一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法

摘要

本发明公开了一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法，包括：基于频度分析方法，根据文献构建指标库；根据预设规则对指标库中的指标进行筛选，得到候选指标；将候选指标进行融合，得到融合信息；根据候选指标和融合信息对水管理过程进行分析并选择指标进行表征，得到最终指标；分析最终指标的因果关系并基于逻辑框架进行指标分类，得到指标体系。通过使用本发明，能够更加科学的完成体系构建，满足水域空间管理与生态文明建设考核实际需求。本发明作为一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法，可广泛应用于环境科学领域。

说明书

技术领域

本发明涉及环境科学领域，尤其涉及一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法。

背景技术

资源环境承载力评价与预警是国土空间规划与管理的基础，同时可作为生态文明建设的考核制度之一，其中，水是资源环境的重要分量。现行水资源环境承载力评价与预警指标体系的构建多使用系统分析法、模型框架法，且未能与生态文明建设、水生态环境保护的理念相衔接。系统分析法如使用“人口-经济-水资源-水环境”、社会-经济-水资源-水环境、“水资源数量-社会经济-用水水平-水资源质量-生态环境”等子系统划分方式进行指标选取；框架模型法则仅围绕“PSR”、“DPSIR”、“VOR”等模型框架进行指标选择，该类指标体系的构建方式缺乏核心的指导理念，或未能与最新的生态环境保护与治理理念相适配，子系统划分不全面、不科学或未能准确囊括水管理的各个环节，未能切实满足水域空间管理与生态文明建设考核的实际需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法，能够更加科学的完成体系构建，满足水域空间管理与生态文明建设考核实际需求。

本发明所采用的技术方案是：一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法，包括以下步骤：

基于频度分析方法，根据文献构建指标库；

根据预设规则对指标库中的指标进行筛选，得到候选指标；

将候选指标进行融合，得到融合信息；

根据候选指标和融合信息对水管理过程进行分析并选择指标进行表征，得到最终指标；

分析最终指标的因果关系并基于逻辑框架进行指标分类，得到指标体系。

进一步，所述基于频度分析方法，根据文献构建指标库这一步骤，其具体包括：

获取水资源环境文献并对水资源环境文献中的指标进行频次统计，得到统计结果；

基于统计结果，将频次大于预设阈值的指标进行整合，构建指标库。

进一步，所述预设规则包括频度、重要性、可比较性、相关性和可获取性。

进一步，所述将候选指标进行融合，得到融合信息这一步骤，其具体包括：

根据人均地区生产总值和地区生产总值增长率反映经济发展水平；

根据人口密度和吸纳的流动人口规模反映人口集聚度；

整合经济发展水平和人口集聚度，得到融合信息。

进一步，所述根据候选指标和融合信息对水管理过程进行分析并选择指标进行表征，得到最终指标这一步骤，其具体包括：

以水资源、水环境和水生态构建承载主体；

以区域的人口、经济和产业结构发展规划构建承载客体；

根据承载主体和承载客体对水管理过程进行分析，并对候选指标和融合信息进行选择，得到最终指标。

进一步，承载主体中的水资源包括供水环节、用水环节和保水环节，承载主体中的水环境包括废水产生环节、排水环节和治水环节。

进一步，所述根据承载主体和承载客体对水管理过程进行分析，并对候选指标和融合信息进行选择，得到最终指标这一步骤，其具体包括：

选择境内、外水量指标表征供水环节；

选择反映水资源利用效率的指标表征用水环节；

选择森林覆盖、水土保持指标表征保水环节；

选择废污水产排率指标表征废水产生环节；

选择反映水体水质情况的指标表征排水环节；

选择废污水治理指标表征治水环节；

选择生态建设指标表征承载主体中的水生态；

选择人口、经济与产业结构表征承载客体。。

进一步，所述分析最终指标的因果关系并基于逻辑框架进行指标分类，得到指标体系这一步骤，其具体包括：

对承载主体的指标和承载客体的指标的逻辑关系进行梳理；

基于驱动力、压力、状态、影响、相应的因果逻辑链条对最终指标进行适配，将最终指标落入逻辑框架，得到指标体系。

本发明方法的有益效果是：本发明结合现行规划与政策，更加科学的完成体系构建，能够满足水域空间管理与生态文明建设考核实际需求，另外，该指标体系能够反映指标之间的逻辑关系，有助于进行后续的综合评价与预测。

附图说明

图1是本发明一水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法的步骤流程图；

图2是本发明具体实施例指标库的示意图；

图3是本发明具体实施例筛选指标的示意图；

图4是本发明具体实施例水管理过程分析示意图；

图5是本发明具体实施例选择指标表征示意图；

图6是本发明具体实施例指标体系逻辑框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

如图1所示，本发明提供了一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法，该方法包括以下步骤：

S1、基于频度分析方法，根据文献构建指标库；

S1.1、获取水资源环境文献并对水资源环境文献中的指标进行频次统计，得到统计结果；

S1.2、基于统计结果，将频次大于预设阈值的指标进行整合，构建指标库。

具体地，参照图2，指标库包括文献指标库和政策规划指标库，文献指标库的构建通过借鉴前人研究总结或对文献中所使用的指标进行频度分析、政策规划指标库的构建通过尽可能穷尽现有与水资源环境相关的政策规划。

S2、根据预设规则对指标库中的指标进行筛选，得到候选指标；

具体地，所述预设规则包括频度、重要性、可比较性、相关性和可获取性。

频度分析，对该区域相关规划中的主要目标进行频度分析，统计并分析与水资源、水环境、水生态相关的指标被提及的频度，并对指标的出现频度进行高低排序，优先选择频度较高的指标，以确定该时期内某区域的重要管理、考核指标。

重要性分析，在相关规划中，指标通常划分为“约束性”指标和“预期性”指标两种。在相关承载力评价指南或技术大纲中，所列指标为“评价类指标”。其中，约束性指标是考核中的“底线”，具有重要的管理、考核意义，重要程度为“极重要”，“预期性”指标为“重要”，而在指南与技术大纲中的“评价类指标”重要性为“次重要”。若某项指标若在某规划中为约束性指标，在另一规划中为预期性指标时，取最严格项，即确定其为约束性指标。

可比较性分析，相对量指标可以科学反映指标的发展程度，增加指标指标的可比较性。选取指标库中的相对量指标、剔除绝对量指标。如采用“人口密度”取代“总人口”指标。

指标相关性分析，对指标库指标进行相关性分析，当多个指标存在相关性时，保留最具代表性的指标，剔除其他相关程度较高的指标，避免指标反映的信息重复。

可获取性分析，数据的获取来源包括但不限于各区域的统计年鉴、水资源公报、环境状况公报、国民经济和社会发展统计公报、各类官方数据发布平台、政府主动公开、依申请公开等途径。针对各项指标，分析其数据是否可获取以及其获取的难易程度。

筛选指标参照图3。

S3、将候选指标进行融合，得到融合信息；

S3.1、根据人均地区生产总值和地区生产总值增长率反映经济发展水平；

经济发展水平，经济发展水平＝人均GDP*k，k值为GDP增长强度系数，由近五年的经济增长强度计算求得，计算公式为：经济增长强度＝(本年度GDP/前5年GDP)^(1/5)- 1。

GDP单位为：亿元；人均GDP单位为：万元/人。经济发展水平指标融合了人均地区生产总值和地区生产总值增长率两个指标进行综合反映，不仅可以反映该区域经济发展现状，同时可以反映其增长活力。

S3.2、根据人口密度和吸纳的流动人口规模反映人口集聚度；

具体地，通过人口集聚度指标反映该区域的人口集聚状态，该指标为综合性指标，以人口密度和所吸纳的流动人口规模两个两素进行反映。同时，考虑到广东省“三线一单”所划定的环境管控单元中，优先保护区具有不宜开发的特性，在进行人口密度计算时以行政区面积减去优先保护区面积，以真实反映该行政区可集聚人口、开发利用的土地面积。其计算公式为：

人口聚集度＝人口密度*d

人口密度＝常住人口数*10000/宜开发利用土地面积

宜开发利用土地面积＝土地面积-环境优先保护区面积

宜开发利用土地面积、土地面积、环境优先保护区面积单位为：km

土地面积、各市年末常住人口数据来源于广东统计年鉴、香港特别行政区统计年刊、澳门特别行政区统计年鉴，环境优先保护区面积数据来源于广东省生态环境厅“广东省‘三线一单’应用平台”。

S3.3、整合经济发展水平和人口集聚度，得到融合信息。

S4、根据候选指标和融合信息对水管理过程进行分析并选择指标进行表征，得到最终指标；

具体地，本发明中，将水资源承载力评价过程划分为承载主体和承载客体两部分。承载的主体(本底)为水资源、水环境、水生态；承载的客体(对象)为在生态文明建设大前提下某区域的人口、经济、产业结构发展规划。

针对水管理的全过程，围绕现行“三水统筹”、“海陆统筹”的指思想，承载主体将围绕“水资源”、“水环境”、“水生态”三个方面展开分析，并统筹海陆水环境。其中，水资源、水环境两部分按照“供水-用水-保水-(废水)产生-排水-治水”的逻辑链条，从六个环节进行分析；水生态部分围绕“河湖”、“海”两部分进行分析。

“水资源”与“供水-用水-保水”三个环节密切相关。某区域的供水水量来源可分为境内与境外，境内为本地水资，境外为该区域以外的引调水工程，该部分选用当反映境内、外水量的指标进行表征。用水过程为社会生产(含工、农)、生活过程中对水资源所进行消费，该部分选用反映水资源利用效率的相关指标，其利用效率的高低体现了该城市的用水水平，其用水效率越高，则相同水资源能够承载的经济与人口规模越大。保水即对水资源的涵养、保持，选用与森林覆盖、水土保持等相关的指标。

“水环境”与“废水(产生)-排水-治水”三个过程密切相关，海水产生过程指工农业在生产过程中产生废水、居民在生活中产生生活污水，选用废污水产排率相关指标进行表征；排水过程为废、污水排放到水体环境中对水环境产生压力，对河流湖泊、近岸海域的水体水质造成影响，选用反映水体水质情况的相关指标进行表征。治水为社会通过相关的废污水处理等手段，降低其对水环境的影响，选取废污水治理相关指标进行表征。

“水生态”方面，从河湖、海域两方面进行分析，河湖、海的生态建设能够对河湖、海进行保护，恢复水域水生植被、提高水体的自净能力与生物多样性。选取河湖、海湾的生态建设相关的指标进行表达。

承载客体也即水资源、水环境、水生态所支撑的对象，在区域社会发展中通常表现为人口、经济与产业结构，选择与其相关的指标对承载客体进行表征。

根据水管理的全过程，依次、优先从政策规划指标库中选取频度高、重要性高、具有代表性、数据可获取具有可操作性的指标进行表征，若缺乏表征该水管理过程某一环节的指标时，借鉴文献高频指标库中的指标进行表征。对于重要性较高，但由于数据难以获取，缺乏定量计算可操作性的指标，可选用定性评价的方式对其进行讨论。

对水管理全过程进行分析，分析过程参照图4，并通过选取相应的指标进行各过程的表征，参照图5。

S5、分析最终指标的因果关系并基于逻辑框架进行指标分类，得到指标体系。

具体地，参照图6，对最终指标进行DPSIR因果链的分析，将各指标落入该逻辑框架中，形成具有因果逻辑关系的指标体系。

S6、根据指标体系完成区域水资源的环境承载力的评价。

该评价实例为基于多维状态空间承载力的量化与障碍度分析，状态空间法(state-space techniques)是运用欧氏几何空间对系统状态进行定量描述的有效方法，通过三维的状态空间轴，使用向量对系统内各要素的状态进行表达。其原理为：将状态空间中任意状态点和原点构成的向量与理想曲面的位置进行对比，以量化某区域的承载能力。状态空间法不仅可以描述系统的整体特点，也可以描述系统内部的状态与性能。在资源环境承载力评价中，状态空间的三轴通常为人类活动轴、资源轴和环境轴。余丹林在此基础上进行改进，选定的n个指标项，构建n维的状态空间。本文借鉴n维状态空间构建的方法，并在此基础上为各项指标选取多个阈值，构建5个预警区间，以达到对某区域水资源环境承载力状态更为细致与全面的描述。主要步骤如下：

(1)设区域水资源环境承载力现状综合表征矩阵为α，α

(2)构建预警评价标准矩阵β,β

(3)对预警评价矩阵α和4级临界阈值矩阵β进行数据标准化。合并矩阵α和β，得到矩阵X，X为(m+4)*n的矩阵。对矩阵X进行数据标准化。使用0～1标准化(又称离差标准化)对原始数据进行线性变化，使其结果落到[0,1]区间。当指标效应为正，也即指标数值越大越好时，采用以下公式进行变换：

当指标效应为负，也即指标数值越小越好时，采用以下公式进行变换：

(4)确定各项指标的权重w

先求第j项指标第i个测值的特征比重p

由特征比重计算得到各指标的信息熵(熵值)E

信息冗余度D

D

确定各指标权重w

DPSIR各层级权重的确定：对于具有多层次的指标体系，各层级指标权重的求取可以根据熵的可加性。设准则层中第p(p＝1,2,3,4,5,分别对应DPSIR各层)层下有q个指标，将下层q 个指标的权重相加，即可得到上层指标权重w

为对各子系统进行分析，求某指标X

(5)向量S

同理，计算各子系统的阈值：

(6)通过对各项指标的加权处理，计算由n个WRECC

同理，计算由q个指标组成的各子系统承载状态值：

(7)WRECC

障碍度评价引入了指标偏离度的概念，o

v

对各区域中各指标及子系统求取年均障碍度值，可从总体上反映该地区的障碍度情况。

一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建系统，包括：

指标库构建模块，基于频度分析方法，根据文献构建指标库；

筛选模块，用于根据预设规则对指标库中的指标进行筛选，得到候选指标；

融合模块，用于将候选指标进行融合，得到融合信息；

表征模块，用于根据候选指标和融合信息对水管理过程进行分析并选择指标进行表征，得到最终指标；

分析模块，用于分析最终指标的因果关系并基于逻辑框架进行指标分类，得到指标体系。

具体地，还包括：

评价模块，用于根据指标体系完成区域水资源的环境承载力的评价。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建装置：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于：所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如上所述一种水资源环境承载力评价与预警指标体系构建方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。