韩美，杜焕，张翠，等.黄河三角洲水资源可持续利用评价与预测[J].中国人口•资源与环境，2015，25（07）：154-160.
[7]王贺年，张曼胤，崔丽娟，等.基于DPSIR模型的衡水湖湿地生态环境质量评价[J].湿地科学，2019，17（02）：193-198.
[8]韩磊，潘玉君，高庆彦，等.基于PSR和无偏GM（1，1）模型的云南省耕地生态安全评价与预测[J].生态经济，2019，35（02）：148-154.
基金项目：国家自然科学基金资助项目（71573026）；重庆理工大学研究生创新项目（cyx20192098）
沙道凤（1993—），女（汉），安徽六安，硕士，研究方向：技术经济与管理，E-mail：1425331686@qq.com.