基于博弈論耦合權(quán)重的水利規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)

劉美艷

(江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127)

在水利規(guī)劃層面上，完成好環(huán)境評價(jià)工作，能夠更加全面地了解水利工程建設(shè)、運(yùn)營對環(huán)境造成的影響，從而對水利工程建設(shè)和運(yùn)營過程進(jìn)行調(diào)整，可以極大地減輕水利工程建設(shè)和運(yùn)營對周邊環(huán)境的壓力和影響[1- 3]。

目前關(guān)于水利工程規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)模型主要有：AHP模型、主成分分析法、模糊綜合評判法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、情景分析法模型等[4- 6]。上述模型雖然在實(shí)際應(yīng)用中具有許多成功應(yīng)用的實(shí)例，在一定程度上推動水利工程規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)研究的發(fā)展，但也存在許多不足。如AHP模型存在主觀性強(qiáng)的缺點(diǎn)[7]；主成分分析法在處理高維度變量時，往往會造成信息的丟失[8]；模糊綜合評判法的隸屬度函數(shù)構(gòu)造具有較強(qiáng)的主觀性[9]；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則存在容易陷入局部最優(yōu)解的不足[10]；情景分析法則存在參數(shù)確定上具有任意性強(qiáng)的不足[11]。同時評價(jià)模型中，指標(biāo)權(quán)重的確定也是其中一個關(guān)鍵問題，目前確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要分為兩類，主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，其中主觀賦權(quán)法的主要缺點(diǎn)是賦權(quán)過程中具有很強(qiáng)的主觀性。客觀賦權(quán)法通過數(shù)理計(jì)算的手段獲得權(quán)重，該方法雖然能在一定程度上克服人為確定權(quán)重的主觀性，但并不能全面地反映指標(biāo)權(quán)重。

針對以上問題，使用客觀賦權(quán)法(變異系數(shù)法)與主觀賦權(quán)法(菲爾德法)分別對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，采用博弈論整合主客觀法權(quán)重，并使用加權(quán)TOPSIS法對水利工程規(guī)劃環(huán)境影響進(jìn)行評價(jià)，以研究區(qū)水利工程規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)為例，進(jìn)行模型驗(yàn)證。通過研究，以期為我國水利工程規(guī)劃的環(huán)境影響評價(jià)研究提供一定的依據(jù)。

1 模型介紹

本評價(jià)模型為指標(biāo)權(quán)重的求取(使用變異系數(shù)法與菲爾德法分別對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，采用博弈論整合主客觀法的權(quán)重得到綜合權(quán)重)、加權(quán)TOPSIS法模型評價(jià)。

1.1 指標(biāo)權(quán)重的求取

當(dāng)指標(biāo)對于不同的對象變化幅度很大，說明這個指標(biāo)區(qū)分度很強(qiáng)，也說明這個指標(biāo)攜帶的信息很多，反之，一個指標(biāo)對于不同對象變化幅度不大，則說明這個指標(biāo)的區(qū)分度很弱，攜帶的信息量小，所以當(dāng)指標(biāo)攜帶的信息量大時，應(yīng)賦予更大權(quán)重。至此，可以得出：當(dāng)一個指標(biāo)攜帶的信息量越大，就應(yīng)賦予其更大的權(quán)重，為達(dá)這一目的，使用變異系數(shù)法從指標(biāo)信息的角度計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，但只使用客觀賦權(quán)法進(jìn)行賦權(quán)并不能全面反映指標(biāo)權(quán)重，因此通過博弈論結(jié)合主觀賦權(quán)法的權(quán)重，求取綜合權(quán)重作為評價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重。

1.1.1變異系數(shù)法求取權(quán)重

變異系數(shù)法是一種可以利用評價(jià)指標(biāo)信息的賦權(quán)方法，主要是根據(jù)“指標(biāo)變異程度越大則給這個指標(biāo)賦的權(quán)就越大”原則來進(jìn)行賦權(quán)[4]，具體計(jì)算步驟如下。

設(shè)有n個待評價(jià)對象，m個指標(biāo)，則可以得到樣本矩陣X：

式中，xij—第i個對象的第j個指標(biāo)值。

(1)

(2)

在得到每一個指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差后，就可以通過式(3)計(jì)算每一個指標(biāo)對應(yīng)的變異系數(shù)。

(3)

最后可以通過式(4)計(jì)算每一個指標(biāo)的權(quán)重。

(4)

式中，W1—使用變異系數(shù)法計(jì)算的第j個指標(biāo)的權(quán)重。

1.1.2菲爾德法求取權(quán)重

菲爾德法是通過專家咨詢的方式確定指標(biāo)之間的重要程度，從而確定指標(biāo)權(quán)重。是一種依賴專家的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)的主觀賦權(quán)方法。主要步驟如下。

(1)根據(jù)各個評價(jià)指標(biāo)的特點(diǎn)，制定征詢意見表.

(2)向?qū)＜野l(fā)放征詢意見表，請專家填寫。

(3)匯總專家意見，然后再次反饋專家，專家根據(jù)反饋結(jié)果再次修正自己意見，重新填寫征詢意見表，為下一輪征詢與反饋?zhàn)鰷?zhǔn)備。

(4)經(jīng)過多輪征詢與反饋，得到第j個指標(biāo)權(quán)重W2(j=1、2、…m)。

1.1.3博弈論求取綜合權(quán)重

博弈論的初衷是平衡各個決策主體的決策結(jié)果，具體到指標(biāo)賦權(quán)上，博弈論就是要尋找一個能夠與各個方法確定的權(quán)重之間偏差最小的綜合權(quán)重，具體如下：

主客觀賦權(quán)法可以構(gòu)成權(quán)重集：Wk={Wk1、Wk2…Wkm}(k=1或2)，則綜合權(quán)重可以表示為：

(5)

式中，u—綜合權(quán)重，ak—權(quán)重線性組合系數(shù)。

根據(jù)博弈論的思想，要使得u與W1、W2的偏差最小，則可以得到式(6)參數(shù)優(yōu)化方程。

(6)

對式(6)進(jìn)行簡化可以得到式(7)

(7)

對式(7)進(jìn)行求解，可以得到權(quán)重線性組合系數(shù)，按照式(8)進(jìn)行歸一化處理，

(8)

式中，Bk—?dú)w一化后的權(quán)重系數(shù)，博弈論得到的最終權(quán)重為

(9)

式中，Wj—博弈論求得的最終權(quán)重。

1.2 加權(quán)TOPSIS法

本文采用加權(quán)TOPSIS法對水利工程規(guī)劃環(huán)境影響進(jìn)行評價(jià)，加權(quán)TOPSIS法根據(jù)各個方案與最優(yōu)、最差方案的距離決定方案的優(yōu)劣[12- 14]，具體計(jì)算過程如下。

以樣本矩陣為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用式(10)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

(10)

由此得到歸一化矩陣Z=(zij)。

正理想解可由式(11)求得：

(11)

負(fù)理想解可由式(12)求得：

(12)

最優(yōu)距離可由式(13)求得：

(13)

最劣距離可由式(14)求得：

(14)

相對接近度可由式(15)求得：

(15)

圖1 水利工程規(guī)劃環(huán)境影響指標(biāo)體系圖

2 研究實(shí)例

以江蘇省水利規(guī)劃為研究對象，主要內(nèi)容為：防洪、調(diào)水、發(fā)展農(nóng)村水利、強(qiáng)化節(jié)水、建立健全應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等五項(xiàng)主要內(nèi)容。這五項(xiàng)會對環(huán)境產(chǎn)生非常復(fù)雜的影響，有些是積極的，有些是消極的，最后的結(jié)果取決于各個下屬省市采取的行動是否合理、有效。本次采用文獻(xiàn)[1]數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，指標(biāo)體系如圖1[1]所示，指標(biāo)值見表1。

表1 水利工程規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)值

表2 水利工程規(guī)劃環(huán)境影響指標(biāo)權(quán)重

表3 評價(jià)結(jié)果表

根據(jù)表1中指標(biāo)值，采用變異系數(shù)法計(jì)算指標(biāo)客觀權(quán)重和菲爾德法計(jì)算指標(biāo)主觀權(quán)重，并使用博弈論整合兩個權(quán)重，最后得到綜合權(quán)重，見表2。

根據(jù)表2權(quán)重，結(jié)合式(7)—(12)，對各個下屬市水利工程規(guī)劃環(huán)境影響進(jìn)行排序評價(jià)，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，本文的排序結(jié)果與文獻(xiàn)[1]的排序結(jié)果一致，說明模型具有一定合理性，對水利工程規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)具有一定適用性。

3 結(jié)論

本文以江蘇省水利規(guī)劃對環(huán)境影響評價(jià)為例，運(yùn)用主客觀賦權(quán)法對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)模型驗(yàn)證評價(jià)，并使用博弈論整合兩者權(quán)重得到綜合權(quán)重，這樣可以充分利用主客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，使賦權(quán)過程更為合理。最后得出本文模型排序結(jié)果為南通>蘇州>無錫>宿遷>泰州>徐州>南京>連云港>揚(yáng)州>淮安>鹽城>鎮(zhèn)江。本文模型與文獻(xiàn)[1]的排序結(jié)果完全一致。說明本文模型較為合理，可以為水利規(guī)劃對環(huán)境影響評價(jià)研究提供新的思路與方法。