伊朗锡斯坦和俾路支斯坦地区水资源可持续性的综合评估：一种TOPSIS-Cloud-Bayesian方法

《Journal of Hydro-environment Research》：Comprehensive evaluation of water resources sustainability in Sistan and Baluchestan, Iran: A TOPSIS-Cloud-Bayesian approach

水资源承载力评估与可持续管理策略：以伊朗锡斯坦-巴尔赫斯坦省为例，采用TOPSIS-Forward Cloud Model-Bayesian Network混合模型，分析该省2010-2023年WRCC时空演变及驱动机制。研究发现：该省WRCC持续下降，农村巴尔赫斯坦和锡斯坦平原处于最脆弱状态（Level I），主要受跨境河流赫尔曼德河流量锐减（20-30%）、气候干旱（年降水减少1-2mm/年）及生态退化（如哈木恩湿地干涸）影响；城市中心因地下水超采（500百万m3/年）和水质问题（Surface Water WQI 0.059）受限；沿海区依托海水淡化（20%供水）和高效灌溉（60%效率）相对稳定（Level IV）。研究提出强化跨境水协议执行（Bilateral Negotiation Frequency权重0.065）、推广节水灌溉（Crop Water Productivity权重0.075）、建立雨水收集系统等策略，以应对气候变化和地缘政治挑战，支撑可持续发展目标6（SDG6）。

　　### 水资源承载力评估：以伊朗锡斯坦和布什尔省为例

#### 引言

在21世纪，水资源短缺已成为全球范围内一个严峻的环境和社会问题。特别是在干旱或半干旱地区，水资源的有限性使得水资源的可持续管理变得尤为重要。锡斯坦和布什尔省，位于伊朗东南部，是一个典型的干旱地区，面临着严重的水资源短缺、湿地退化以及对跨境水源（如赫尔曼德河）的高度依赖。因此，评估该地区的水资源承载力（Water Resources Carrying Capacity, WRCC）对于制定可持续的水资源管理策略至关重要。

水资源承载力的概念为评估地区水资源是否能够支持社会经济活动而不会造成长期生态退化提供了一个重要的框架。它整合了水文、社会经济、生态和治理等多个维度，为干旱地区提供了一个全面的视角。在像锡斯坦和布什尔这样的超干旱地区，由于跨境水资源依赖、湿地干涸和气候变化的影响，水资源承载力的评估尤为复杂。因此，研究团队开发了一种混合框架，结合了技术顺序偏好相似理想解法（TOPSIS）、前向云模型（FCM）和贝叶斯网络（BN），以评估该省的水资源承载力。研究涵盖了四个区域集群：锡斯坦平原、城市中心、沿海地区和农村布什尔，并利用了40个指标，通过层次分析法（AHP）和熵方法进行加权。研究的时间跨度从2010年到2023年，揭示了某些地区的关键脆弱性，并提供了水资源管理的综合视角。

#### 研究区域与方法

锡斯坦和布什尔省位于伊朗东南部，地理范围广泛，面积达到181,785平方公里。该地区属于超干旱气候，年降水量仅在60至100毫米之间，而蒸发量却超过3000毫米。该省被划分为四个区域集群：锡斯坦平原、城市中心（如扎黑丹和扎博尔）、沿海地区（如查巴哈尔）以及农村布什尔。该省的280万居民中，农业占了60%的GDP，这使得水资源短缺成为当地社会经济发展的主要障碍。

为了确保数据的可靠性，研究团队采用了一种多步骤的数据验证方法，包括与国家机构和国际数据库（如联合国环境规划署）的交叉验证。此外，通过专家咨询、实地调查和利益相关者研讨会，收集了定性数据，并确保其与定量数据的整合。这些方法不仅提高了数据的准确性，还为研究提供了更全面的视角。

#### 研究框架与方法

研究采用了一种分三阶段的分析框架：指标选择与空间评估（TOPSIS）、不确定性建模（FCM）和条件模拟（BN）。首先，通过综合文献回顾、专家咨询和实地调查，选择了40个指标，涵盖水文、农业、生态和社会经济等多个方面。这些指标包括但不限于农业用水需求、年降水量、跨境水资源依赖、双边谈判频率、跨境水质量指数、农民培训计划等。

其次，通过前向云模型对不确定性进行了建模，生成了概率分布，包括期望值（Ex）、熵（En）和超熵（He）。这些参数帮助量化了定性指标的不确定性，并通过蒙特卡洛模拟（10,000次迭代）生成了云滴（probabilistic data points），从而将不确定性调整后的指标与定量数据整合，用于水资源承载力的计算。

最后，通过贝叶斯网络模拟了关键指标之间的动态关系，包括赫尔曼德河入流、灌溉效率和双边谈判频率等。贝叶斯网络的结构包括8个节点和12条有向边，基于领域知识和实证数据（2010年至2023年）。条件概率表（CPTs）使用了70%的历史数据和30%的专家意见进行填充，以确保模型的稳健性。模拟了三种条件：当前条件、政策条件和极端条件，分别代表了现有的灌溉效率、观察到的赫尔曼德河入流和20%的减少入流。

#### 结果分析

研究结果揭示了四个区域集群的水资源承载力趋势和关键障碍。锡斯坦平原的水资源承载力在2010年至2023年间呈下降趋势，从0.320降至0.138，主要受到跨境水资源减少和生态退化的影响。城市中心的水资源承载力同样呈下降趋势，从0.580降至0.381，主要受到地下水过度开采和高用水需求的影响。沿海地区的水资源承载力相对稳定，从0.610下降至0.550，主要受到基础设施投资和技术应用的影响。农村布什尔的水资源承载力下降最为显著，从0.380降至0.183，主要受到降水减少和地下水枯竭的影响。

通过GeoDetector模型评估了每个指标的地理解释力（q值），结果显示，某些指标在不同区域的解释力存在显著差异。例如，锡斯坦平原的跨境水资源依赖（Helmand River Reliance）和双边谈判频率（Bilateral Negotiation Frequency）具有较高的解释力，反映了该地区对跨境治理的依赖。而城市中心的地下水开采率（Groundwater Extraction Rate）和作物用水生产力（Crop Water Productivity）则显示出较高的解释力，反映了城市水资源管理的挑战。

#### 讨论与比较

与以往的水资源承载力研究相比，本研究在方法论上进行了创新，结合了TOPSIS、FCM和BN，以全面评估水资源承载力。其他研究通常采用单一方法，如TOPSIS或模糊综合评价，但未能充分考虑不确定性或动态情景分析。相比之下，本研究通过FCM处理不确定性，并通过BN模拟不同情景，提供了更全面的水资源承载力评估。

此外，本研究特别关注了跨境水资源依赖，如赫尔曼德河的入流减少，这对水资源承载力的评估至关重要。在以往的研究中，跨境水资源治理往往被忽视，而本研究通过引入跨境治理指标，提供了更深入的分析。例如，赫尔曼德河依赖度（Helmand River Reliance）和跨境水资源协议遵守度（Transboundary Water Agreement Compliance）被纳入评估框架，反映了跨境治理的重要性。

尽管本研究在方法论上具有创新性，但也存在一些局限性。例如，研究主要依赖于次级数据，且时间跨度有限（2010年至2023年）。为了提高研究的稳健性，未来的研究可以考虑收集更多的一手数据，并延长时间范围以纳入更全面的气候变化影响。此外，研究中的某些指标可能受到专家偏见或实地调查范围的限制，需要进一步的验证和扩展。

#### 结论

本研究通过混合TOPSIS-FCM-BN框架评估了伊朗锡斯坦和布什尔省的水资源承载力，揭示了该地区在水资源管理方面的关键挑战。研究结果表明，锡斯坦平原、城市中心和农村布什尔面临显著的水资源承载力下降，而沿海地区相对稳定。这些发现为制定可持续的水资源管理策略提供了重要依据，特别是在跨境水资源依赖和气候变化的背景下。

研究团队提出了多项政策建议，包括加强双边谈判频率、提高灌溉效率、推动雨水收集和改善跨境治理。这些策略旨在增强该地区的水资源承载力，确保水资源的可持续利用，并符合可持续发展目标6（SDG 6）。尽管存在数据依赖性和时间跨度的局限性，本研究的方法论创新为其他跨境干旱地区的水资源承载力评估提供了有价值的参考。

#### 作者贡献

Somaye Janatrostami负责撰写、审阅和编辑论文，方法论分析和数据管理。Elahe Agheli负责撰写、软件开发和数据管理。Afshin Ashrafzadeh负责撰写、审阅和编辑论文，方法论分析和数据管理，以及概念化和构思研究框架。

#### 伦理审查与同意

本研究未涉及伦理审查或参与者同意，因为其数据主要来源于公开的政府和国际数据库，且研究方法符合学术伦理标准。

#### 资助信息

本研究未获得任何资助。