CN110322124A - 一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合；根据结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重，进而了计算出每一子系统的承载力；从而为水系统协同承载力评价过程中的各子系统承载力的协同耦合，提供了数据基础；进而保证了水系统协同承载力评价结果的正确性以及可靠性。

Description

一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法

技术领域

本发明涉及流域水系统协同承载力评价技术领域，特别是指一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法。

背景技术

水资源开发利用和社会经济发展表现为既相互依存，又相互制约关系。社会经济发展的过程就是将资源环境转化为财富的过程，也是社会经济子系统与水生态，水环境以及水资源系统进行物质、能量和信息交流与转换的过程。一方面，经济增长和社会发展带来了理念转变、科技进步、政策调控以及投资增加对水系统的改变，有利于提高水资源的开发和利用效率，从而提高了水资源的承载能力。另一方面，经济增长和社会发展也对天然的水资源状况进行了人工干预，改变了天然水循环的状况，导致水生态，水环境以及水资源状况的变化，当水系统的改变超过了其承载能力后，就对社会经济的发展形成了制约和控制。水生态，水环境，水资源与社会经济系统之间的相互依存和制约作用将成为水-社会经济复合水系统。在这一复合系统中，水是连接社会经济系统中各方面要素的纽带，水的开发、利用、保护和配置过程即是水生态，水环境，水资源以及社会经济交叉互动的过程。

协同承载力的研究涉及到整个水系统(涵盖了社会经济系统和自然生态系统)，并受到社会经济发展水平、水环境功能要求、环境保护、管理目标等多种因素的影响，这些影响因素都是随时间变化的动态变量，且各因素之间存在相互依赖相互制约的关系。水系统协同承载力兼具自然属性和社会属性，受环境条件、资源禀赋、技术水平和管理等方面影响。特定区域的自然地理条件决定了其水系统拥有的承载潜力，其潜力不仅与水系统自然禀赋和属性有关，还与人类活动强度、经济发展速度、资源供给能力、管理水平等多种因素有关。

区域水系统包括水资源、水环境和水生态子系统，各子系统内部包含多方面的影响测度的要素，构成了一个多要素复杂系统。因此，为了定量描述区域水系统的复杂关系，实现区域水系统与社会经济的协调可持续发展；首先必须确定各评价要素的协同度，也即各子系统对应的各评价要素间的关系，以及各评价要素对子系统承载力的影响；从而测度出各子系统的承载力，进而通过将子系统承载力进行协同耦合，实现定量描述区域水系统的复杂关系；由此可见，对流域水系统协同承载力评价要素的协同测度结果将直接影响到水系统协同承载力评价结果的正确性和可靠性。而现有技术中并没有一套合理的方案可以实现流域水系统协同承载力评价要素的协同测度。因此，有必要设计一套方案，实现流域水系统协同承载力评价要素的协同测度，并保证测度结果质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，实现对流域水系统协同承载力评价要素的协同测度，为水系统协同承载力评价过程中的各子系统承载力的协同耦合，提供数据基础；保证水系统协同承载力评价结果的正确性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，所述协同测度方法包括：

根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；其中，所述水系统包括多个子系统；

运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对所述结构方程模型进行拟合；

根据所述结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；所述路径系统数的取值在0～1之间；

根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重。

进一步地，所述水系统包括水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统。

进一步地，在所述水系统协同承载力评价要素体系中：

所述水资源子系统对应的评价要素包括:水资源开发利用率、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、万元农业生产总值用水量、人均水域面积；

所述水环境子系统对应的评价要素包括：废水排放强度、工业污染排放强度、农业污染排放强度、城镇污染排放强度、水质时间达标率；

所述水生态子系统对应的评价要素包括：植被覆盖岸线比、河流连通性、生态基流保障率、径流调节功能指数、水源涵养功能指数。

进一步地，所述结构方程模型以水资源子系统承载力、水环境子系统承载力和水生态子系统承载力作为潜在变量；以所述水系统协同承载力评价要素体系中对应各子系统的评价要素作为各子系统的观测变量。

进一步地，运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合，包括：

对试点区域的实验数据进行收集，根据收集的实验数据对各子系统内的评价要素进行数值计算，并对计算数据进行无量纲化处理；

根据各评价要素值，采用预设估计函数对结构方程模型进行参数估计；

当估计结果没达到预期时，通过使用预设修正方法对结构方程模型进行修正，并再次对修正后的结构方程模型进行参数估计，直到估计结果达到预期。

进一步地，在所述水资源子系统对应的评价要素中：

水资源开发利用率是用水量与流域年平均水资源总量的比；万元GDP用水量指单位国内生产总值用水量，即地区用水总量与国内生产总值之比；万元工业增加值用水量指工矿企业在生产过程中每产生1单位工业增加值中所用于生产活动的用水量；万元农业生产总值用水量指在农业生产过程中每产生1单位生产总值所用于对农林牧渔业生产活动进行的各种支持性服务活动的用水量；人均水域面积指在辖区内，区域水域面积值与区域常住人口之比。

进一步地，在水环境子系统对应的评价要素中：

废水排放强度指废水排放强度为单位GDP所排放的废水总量；工业污染排放强度指单位工业生产总值排放工业污染物吨数，即工业生产过程中排放的污染物与工业生产总值之比；农业污染排放强度指单位农业生产总值排放污染物吨数，即农业生产过程中排放的污染物与农业生产总值之比；城镇污染排放强度指单位第三产业生产总值城镇居民生活污染物吨数，即城镇居民生活中排放的污染物与第三产业生产总值之比；水质达标率指断面达标率，即按照单因子评价法对断面每月的监测值进行评价，达到考核目标的监测次数占年度监测总次数的百分比；区域水质时间达标率即区域内所有断面达标率的平均值。

进一步地，在水生态子系统对应的评价要素中：

植被覆盖岸线比指河流或湖库植被覆盖岸线占总岸线的比例；河流连通性指河流单位长度修建闸坝个数；生态基流保障率指基准年月实际流量占最小生态基流百分比，生态基流量是指为保证河流生态服务功能，用以维持或恢复河流生态系统基本结构与功能所需的最小流量；水源涵养功能指数采用林冠截留剩余法得到；林冠截留剩余的水量通过降雨量和冠层截留率计算所得；区域各地类单位面积水源涵养能力为冠层截留量与降雨量的比值，计算公式为：

W＝ηxF

其中，W为区域各地类水源涵养能力，无量纲；η为各地类冠层截留率，无量纲；F为区域各地类水源涵养功能调整系数，无量纲。

进一步地，评价要素的权重通过以下公式计算得出：

其中，W_A1表示评价要素A1的权重，P_A1表示评价要素A1的路径系数，P_A2、P_A3、P_A4、P_A5分别表示与评价要素A1处于同一子系统中的评价要素A2、A3、A4、A5的路径系数。

进一步地，在计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重之后，所述协同测度方法还包括通过以下公式计算各子系统的承载力：

B_S1＝W_A1*A1+W_A2*A2+W_A3*A3+W_A4*A4+W_A5*A5

其中，B_S1为子系统S1的承载力；A1、A2、A3、A4、A5为子系统S1中的各个评价要素；W_A1、W_A2、W_A3、W_A4、W_A5分别为各个评价要素A1、A2、A3、A4、A5所对应的权重。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；其中，水系统包括水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统；运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合；根据结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重，进而了计算出每一子系统的承载力；实现了对流域水系统协同承载力评价要素的协同测度，从而为水系统协同承载力评价过程中的各子系统承载力的协同耦合，提供了数据基础；进而保证了水系统协同承载力评价结果的正确性和可靠性。

附图说明

图1为流域水系统资源-环境-生态协同承载力互馈关系示意图；

图2为本发明实施例提供的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法的流程示意图；

图3为结构方程模型的建模分析过程示意图；

图4为本发明实施例建立的结构方程模型的初始结构图；

图5为各评价要素，相对于各子系统的标准化路径系数示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术缺乏一套合理的实现流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方案的问题，提供一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，以此来实现对流域水系统协同承载力评价要素的协同测度，为水系统协同承载力评价过程中的各子系统承载力的协同耦合，提供数据基础；保证水系统协同承载力评价结果的正确性和可靠性。

如图1所示，本发明主要将整个水系统划分为社会经济子系统、水环境污染子系统、水资源子系统和水生态污染子系统四个部分，以各子系统为基本出发点，通过选择各子系统的参数，并找出它们之间的因果关系，以此解决了系统边界内各因素的相互作用关系。在此基础上，使用测度理论体系以描述和表达不同变量的性质、特点及相互之间的数量关系，反应出整个系统内子系统之间的传递方向以及系统的反馈回路，可以正确辨析出每个子系统内部构成要素及其自身相互作用关系和各主要因素之间相互制约、相互促进的反馈关系，进而得出整个水系统的协同承载力。

水系统协同承载力兼具自然属性和社会属性，受环境条件、资源禀赋、技术水平和管理等方面的影响。特定区域的自然地理条件决定了其水系统拥有的承载潜力，其潜力不仅与水系统自然禀赋和属性有关，还与人类活动强度、经济发展速度、资源供给能力、管理水平等多种因素有关。区域水系统包括水资源、水环境和水生态子系统，各子系统内部包含多方面的影响测度的要素，构成一个多要素复杂系统。通过测度水系统各子系统的承载力，并将子系统承载力进行协同耦合，就可以定量描述区域水系统的复杂关系，最终实现区域水系统与社会经济的协调可持续发展。

对此，本实施例提供一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，该协同测度方法的流程如图2所示，包括：

S101，根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；

其中，本实施例中的水系统包括水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统。在所构建的水系统协同承载力评价要素体系中：

水资源子系统对应的评价要素包括:水资源开发利用率、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、万元农业生产总值用水量、人均水域面积；

水环境子系统对应的评价要素包括：废水排放强度、工业污染排放强度、农业污染排放强度、城镇污染排放强度、水质时间达标率；

水生态子系统对应的评价要素包括：植被覆盖岸线比、河流连通性、生态基流保障率、径流调节功能指数、水源涵养功能指数。

上述步骤是在构建水系统资源-环境-生态协同承载力评价要素体系的基础上，通过水系统资源-环境-生态协同承载力概念的理论分析，构建基于水系统协同承载力的结构方程理论模型和研究假设；以水资源子系统承载力、水环境子系统承载力和水生态子系统承载力作为潜在变量；以水系统协同承载力评价要素体系中对应各子系统的评价要素作为各子系统的观测变量。

相比传统的多变量统计法，结构方程模型基于研究者的先验知识预先设定系统内因子间的依赖关系，不仅能够判别各因子之间的关系强度(路径系数)，还能对整体模型进行拟合和判断，帮助揭示复杂水系统各子系统内部评价要素间的作用关系。

结构方程模型主要由两部分构成，第一部分是结构方程，它主要是研究潜变量与潜变量之间的关系，它们之间的影响关系我们称之为路径系数；另一部分为测量模型，它主要是研究单个潜变量和测量因子之间的关系，它们之间的关系我们用因子载荷值的大小表示。指标一般含有系统误差和随机误差，系统误差反映的是潜变量以外的特性，随机误差反映的是不准确的行为。

测量模型：反映潜在变量和观测变量之间的关系。

方程式：x₁＝λ_x11ξ₁+δ₁ y₁＝λ_y11η₁+ε₁

结构模型：反映潜在变量之间的因果关系。

方程式：η₁＝γ₁₁ξ₁+ζ₁ η₂＝β₂₁η₁+γ₂₁ξ₁+ζ₂

通常，一般的结构方程模型建模分析的基本过程如图3所示，大致可以分为以下几个步骤：

结构方程模型的建立，首先是要设定一个已知的先验模型，在先验模型的基础上论证其正确性和它们之间的关系强弱。先验模型的设定主要靠协同承载力理论研究成果和对理论的经验认知。流域水系统的变化是水资源、水生态、社会经济、污染排放等诸多因素综合作用的结果，影响因素较多，影响过程十分复杂。以区域水资源禀赋及开发利用强度等为代表的地区水资源状况，是水系统资源-环境-生态协同承载力存在的前提和承载客体；区域人口、产业结构及经济发展水平等，是水系统协同承载力的社会功能和承载主体。同时人为活动对区域水系统状况造成直接影响，这种影响可以通过水环境质量、污染物排放强度等为代表的指标进行表征；其次，以水系连通性、植被覆盖岸线比、水源涵养功能等为代表的水生态要素，通过影响水体自身的物理结构和自净功能，以及通过对陆域水文过程和污染汇流过程造成影响，也会对水系统资源-环境-生态协同承载力造成影响。

结合水系统资源-环境-生态协同承载力理论分析，围绕“可持续条件下水系统可供给社会的最大经济规模”的协同承载力目标，项目组开展了全国代表性试点城市的水系统实地调研和资料收集，进行了水系统影响因素分析，以及水系统协同承载力评价指标筛选工作。明确了以水资源、水环境、水生态为协同承载力评价的三个子系统承载力，将其设置为模型的潜变量。根据前期各子系统指标筛选结果，再分别设置各子系统的观测指标，构建基于结构方程模型的如图4所示的水系统资源-环境-生态协同承载力评价初始结构。

S102，运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合；

(1)模型的估计和拟合

在调研和收集试点城市基础数据的基础上，进行评价要素(观测变量)数据的计算，并对数据进行无量纲化处理。基于资料的收集和数据的预处理，进行模式中参数的估计。在选用估计方法的问题上，虽然可以用多元回归技术的单一阶段的最小平方法对结构方程模型进行一般的估计，但是，现实中，最受统计软件青睐和采用的方法是最大似然法和一般化最小平方法等迭代法。

模型拟合就是通常所说的参数估计，在一般的回归分析中，是设法求解参数的残差和最小，而在结构方程模型分析中，所要做的是使模型隐含的协方差矩阵与样本协方差矩阵之间的“距离”最小。根据“距离”的定义不同，我们可以得到多种的拟合函数。模型估计方法中的拟合函数方法可以有以下的几种：TSIS(两阶段最小二乘法)、ULS(非加权最小二乘法)、ML(最大似然)、GIS(广义最小二乘法)、WLS(一般加权最小二乘发)、DWLS(对角加权最小二乘法)等。其中最大似然估计的分布是类似渐进正态分布的，但最大似然估计是一种无偏的、一致性的、渐进有效的估计方法，并且有明显的尺度不变性，所以在一般的参数估计上，多数的研究都会采用最大似然估计。

(2)模型评价与修正

本阶段主要考察所设定的概念模型对于所输入的指标数据的拟合程度，包括模型的整体拟合程度和相对拟合程度。对模型进行评价的目的，不是单纯地未了接受或拒绝一个假设的概念模型，而是依据评价结果来寻找一个理论上和统计上都具意义的相对比较好的模型。用以决定理论预测模式与所搜集资料间适配的程度。一般适配度的评鉴可以分为整体模式适配度检验、测量模式适配度检验以及结构模式适配度检验。一般而言，在整体模式适配度检验达到模式可接受的程度时，才接受检验另外两类，否则，则是进入下一个步骤：模式修正。或者，如果倾向于严格的检验过程，则可以宣称模式失败。大多学者鼓励研究者在做评价时，能够同时考虑此三类指标。各类指标评估方法整理如下列表1所示：

表1整体模型拟合指数表

当参数估计的结果没达到预期，即理论模型与观察数据的契合度不够时，通过使用不同的程序或方法能够对模型进行修正，从而提高原有模型的契合度，这个过程就称为模型修正。模型修正是结构方程模型建立中的重要一步，是指当概念模型对输入数据的拟合效果不理想时，可依据拟合的结果，通过将模型的参数释放或固定的方法，再对模型进行新一次的估计。

此外，需要说明的是，在上述各子系统中：

水资源子系统中的水资源开发利用率指标是用水量(工业、农业、生活、环境等)与流域多年平均水资源总量的比。水资源总量是评估区内降水形成的地表、地下产水及调入水的总量，即地表产流、降水入渗补给地下水量及调入水量之和，不包括过境水量。反映人类用水对江河生态产生的压力。万元GDP用水量指单位国内生产总值用水量，即地区用水总量与国内生产总值之比。反映生产、生活方式等用水对江河生态产生的压力。万元工业增加值用水量指工矿企业在生产过程中每产生1单位工业增加值中所用于制造、加工、冷却(包括火电直流冷却)、空调、净化、洗涤等方面的用水量，按新水取用量计，不包括企业内部的重复利用水量。万元农业生产总值用水量指在农业生产过程中每产生1单位生产总值所用于对农林牧渔业生产活动进行的各种支持性服务活动等方面的用水量，按新水取用量计。人均水域面积指在辖区内，区域水域面积值与区域常住人口之比。其主要反映区域水资源禀赋情况；如表2所示：

表2水资源承载力指数要素计算方法

水环境子系统中的废水排放强度指废水排放强度为单位GDP所排放的废水总量。工业污染排放强度指单位工业生产总值排放工业污染物(COD、NH3-N、TN、TP)吨数，即工业生产过程中排放的污染物与工业生产总值之比。反映评估区域内工业生产过程中排放的污染物对水环境的压力。农业污染排放强度指农业污染排放强度，指单位农业生产总值排放污染物(COD、NH3-N、TN、TP)吨数，即农业生产过程中排放的污染物与农业生产总值之比，反映评估区域内农业生产过程中排放的污染物对水环境的压力。城镇污染排放强度指单位第三产业生产总值城镇居民生活污染物(COD、NH3-N、TN、TP)吨数，即城镇居民生活中排放的污染物与第三产业生产总值之比。反映评估区域内城镇居民生活中排放的污染物对水环境的压力。水质达标率指断面达标率即按照单因子评价法对断面每月的监测值进行评价，达到考核目标的监测次数占年度监测总次数的百分比。区域水质时间达标率即区域内所有断面达标率的平均值，如下列表3所示：

表3水环境承载力指数要素计算方法

水生态子系统中的植被覆盖岸线比指河流(流域面积>50km²)或湖库(水面面积>1km²)植被覆盖(>3米)岸线占总岸线的比例。反映河流湖库岸边植被覆盖情况对其生态环境的影响，植被覆盖岸线比例越大，生态状况越好，反之生态状况越差。河流连通性指河流(流域面积>50km²)单位长度修建闸坝个数。反映闸坝越少，河流纵向连通性越好，营养物质流和能量流的空间连通性、生物群落结构空间连通性以及信息流空间连通性越好，水环境承载力越大。生态基流保障率指基准年月实际流量占最小生态基流百分比。生态基流量是指为保证河流生态服务功能，用以维持或恢复河流生态系统基本结构与功能所需的最小流量。生态基流保障率越高，河流生态系统服务功能越强，水环境承载力越大。径流调节功能指数指径流调节是土地重要生态服务功能之一，包含着大气、水分、植被和土壤等生物物理过程，其变化将直接影响区域气候水文、植被和土壤等状况，是区域生态系统状况的重要指示器。在区域尺度上评价土地利用地表径流特征，对于科学认识和合理保护水环境承载力具有重要意义。本评价采用林冠截留剩余法评价各地类水源涵养能力。本方法认为，森林土壤拦截、渗透与储藏的雨水数量即为涵养水源量，在降雨过程中，未被林冠层(包括灌木层)截留而落到地表的雨水，由于重力的作用不断通过土壤下渗，而森林土壤通常不会因水分饱和产生地表径流。因此，林冠截留剩余的水量就是森林的水源涵养量，可以通过降雨量和冠层截留率计算所得。区域各地类单位面积水源涵养能力为冠层截留量与降雨量的比值，计算公式为：

W＝η×F……(12.1)

式中，W为区域各地类水源涵养能力，无量纲；η为各地类冠层截留率，无量纲；F为区域各地类水源涵养功能调整系数，无量纲，主要依据区域各地类植被生物量或覆盖度和全国各地类植被生物量或覆盖度平均值的比值，各地类冠层截留率如下列表4所示，水环境承载力指数要素计算方法如表5所示：

表4各地类冠层截留率

表5水环境承载力指数要素计算方法

S103，根据结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；该路径系统数的取值在0～1之间；

上述步骤是通过计算得到各评价要素的因子载荷和路径系数，如图5所示，实现评价要素间关系的量化，进而可根据各评价要素路径系数的大小，得到识别出各评价要素对各子系统的影响程度大小，从而识别出各子系统评价要素中的关键影响要素。

S104，根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重。

评价要素的权重通过以下公式计算得出：

其中，R1表示水资源子系统中评价要素A1对应的权重，P_A1表示评价要素A1的路径系数，P_A2、P_A3、P_A4、P_A5分别表示与评价要素A1处于同一子系统中的评价要素A2、A3、A4、A5的路径系数。其他各子系统中的各评价要素的权重根据同样的原理可以得出。

在得到各评价要素的权重后，可进一步计算各子系统承载力：

(1)水资源子系统承载力指数计算方法

水资源对水环境承载力评价采用权重加权叠加方法。

各项评价要素的权重见下表。

表6水资源指数评价要素权重

计算方法：

水资源承载力指数＝R1×水资源开发利用率+R2×万元GDP用水量+R3×水域面积指数+R4×万元农业生产总值用水量+R5×人均水域面积

(2)水环境承载力指数计算方法

水环境指数对水环境承载力的压力评价采用权重加权叠加方法。

各项评价指标的权重见下表。

表7水环境指数评价指标权重

计算方法：

水环境承载力指数＝E1×废水排放强度+E2×工业污染强度指数+E3×农业污染强度指数+E4×城镇污染强度指数+E5×水质达标率

(3)水生态承载力指数计算方法

水生态承载力指数对水环境承载力评价采用权重加权叠加方法。

各项评价指标的权重见下表。

表8水生态评价指标权重

计算方法：

水生态指数＝Ec1×植被覆盖岸线比+Ec 2×河流连通性+Ec 3×生态基流保障率+Ec 4径流调节功能指数+Ec 5水源涵养功能指数。

本发明根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；其中，水系统包括水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统；运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合；根据结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重，进而了计算出每一子系统的承载力；实现了对流域水系统协同承载力评价要素的协同测度，从而为水系统协同承载力评价过程中的各子系统承载力的协同耦合，提供了数据基础；进而保证了水系统协同承载力评价结果的正确性和可靠性。

此外，需要说明的是，本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，所述协同测度方法包括：

根据预先构建的水系统协同承载力评价要素体系，构建基于水系统协同承载力的结构方程模型；其中，所述水系统包括多个子系统；

运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对所述结构方程模型进行拟合；

根据所述结构方程模型的拟合结果，得到每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的路径系数；所述路径系统数的取值在0～1之间；

根据各评价要素的路径系数，计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重。

2.如权利要求1所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，所述水系统包括水资源子系统、水环境子系统和水生态子系统。

3.如权利要求2所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，在所述水系统协同承载力评价要素体系中：

所述水资源子系统对应的评价要素包括:水资源开发利用率、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、万元农业生产总值用水量、人均水域面积；

所述水环境子系统对应的评价要素包括：废水排放强度、工业污染排放强度、农业污染排放强度、城镇污染排放强度、水质时间达标率；

所述水生态子系统对应的评价要素包括：植被覆盖岸线比、河流连通性、生态基流保障率、径流调节功能指数、水源涵养功能指数。

4.如权利要求3所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，所述结构方程模型以水资源子系统承载力、水环境子系统承载力和水生态子系统承载力作为潜在变量；以所述水系统协同承载力评价要素体系中对应各子系统的评价要素作为各子系统的观测变量。

5.如权利要求3所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，所述运用预设结构方程模型分析方法，建立每一子系统内的各评价要素间的关联关系，通过预设模型拟合函数对结构方程模型进行拟合，包括：

对试点区域的实验数据进行收集，根据收集的实验数据对各子系统内的评价要素进行数值计算，并对计算数据进行无量纲化处理；

根据各评价要素值，采用预设估计函数对结构方程模型进行参数估计；

当估计结果没达到预期时，通过使用预设修正方法对结构方程模型进行修正，并再次对修正后的结构方程模型进行参数估计，直到估计结果达到预期。

6.如权利要求5所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，在所述水资源子系统对应的评价要素中：

水资源开发利用率是用水量与流域年平均水资源总量的比；万元GDP用水量指单位国内生产总值用水量，即地区用水总量与国内生产总值之比；万元工业增加值用水量指工矿企业在生产过程中每产生1单位工业增加值中所用于生产活动的用水量；万元农业生产总值用水量指在农业生产过程中每产生1单位生产总值所用于对农林牧渔业生产活动进行的各种支持性服务活动的用水量；人均水域面积指在辖区内，区域水域面积值与区域常住人口之比。

7.如权利要求5所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，在水环境子系统对应的评价要素中：

废水排放强度指废水排放强度为单位GDP所排放的废水总量；工业污染排放强度指单位工业生产总值排放工业污染物吨数，即工业生产过程中排放的污染物与工业生产总值之比；农业污染排放强度指单位农业生产总值排放污染物吨数，即农业生产过程中排放的污染物与农业生产总值之比；城镇污染排放强度指单位第三产业生产总值城镇居民生活污染物吨数，即城镇居民生活中排放的污染物与第三产业生产总值之比；水质达标率指断面达标率，即按照单因子评价法对断面每月的监测值进行评价，达到考核目标的监测次数占年度监测总次数的百分比；区域水质时间达标率即区域内所有断面达标率的平均值。

8.如权利要求5所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，在水生态子系统对应的评价要素中：

植被覆盖岸线比指河流或湖库植被覆盖岸线占总岸线的比例；河流连通性指河流单位长度修建闸坝个数；生态基流保障率指基准年月实际流量占最小生态基流百分比，生态基流量是指为保证河流生态服务功能，用以维持或恢复河流生态系统基本结构与功能所需的最小流量；水源涵养功能指数采用林冠截留剩余法得到；林冠截留剩余的水量通过降雨量和冠层截留率计算所得；区域各地类单位面积水源涵养能力为冠层截留量与降雨量的比值，计算公式为：

W＝ηxF

其中，W为区域各地类水源涵养能力，无量纲；η为各地类冠层截留率，无量纲；F为区域各地类水源涵养功能调整系数，无量纲。

9.如权利要求1所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，评价要素的权重通过以下公式计算得出：

其中，W_A1表示评价要素A1的权重，P_A1表示评价要素A1的路径系数，P_A2、P_A3、P_A4、P_A5分别表示与评价要素A1处于同一子系统中的评价要素A2、A3、A4、A5的路径系数。

10.如权利要求1所述的流域水系统协同承载力评价要素的协同测度方法，其特征在于，在计算出每一子系统内的各评价要素相对于各自所对应的子系统的权重之后，所述协同测度方法还包括通过以下公式计算各子系统的承载力：

B_S1＝W_A1*A1+W_A2*A2+W_A3*A3+W_A4*A4+W_A5*A5

其中，B_S1为子系统S1的承载力；A1、A2、A3、A4、A5为子系统S1中的各个评价要素；W_A1、W_A2、W_A3、W_A4、W_A5分别为各个评价要素A1、A2、A3、A4、A5所对应的权重。