基于層次分析法的五常市水權分配模型研究

李鐵男，董 鶴，徐柳娟，高娟娟

(黑龍江省水利科學研究院， 哈爾濱 150000)

水資源屬于國家所有，具有重要的生態功能和資源功能。水權是建立在水資源公有基礎上的一種使用獲益權[1]。本文水權確權工作的主要目的是確定五常市縣域水資源的空間范圍，分清水資源所有權、使用權及確權水量，明晰水權的歸屬關系和權利義務。進行水權分配對健全自然資源資產產權制度、轉變發展方式、倒逼產業結構調整、建立健全水市場、節約集約利用資源、保護水生態空間具有重要促進作用，對完善現代水治理體系具有重要意義。

層次分析法是一種實用的多準則決策方法，本文通過構建水量分配數學模型將生活、農業、非農生產、生態四類不同性質用水的權重表示為有序的遞階層次結構，通過判斷對決策方案的優劣進行排序[2]。

1 水權分配數學模型

1.1 建立水量分配指標體系

初始水權分配在區域人口、社會、經濟及生態環境等協調發展中起決定性作用。選擇指標體系時應兼顧其代表性、關聯性、獨立性、易于量化、簡單、直觀和實用性等因素[3]。依據上述原則本文共選擇10個指標：產水因素、地域因素、人口增長、糧食安全、產業結構變動率、現狀供水、經濟發展、經濟效益、用水效益及合理用水。指標選擇情況見表1。

表1 評判指標及計算公式

1.2 水權分配層次結構圖

組成水權層次結構的有：目標層(水資源總量)、準則層(包括自然準則、社會準則、經濟準則及環境準則)、評估指標層

(由表1所列的代表性評判指標體系組成[3])和被評判分區層(最終分配目標)組成。下圖1[3-5]為初始水權分配層次結構圖。

圖1 水權分配層次結構圖

1.3 計算各層元素的相對權重

本文通過建立水權分配層次結構圖，明確層與層間的隸屬關系。構造判斷矩陣，從而算得“評判準則”、“評判指標”的權系數。

表2 初始水權分配評判指標的權系數計算公式

各單項評判指標的最終權重為：Ai·Bj·Ck。

1.4 評判指標優先序等級

評判指標優先序等級即對評判指標進行優先程度排序。綜合國內、外初始水權分配的大量理論及實踐經驗，考慮黑龍江省五常市水權分配實際情況，將優先權分為：“絕對優先”、“優先”、“適當優先”、“適當置后”、“置后”、“基本無權”6個等級，取值在0～10之間，見表3。

1.5 評判指標優先權權系數計算

在確定各評判指標的相對權重及優先序等級后，即可對評判準則、評判指標的優先權系數進行計算，計算公式如下：

Em=∑AiBjCkDm

(1)

式中：Em為第m分區總優先權系數；Ai為第i類準則權數(i=1,2,3)；Bj為第j類因素權數(j=1,2,3,…,9)；Ck為第k項指標權數(k=1,2,3,…,10)；Dm為第m分區第k項指標優先序等級(k=1,2,3,…,10，Dm=0～10)；Em/∑E為第m分區的水權分配比例。

2 黑龍江省五常市基本情況

五常市位于黑龍江省南部地區，地域西北傾斜呈狹長形，北部接壤松嫩平原。五常市平均年徑流總量為34 億m3，多年平均降水量為625 mm，年徑流深為500～1 000 mm。五常市是典型的農業、水利大市，全市共有各類灌區3 732 處。為適應我國農村水利建設的新形勢，五常市組建了基層水利服務機構和農民用水合作組織，在水資源管理和水利工程運行中發揮了積極作用。

表3 評判指標優先序等級

本文通過分析五常市縣域內當地地表水、淺層地下水、域外調水等各種水源情況[6]。以五常市“三條紅線”用水總量控制目標為限定條件，通過收集整理縣域內社會、經濟、水文水資源、供水與用水現狀等詳細資料，建立水權確權工作數據庫，確定縣域內可分配水總量。通過收集資料和對數據進行分析，確定五常市縣域可分配水總量為133 900 萬m3，其中地下水可分配水總量為26 735 萬m3，地表水可分配水總量為107 165 萬m3。

3 黑龍江省五常市水權分配

本文針對五常市生活用水、生態用水、非農生產用水、農業用水及預留水量進行初始水權分配。

3.1 評判指標及權重系數計算

3.1.1 評判指標選擇

根據黑龍江省五常市水資源特點，本文選取的評判指標為：①“影響水量因素”：地下水水權分配的核心因素，地下水水權依附于土地所屬；②“地域因素”：主要體現在對城鎮供水中，當在城區以外取水源時，是一個需要考慮的因素；③“人口變化”：是地區人口增長情況，是比較重要的因素；④“用水安全”：比較重要的因素，是取水安全要考慮的因素，該項指標權重大于地域因素、現狀供水因素；⑤“產業結構因素”：不是很重要的因素，產業結構變動率增加會使經濟總量增加；⑥“尊重現狀”：是現狀供水情況，水資源利用情況，是比較重要的因素；⑦“經濟發展”經濟發展對供水的影響，主要體現經濟發展對水利工程的影響，不是一個很重要的因素；⑧“經濟效益”因素：經濟效益的多少與供水條件的好壞有直接關系，是需要適當考慮的因素；⑨“土壤鹽堿化”因素：土地次生鹽堿化對水質的影響，由于地域因素，不是很重要的因素；⑩“水質污染”因素：水質污染的程度直接影響到供水安全，是比較重要的因素。

3.1.2 權重系數計算

本文通過構造判斷矩陣，依據層次結構圖分層確定各評判指標的權重系數。并對各評判指標進行兩兩比較，根據比較后的重要程度進行比例標度賦值，最后采用方根法計算判斷矩陣的特征向量W，將評判指標歸一化[7]。計算公式如下：

(2)

式中：(AW)i為第i個元素；λmax為最大特征根值。

通過對判斷矩陣進行一致性檢驗，可評判所構造的判斷矩陣的合理性。按如下步驟進行檢驗：

(1)一致性指標C.I.。

(3)

式中：n為判斷矩陣的階數。

(2)平均隨機一致性指標。取多次重復進行隨機判斷矩陣特征值的算數平均值。

(3)一致性比例。

(4)

當C.R.≤0.1時，認為判斷矩陣合理，當C.R. >0.1時，需重新構造判斷矩陣，并計算。

通過比較判斷可得如表4矩陣[8]，并計算出特征向量和最大特征值。其中：將B1(自然準則)與B2(社會準則)做比較，B1比B2很重要；將B2(社會準則)與B3(經濟準則)做比較，B2比B3稍重要；將B3(經濟準則)與B4(環境準則)做比較，B3比B4較重要。

由計算結果知滿足一致性檢驗標準，對B1、B2、B3、B4進行單排序，優先權序為0.6、0.24、0.11、0.05。故層次總排序見表5。

從排序結果可知：影響水量因素0.48、地域因素0.12、人口變化因素0.04、用水安全因素0.02、產業結構因素0.14、尊重現狀因素0.03、經濟發展因素0.03、經濟效益因素0.08、土壤鹽堿化因素0.01、水質污染因素0.04。

3.2 指標優先序等級確定

按照上述原則，可得評價指標優先序等級[9]，見表6。

4 水量分配計算

通過計算結果確定了總優先權系數，再計算各類分配比例，最后得水量分配。并預留一定水量來滿足未來區域發展戰略用水需求和保障應急調度[10]，也為水權有效期內基本生活和生態環境需水的增長提供保障。本文預留水量結合五常市水資源利用現狀和各業用水情況，采用“三條紅線”確定的五常市用水總量控制目標的5%計算，確定預留水量。故總分配水量為：Q=127 205 萬m3。

表4 評判指標和權重系數

表5 層次總排序

表6 評價指標隸屬度

由上面計算結果知：生活、農業、非農、生態總優先權系數分別為：0.28、9.79、0.31、0.11，故分配水權為：

計算結果見表7。

表7 用水量分配指標

[1] 李海紅，趙建世．初始水權分配原則及其量化方法[J]. 應用基礎與工程科學學報，2005,(S):8-14．

[2] 王為人，屠梅曾．基于層次分析法的流域水資源配置權重測算[J]. 同濟大學學報(自然科學版)，2005,33(8):1 133-1 136．

[3] 謝敬芳．層次分析法在行業水權分配中的應用[J]．南水北調與水利科技，2005,3(S):25-28．

[4] 張紅亞，方國華，吳文靜，等．初始水權分配數學模型的建立及其應用[J]. 水利水運工程學報，2006,(2):41-46．

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[6] 張寶全，陳才峰，尚瑞朝．河北省水權確權工作的探索與實踐[J]. 中國水利，2015,3(S):3-14．

[7] 尹云松，孟令杰．基于AHP的流域初始水權分配方法及其應用實例[J]. 自然資源學報，2006,21(4):645-652．

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