水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)研究

盛代林

（1.重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，400030，重慶；2.廣東省深圳市水務(wù)局，518036，深圳）

水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)，體現(xiàn)了以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展觀的本質(zhì)要求，是我國(guó)水資源新戰(zhàn)略的理想選擇。目前對(duì)水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)系的研究，主要側(cè)重于水資源開(kāi)發(fā)利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的研究。隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)的提出，如何分析水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧度卻少有涉及。本文通過(guò)建立水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度指標(biāo)，利用協(xié)同學(xué)理論方法分析水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展復(fù)合系統(tǒng)的序參變量，通過(guò)各序參變量的有序度，結(jié)合熵權(quán)理論探討水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧度，并以某市為例進(jìn)行實(shí)證分析。

一、水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)

水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧性是復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)要素自身和子系統(tǒng)內(nèi)各要素間以及子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性、均衡性及一致性，和諧度是對(duì)這種和諧性的度量和數(shù)量表示。水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)的目的不僅僅是為了評(píng)估兩者之間的協(xié)調(diào)性，更重要的是為了對(duì)它們之間的未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中既要有反映水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)有規(guī)模和發(fā)展水平的靜態(tài)指標(biāo)，又要有能綜合反映水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)的指標(biāo)。

水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由目標(biāo)層、系統(tǒng)層、控制層、指標(biāo)層構(gòu)成，通過(guò)層次分析的多級(jí)運(yùn)算和權(quán)重閾值的時(shí)空判別，組成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系，使指標(biāo)體系的各個(gè)要素及其結(jié)構(gòu)都能滿足系統(tǒng)優(yōu)化要求，見(jiàn)圖1。

二、水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)模型

和諧是復(fù)合系統(tǒng)組成要素之間在發(fā)展過(guò)程中彼此的協(xié)調(diào)一致性，這種協(xié)調(diào)一致的程度稱為和諧度。和諧作用與和諧度決定了復(fù)合系統(tǒng)達(dá)到臨界區(qū)域時(shí)走向何種有序結(jié)構(gòu)，或決定復(fù)合系統(tǒng)從無(wú)序走向有序的趨勢(shì)。決定系統(tǒng)變化進(jìn)程的根本變量或者說(shuō)在系統(tǒng)發(fā)展演變中起決定作用的指標(biāo)稱為系統(tǒng)的序參變量。

圖1 水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.復(fù)合系統(tǒng)的有序度

協(xié)同學(xué)中對(duì)系統(tǒng)的組織過(guò)程及效應(yīng)采用如下方程描述：

式中，q=（q1，q2，…qm）代表系統(tǒng)的序參量即指標(biāo)；F∈Γ代表來(lái)自系統(tǒng)外部的作用，Γ 為F的容許集合；A，B （F），C（F）為相應(yīng)的系數(shù)矩陣，B（F），C（F）是 F的線性或非線性函數(shù)。

式（1）反映了在其他組織（外部作用F）的影響下，系統(tǒng)內(nèi)部序參量（慢弛豫變量）之間的協(xié)同效果 （q=（q1，q2，…qm））的一組具體取值；當(dāng)其他組織影響消失以后，系統(tǒng)內(nèi)部序參量（即慢弛豫變量）之間的協(xié)同效果僅取決于系統(tǒng)內(nèi)部的自組織過(guò)程。

水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展復(fù)合系統(tǒng)的和諧是指水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)及其與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)外之間所具有的較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換能力和互補(bǔ)關(guān)系的和諧運(yùn)動(dòng)。水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)包括水資源循環(huán)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，分別用i=1，2，來(lái)表示。首先定義各子系統(tǒng)的有序度概念。設(shè)區(qū)域子系統(tǒng)i發(fā)展過(guò)程中第j年的k指標(biāo)即序參變量描述為：eijk=（eij1，eij2， …eijn）（i=1，2；j=1，2， …m；k=1，2， …n），其中，n≥2，eij1，eij2， …eijn可以是描述子系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制與運(yùn)行狀況的若干指標(biāo)。 不失一般性，設(shè) Ωi1，Ωi2分別為效益型指標(biāo)和費(fèi)用型指標(biāo)下標(biāo)集，即對(duì)于 eijk，若 k∈Ωi1，則 eijk取值越大，子系統(tǒng)i有序度越高，取值越小，子系統(tǒng)i有序度越低。若 k∈Ωi2，則 eijk取值越小，子系統(tǒng)i有序度越高，取值越大，子系統(tǒng)i有序度越低。

設(shè) EIik≤eijk≤EMik，EIijk，EMijk， 實(shí)際上是子系統(tǒng)i第k個(gè)指標(biāo)的下限值和上限值。對(duì)于下限值，可以選取過(guò)去某年的實(shí)際值；對(duì)于上限值，可以根據(jù)區(qū)域子系統(tǒng)中該指標(biāo)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)值或規(guī)劃值選取。對(duì)于同一指標(biāo)，不同年份的EMik，EIik值相同。

子系統(tǒng)指標(biāo)序參量的有序度定義為：

由上述定義可知，ui（eijk）∈[0，1]，且 ui（eijk）越大，序參量 eijk對(duì)子系統(tǒng) i第j年的有序性貢獻(xiàn)就越大。因此，子系統(tǒng)指標(biāo)序參量eijk對(duì)系統(tǒng)有序度的總貢獻(xiàn)可以通過(guò)ui（eijk）的集成來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種集成的常用方法有幾何平均法和線性加權(quán)和法，本文采用線性加權(quán)和法，具體方法如下：

式中，ui（eij）表示第 i子系統(tǒng)第 j年的綜合有序度；wi（eijk）表示第 i子系統(tǒng)第j年k指標(biāo)的綜合權(quán)重；n為子系統(tǒng)序參量個(gè)數(shù)。

定義上述ui（eij）為子系統(tǒng)i第j年的系統(tǒng)有序度。 由此可知，ui（eij）∈[0，1]，ui（eij）越大，子系統(tǒng)序參量 eijk對(duì)子系統(tǒng)i有序的貢獻(xiàn)就越大，子系統(tǒng)i有序的程度就越高，反之則越低。

2.序參量有序度的綜合權(quán)重

序參量有序度權(quán)重的確定方法可以分為兩大類：主觀法與客觀法，這兩類方法各有特點(diǎn)，也有各自的不足，因此在綜合評(píng)價(jià)水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度時(shí)，采用主觀和客觀相結(jié)合的權(quán)重確定方法，基于熵理論的權(quán)重確定方法把主觀和客觀這兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使結(jié)果更加客觀合理。

設(shè)子系統(tǒng)有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)即序參量，第j年第k個(gè)指標(biāo)的屬性值為eijk，用公式（2）得到有序度 ui（eijk）。 對(duì)有序度 ui（eijk）進(jìn)行歸一化處理，得到一組離散分布值：

由熵的概念，則評(píng)價(jià)指標(biāo)k對(duì)決策對(duì)象j的相對(duì)重要性的不確定性可由熵來(lái)度量：

由熵極值性知，當(dāng) pijk（j=1，2，…m）相等時(shí)，熵最大即Emax=lnm。

子系統(tǒng)i第k指標(biāo)的相對(duì)熵用以下方程表示：

由熵的性質(zhì)知，Hjk∈[0，1]， 相對(duì)熵Hik越小，各指標(biāo)越接近，越均衡，所以選擇相對(duì)熵來(lái)量化各指標(biāo)提供信息的多少。

對(duì)相對(duì)熵進(jìn)行歸一化處理，得到子系統(tǒng)i第k指標(biāo)的熵權(quán)為：

評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)取決于各評(píng)價(jià)對(duì)象的固有信息，在多指標(biāo)評(píng)價(jià)中也不能忽略評(píng)價(jià)者的經(jīng)驗(yàn)判斷，為此引入另一個(gè)權(quán)值θik代表評(píng)價(jià)者的主觀判斷能力，兩者結(jié)合為一個(gè)綜合權(quán)值：

3.復(fù)合系統(tǒng)的和諧度

水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式與經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的具體表現(xiàn)就是水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相互支持、相互促進(jìn)、相互匹配，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不能以犧牲水資源、破壞生態(tài)平衡為代價(jià)，而是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，改善人居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

借鑒關(guān)于系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的理論，定義和諧度為：

式中，Cj為第j年水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧度，即兩子系統(tǒng)有序度之比；u1（e1）為水資源循環(huán)利用子系統(tǒng)有序度；u1（e1）為經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的有序度；n1為水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行子系統(tǒng)指標(biāo)個(gè)數(shù)；n2為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行子系統(tǒng)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

根據(jù)以上建立的水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度模型，判別標(biāo)準(zhǔn)如下：Cj=1，表示第j年水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧性很好；Cj≠1，表示第j年水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同步，和諧性差，Cj值偏離1的程度越大，和諧性越差?？紤]到指標(biāo)選取及賦權(quán)的人為因素，進(jìn)一步作如下劃分：Cj=[0.8，1） 和（1，1.2]，表示水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本和諧；Cj小于0.8，表示水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧性較差，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式過(guò)于滯后，需要加快發(fā)展水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的力度，保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展。Cj大于1.2，表示水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧性較差，水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式超前發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，相關(guān)部門應(yīng)充分利用水資源發(fā)展的有利條件，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展。

三、實(shí)證研究

根據(jù)所提出的水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)的指標(biāo)，結(jié)合某市水資源循環(huán)利用及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，確定各項(xiàng)指標(biāo)值。

表1 2005—2008年和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)

表2 子系統(tǒng)各指標(biāo)熵權(quán)及綜合權(quán)重

表3 子系統(tǒng)有序度及復(fù)合系統(tǒng)和諧度計(jì)算結(jié)果

表1為近幾年某市水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展運(yùn)行的指標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)各指標(biāo)的運(yùn)行情況確定上限值和下限值，由式（2）計(jì)算子系統(tǒng)各序參量的有序度。根據(jù)各子系統(tǒng)的有序度，計(jì)算子系統(tǒng)指標(biāo)的綜合權(quán)重。首先根據(jù)表1各指標(biāo)的有序度，按照公式（4）～（7），計(jì)算熵權(quán)λijk，然后再根據(jù)主觀判斷方法確定主觀權(quán)重 θik，根據(jù)公式（8）得到綜合權(quán)重wik，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)計(jì)算得到的子系統(tǒng)有序度及各指標(biāo)綜合權(quán)重，按照公式（9）得到水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和諧度的計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3。

從子系統(tǒng)有序度計(jì)算結(jié)果可知，2005—2008年，該市水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有序度逐年提高，向有序化方向發(fā)展，說(shuō)明序參量之間具有較好的協(xié)同作用；經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)基本上也逐年增加，除2007年有序度比上年減小外，其余各年逐年提高，基本向著有序化發(fā)展。

從表3可知，2005—2008年，復(fù)合系統(tǒng)的和諧度也在不斷發(fā)生變化。2005年和2008年的和諧度分別為0.928 1和0.953 2，表示這兩年水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧性較好，復(fù)合系統(tǒng)處于和諧發(fā)展的狀態(tài)。2006年和2007年的和諧度分別為0.713 7和1.267 5，表示復(fù)合系統(tǒng)的和諧性較差，可能原因是前一年水資源循環(huán)利用滯后所產(chǎn)生的滯后效應(yīng)，導(dǎo)致該年經(jīng)濟(jì)發(fā)展有序度的下降。

四、結(jié) 語(yǔ)

水資源循環(huán)利用是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然選擇，經(jīng)濟(jì)發(fā)展以水資源循環(huán)運(yùn)行為前提，兩者必須保持一定的協(xié)調(diào)和諧，才能使人類社會(huì)得到可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)水資源循環(huán)利用模式與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧度評(píng)價(jià)，判斷和測(cè)度水資源循環(huán)利用對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有利條件和不利條件，從而為各級(jí)政府、企業(yè)和公眾了解水資源循環(huán)利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系提供科學(xué)的判斷依據(jù)。

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