湖南省水資源可持續(xù)利用的密切值法評(píng)價(jià)

摘 要:分別介紹了密切值評(píng)價(jià)模型的原理和算法，在經(jīng)專家咨詢和參考有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以降水量、地表徑流量、地表水資源量、地下水資源量、綜合用水量、萬(wàn)元GDP用水量、萬(wàn)元工業(yè)用水量、人均水資源量等12項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，并將其運(yùn)用到湖南省14個(gè)設(shè)區(qū)市水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中，結(jié)果表明:懷化市可持續(xù)利用水平最好，湘潭市最差，與湖南的水資源現(xiàn)實(shí)情況基本吻合，以此為基礎(chǔ)，對(duì)各地的水資源可持續(xù)利用問(wèn)題進(jìn)行分析，為水資源利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞:密切值法;水資源;可持續(xù)利用;湖南省

中圖分類號(hào):F323.213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3198(2010)06-0093-02

水資源作為人類生產(chǎn)生活中一種寶貴的自然資源，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中扮演著非常重要的角色，是世界萬(wàn)物生命延續(xù)的基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人口的不斷增加，水環(huán)境污染問(wèn)題，水資源浪費(fèi)問(wèn)題，變相的消弱了水資源可持續(xù)利用的承載力，使水資源短缺越發(fā)突出，嚴(yán)重地制約了農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，針對(duì)水資源可持續(xù)利用問(wèn)題國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了許多的科學(xué)研究。從現(xiàn)狀來(lái)看，一般還停留在宏觀定性分析上，定量評(píng)價(jià)的理論和方法還在進(jìn)一步探索之中，如主成分分析法、模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊模式識(shí)別方法、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)判等。

密切值評(píng)價(jià)模型是多目標(biāo)決策的一種數(shù)學(xué)建模方法，目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生態(tài)、水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等領(lǐng)域，其原理是將所有決策方案指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化處理后，找出方案集的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)，再計(jì)算出各方案與最優(yōu)點(diǎn)、最劣點(diǎn)的距離，即密切值，來(lái)排序各決策方案的優(yōu)劣次序，從而將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化成一個(gè)從總體上衡量其優(yōu)劣的單一綜合值進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法具有簡(jiǎn)單明了，效率高等特點(diǎn)。另外，對(duì)位于我國(guó)中部地區(qū)的湖南省來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)崛起，進(jìn)行水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)十分重要，就目前情況來(lái)看，還處在探索階段，僅限于改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法、層次分析法，采用密切值模型對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)值得探討。因此，該文通過(guò)建立密切值法評(píng)價(jià)模型，對(duì)湖南14個(gè)設(shè)區(qū)市的水資源可持續(xù)利用狀況作出評(píng)價(jià)，為水資源有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 密切值法模型步驟

1.1 建立指標(biāo)矩陣

假設(shè)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的指標(biāo)有n個(gè)，即存在n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)G1，G2，…，Gn，且已擬定了m種方案F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m，令第i個(gè)決策方案第j個(gè)指標(biāo)的數(shù)值為aij，則建立指標(biāo)矩陣A如下:

A=a11a12…a1n

a21a22…a2n

……aij…

am1am2…anm

(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)

1.2 將指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響有正向和逆向之分(正向影響:指標(biāo)數(shù)值越大，評(píng)價(jià)結(jié)果越好;逆向影響:指標(biāo)數(shù)值越大，評(píng)價(jià)結(jié)果越差)，所以為統(tǒng)一影響方向，將所有原指標(biāo)數(shù)值aij都化成正向指標(biāo)數(shù)值bij，指標(biāo)矩陣A也相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為正向化矩陣B。又由于各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱不盡相同，所以需要將有量綱數(shù)值bij化為無(wú)量綱數(shù)值rij，正向化矩陣B也相應(yīng)地化為規(guī)范化矩陣R。即

rij=aij∑mi=1a2ij;當(dāng)j為正向指標(biāo)時(shí)

-aijaij∑mi=1a2ij;當(dāng)j為負(fù)向指標(biāo)時(shí)(1)

(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)

可得規(guī)范化指標(biāo)矩陣R為:

R=r11r12…r1n

r21r22…r2n

……rij…

rm1rm2…rmn

1.3 求決策點(diǎn)集(方案集)的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)

“最優(yōu)點(diǎn)”為各項(xiàng)指標(biāo)最佳情況(rj+)結(jié)合成的虛擬向量，設(shè)其為F+;“最劣點(diǎn)”為各項(xiàng)指標(biāo)最差情況(rj-)結(jié)合成的虛擬向量，設(shè)其為F-。分別求出各決策方案與最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的距離，即可為方案的綜合評(píng)價(jià)提供一個(gè)量的依據(jù)。

各項(xiàng)指標(biāo)最佳情況rj+、最差情況rj-的選擇原則為

rj+=max1≤i≤mrij (j=1，2，3，…，n)(2)

rj-=max1≤i≤mrij (j=1，2，3，…，n)(3)

則最優(yōu)點(diǎn)F+為:F+=(r1+，r2+，…，rn+)，最劣點(diǎn)F-為:F-=(r1-，r2-，…，rn-)。

1.4 求各種決策點(diǎn)(方案)與最優(yōu)點(diǎn)F+和最劣點(diǎn)F-的歐氏距離

設(shè)di+表示某種決策點(diǎn)Fi與最優(yōu)點(diǎn)F+的歐氏距離，稱為最優(yōu)點(diǎn)距;di-表示某種決策點(diǎn)Fi與最劣點(diǎn)F-的歐氏距離，稱為最劣點(diǎn)距。則

di+=∑nj=1(rij-rj+)2(4)

di-=∑nj=1(rij-rj-)2(5)

(i=1，2，3，…，m;j=1，2，3，…，n)

1.5 求各種決策點(diǎn)Fi的密切值

所謂密切值，就是反映某種決策點(diǎn)Fi接近最優(yōu)點(diǎn)而遠(yuǎn)離最劣點(diǎn)的程度，用Ci表示。計(jì)算公式為:

Ci=di+d+-di-d-(6)

式中:d+——最優(yōu)點(diǎn)距的最小值;d-——最劣點(diǎn)距的最大值，即

d+=min1≤i≤mdi+(7)

d-=max1≤i≤mdi-(8)

1.6 根據(jù)密切值Ci的大小進(jìn)行排序

因?yàn)閐i+≥d+，di-≤d-，而且在一般情況下d+≠0，d-≠0，所以Ci≥0，當(dāng)Ci=0時(shí)，為最佳決策點(diǎn);當(dāng)Ci>0時(shí)，偏離最佳決策點(diǎn)，此時(shí)Ci值越小評(píng)價(jià)結(jié)果越好。這樣，就可以先對(duì)Ci的大小進(jìn)行排序，然后對(duì)各種決策點(diǎn)Fi進(jìn)行優(yōu)劣比較。

2 密切值模型在湖南省水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

2.1 湖南省水資源概況

湖南省屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，降水量及為豐富。多年平均降水量為1427mm，全省降雨量折合水資源量在4.154×1011-2.753×1011m3之間，屬于我國(guó)天然富水區(qū)之一。多年地表水(淺層)資源總量為1.68×1011m3，多年地下水資源總量為3.92×1010m3，多年水資源總量為2.07×1011m3，人均占有量為3095.8m3，為全國(guó)人均水量的1.3倍。受時(shí)空變化特征影響，降水分布不均勻，年內(nèi)降雨60%以上集中在春夏的三、四個(gè)月之內(nèi)，水旱災(zāi)害頻繁，而且受水環(huán)境污染問(wèn)題，水資源浪費(fèi)問(wèn)題的影響，水資源的有效利用在慢慢縮小，因此，對(duì)湖南省水資源可持續(xù)利用進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，有利于進(jìn)一步分析和解決日益突出的水資源問(wèn)題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定

在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中對(duì)水資源可持續(xù)利用造成影響的因素眾多，有人為因素和自然因素，有供水因素和需水因素，有直接的又有間接的。在綜觀湖南省水資源可持續(xù)利用的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上，經(jīng)專家咨詢，初步擬定湖南14個(gè)設(shè)區(qū)市的水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)為:X1為降水量，㎜;X2為地表徑流量，億立方米;X3地表水資源量，億立方米;X4地下水資源量，億立方米;X5人均綜合用水量，m3/人;X6萬(wàn)元GDP用水量，m3/萬(wàn)元;X7萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量，m3/萬(wàn)元;X8人均水資源量，m3/人;X9地均水資源量，萬(wàn)m3/Km2;X10城市居民生活用水，L/人#8226;日;X11農(nóng)村居民生活用水，L/人#8226;日;X12耕地畝均水資源量，m3/畝;如表1所示。

2.3 評(píng)價(jià)模型的計(jì)算

根據(jù)評(píng)價(jià)模型的規(guī)范化指標(biāo)矩陣的定義，以及指標(biāo)體系的選擇，計(jì)算得規(guī)范化矩陣

最后由公式(6)求出各設(shè)區(qū)市的密切值，并對(duì)其進(jìn)行排序(表2)。

表2 密切值評(píng)價(jià)模型計(jì)算排序

名稱長(zhǎng)沙株洲湘潭衡陽(yáng)邵陽(yáng)岳陽(yáng)常德張家界益陽(yáng)郴州永州懷化婁底湘西密切

42.4 結(jié)果分析

從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷化密切值最小，可持續(xù)利用水平最好;湘潭密切值最大，可持續(xù)利用水平最差。其可持續(xù)利用優(yōu)劣程度依次為:懷化>郴州>永州>湘西>邵陽(yáng)>常德>張家界>株洲>益陽(yáng)>衡陽(yáng)>岳陽(yáng)>婁底>長(zhǎng)沙>湘潭。其中可持續(xù)水平較高的還有郴州、永州、湘西、邵陽(yáng)。常德、張家界、株洲、益陽(yáng)、衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、婁底為中等水平，長(zhǎng)沙相對(duì)較低，與現(xiàn)實(shí)情況基本吻合。

長(zhǎng)沙、湘潭在水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中體現(xiàn)出較低水平，其密切評(píng)價(jià)值分別為2.165、2.229，說(shuō)明其水資源利用程度高，挖掘其潛在的水資源開(kāi)發(fā)能力不大，在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中會(huì)出現(xiàn)水資源短缺現(xiàn)象，其主要原因是人口多，水利工程投資建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不協(xié)調(diào)，工業(yè)污水排放大，凈污技術(shù)落后，城市供水能力有限等因素所致，在今后的社會(huì)發(fā)展中應(yīng)加強(qiáng)人口規(guī)模管制，加大水利工程投入，開(kāi)發(fā)節(jié)水減排生產(chǎn)新技術(shù)，提高廢水回收利用率。其中，長(zhǎng)沙在萬(wàn)元GDP用水量、萬(wàn)元工業(yè)用水量2個(gè)指標(biāo)上為所有設(shè)區(qū)市中最低，分別為160m3/萬(wàn)元、140m3/萬(wàn)元這與長(zhǎng)沙的節(jié)水技術(shù)和節(jié)水意識(shí)相對(duì)較高分不開(kāi)，需要積極開(kāi)發(fā)替代水源，提高水資源調(diào)蓄能力。湘潭在降水量，地表徑流量，地表水資源量為所有設(shè)區(qū)市中最小的情況下，其萬(wàn)元GDP用水量，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量分別達(dá)到了389m3/萬(wàn)元，360m3/萬(wàn)元，應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)模式，提倡節(jié)約用水和廢水回收利用，保證水資源可持續(xù)發(fā)展。

常德、張家界、株洲、益陽(yáng)、衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、婁底在可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中體現(xiàn)出中等水平，說(shuō)明這些地區(qū)在新形勢(shì)下，抓住機(jī)遇，大力發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)，對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用已初具規(guī)模，其在水資源挖掘潛力上還存在較大空間，為未來(lái)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展對(duì)水資源的需求提供了有利條件，但整體形勢(shì)不容樂(lè)觀，在今后的社會(huì)發(fā)展中應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)改革，引進(jìn)新工藝，新方法，加大節(jié)約用水宣傳力度，提高廢水利用率。

郴州、永州、湘西、邵陽(yáng)水資源可持續(xù)利用水平高，未來(lái)開(kāi)發(fā)潛力巨大，對(duì)今后經(jīng)濟(jì)發(fā)展在水資源的利用上提供了有力保障，形勢(shì)較為樂(lè)觀，為水資源的可持續(xù)利用提供了良好的資源條件。但是這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平相對(duì)低下，在污水處理和污水利用技術(shù)上還很不成熟，農(nóng)業(yè)灌溉尚未完全擺脫粗放式生產(chǎn)模式，應(yīng)加大農(nóng)田水利建設(shè)和水環(huán)境的保護(hù)。

3 結(jié)論

湖南水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)是一個(gè)多目標(biāo)的決策問(wèn)題。本文在運(yùn)用密切值法，建立密切值評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)上對(duì)湖南各市州的水資源可持續(xù)利用進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，其方法

作者簡(jiǎn)介:黃藝(1981-)，女，浙江義烏人，浙江義烏工商學(xué)院國(guó)際貿(mào)易系教師，講師。目的明確，簡(jiǎn)單易用。得到14個(gè)設(shè)區(qū)市的水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果，其可持續(xù)利用優(yōu)劣程度依次為:懷化>郴州>永州>湘西>邵陽(yáng)>常德>張家界>株洲>益陽(yáng)>衡陽(yáng)>岳陽(yáng)>婁底>長(zhǎng)沙>湘潭。由于對(duì)湖南水資源可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)研究還處在探索階段，在運(yùn)用該模型進(jìn)行可持續(xù)利用評(píng)價(jià)過(guò)程中，還存在指標(biāo)體系的構(gòu)建完善程度，評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分等定級(jí)還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，只能對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象(水資源)進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量比較，存在局限性，還有待于進(jìn)一步研究。

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