人为压力下水资源承载力动态多准则分析：以伊朗安扎里湿地为例的系统动力学与云模型评估

《Ecological Indicators》：Dynamic multi-criteria analysis of water resources carrying capacity under anthropogenic pressure

本研究针对安扎里湿地水资源承载力(WRCC)评估难题，集成系统动力学(SD)建模、AHP-熵权-CRITIC博弈论组合赋权、云模型和ARIMA预测等技术，构建了动态多准则评估框架。研究发现2012-2021年间湿地WRCC主要处于临界和超载状态，上游水资源分配、城市人口增长和农业用水效率是主要障碍因子。情景预测表明湿地扩张与灌溉效率提升的协同管理是最优路径，为湿地水资源可持续管理提供了方法论创新和实践范式。

　　

水资源是维持生态平衡和支撑社会经济发展的基础性资源，然而在全球气候变化和人类活动加剧的双重压力下，水资源短缺问题日益凸显。特别是湿地生态系统，作为重要的水资源涵养地，其水资源承载力（Water Resources Carrying Capacity, WRCC）的评估与提升已成为区域可持续发展的核心议题。安扎里湿地作为伊朗北部重要的拉姆萨尔湿地，近年来面临着上游来水减少、水质恶化、人口增长和农业用水低效等多重挑战，亟需建立科学的评估体系来指导管理决策。

传统WRCC研究多采用静态指标评估方法，难以捕捉复杂系统中水文、经济、人口和环境子系统间的动态反馈机制。此外，指标权重确定往往依赖单一方法，主观性强或忽略指标间相关性，导致评估结果偏差。为克服这些局限，Maedeh Keyvanfar等人在《Ecological Indicators》发表的研究中，创新性地将系统动力学（System Dynamics, SD）建模与多方法融合的权重计算相结合，引入云模型处理评估不确定性，并结合障碍因子诊断和ARIMA（Autoregressive Integrated Moving Average）预测，构建了一套动态、综合的WRCC评估框架。

研究团队首先通过文献调研和专家咨询筛选出11个关键指标，涵盖水资源、社会经济和环境三个维度。这些指标被纳入系统动力学模型，利用Vensim软件模拟2012-2021年安扎里湿地水系统的动态变化。模型验证显示拟合优度R²达到0.93，证实了模型的有效性。在权重确定环节，研究采用了层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）、熵权法和CRITIC法分别计算主观权重、基于数据变异性的客观权重和考虑指标相关性的客观权重，再通过博弈论整合三种权重，得到兼顾专家经验和数据特征的平衡权重。结果显示，水面水质指数（C8）和湿地供需比（C7）权重最高，分别为0.1433和0.1202，表明这两个指标对WRCC的影响最为显著。

WRCC评估采用正向云模型，通过期望值（Ex）、熵（En）和超熵（He）三个参数刻画指标等级的不确定性。将各指标值与云模型参数结合，计算得到每年WRCC在四个等级（可承载、弱可承载、临界、超载）的隶属度。2012-2021年的评估结果表明，安扎里湿地WRCC状态波动显著，其中2014、2015和2017年处于超载状态，2013、2018和2021年为临界状态，而2012、2016、2019和2020年达到弱可承载水平。进一步分析显示，水资源子系统对WRCC的影响占主导地位，环境子系统次之。

障碍因子分析揭示了制约WRCC提升的关键因素。上游水资源满足率（C6）在十年间均为首要障碍因子，城市人口比例（C10）和农业用水与农业GDP之比（C5）分别位列第二和第三。这表明上游水资源分配不合理、城市化进程加快和农业用水效率低下是安扎里湿地水资源可持续利用的主要瓶颈。

研究还利用ARIMA模型对WRCC相关变量进行预测，并设置了五种管理情景：S1（基准情景）、S2（人口增长）、S3（湿地扩张）、S4（进水水质改善）和S5（灌溉效率提升）。预测结果显示，单一措施难以实现WRCC的长期可持续性。湿地扩张情景（S3）表现最佳，能够在预测期内多次达到可承载状态；而人口增长情景（S2）则导致WRCC持续恶化。灌溉效率提升（S5）和进水水质改善（S4）虽能带来短期改善，但需与其他措施结合才能发挥持久效果。

关键技术方法包括：1）系统动力学建模，通过Vensim软件构建包含水资源、经济、人口和环境四个子系统的动态模型；2）多准则决策分析，结合AHP、熵权法和CRITIC法，并利用博弈论求解最优组合权重；3）云模型评估，通过正向云算法计算WRCC隶属度；4）障碍度模型，识别关键限制因子；5）ARIMA时间序列预测，对未来WRCC变化趋势进行模拟。

研究结果部分，通过系统动力学模型验证了安扎里湿地WRCC的时空变化规律。权重分析表明水质和湿地供需比是最重要的影响指标。年度WRCC评估揭示了系统状态的动态波动性，其中水资源子系统的影响最为突出。障碍因子诊断明确上游水资源分配、城市人口增长和农业用水效率是三大核心制约因素。ARIMA预测显示，湿地扩张与灌溉效率提升的协同管理是最有效的可持续路径。

结论与讨论部分强调，本研究通过方法创新将WRCC评估从静态阈值判断推进到动态能力评价，为湿地水资源管理提供了更科学的决策依据。多方法权重的博弈论整合有效平衡了主客观信息，云模型则较好地处理了评估中的模糊性和随机性。情景分析结果表明，实现安扎里湿地的水资源可持续利用需要采取综合治理策略，包括控制上游取水、优化城市用水结构、提高农业灌溉效率以及扩大湿地面积等。未来研究可进一步引入机器学习等非线性方法，提高复杂水文过程的预测精度，同时加强气候变化和土地利用等外部驱动因素的考量。

这项研究不仅为安扎里湿地的保护与管理提供了具体方案，也为其他类似湿地的WRCC评估提供了可复制的方法论框架。其集成建模思想和动态评估视角，对推动水资源承载力的理论发展和实践应用具有重要意义。