于雪峰,張鐘元,王永明,劉喜峰
(黑龍江大學 水利電力學院,哈爾濱 150080)
水資源可持續(xù)開發(fā)利用管理涉及區(qū)域水資源優(yōu)化配置和區(qū)域水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評價兩個重要內(nèi)容。在水資源可持續(xù)發(fā)展框架下,二者既有區(qū)別又有聯(lián)系,前者是在一定約束條件下,以生態(tài)效益、社會經(jīng)濟效益相對最優(yōu)為目標的多目標決策問題,它根據(jù)水資源的特性和系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展原理,對有限的水資源在時空上進行科學、合理的調(diào)配,以提高水資源利用率,實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用[1]。后者是對區(qū)域水資源配置方案,以水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展為目標的系統(tǒng)識別問題。它涉及區(qū)域之間基于水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境評價指標的系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價和區(qū)域內(nèi)部水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的評價。兩者之間的聯(lián)系體現(xiàn)在,在水資源優(yōu)化配置中應遵循水資源與社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展的原則,在水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境發(fā)展目標和協(xié)調(diào)發(fā)展原則之間表現(xiàn)為互為條件和目標:當系統(tǒng)要求其協(xié)調(diào)發(fā)展達到一定水平的情況下求解水資源優(yōu)化配置方案時,系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平是水資源優(yōu)化配置的約束條件;當系統(tǒng)要求其生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益滿足一定水平下求解系統(tǒng)最佳協(xié)調(diào)發(fā)展水平時,系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平變成水資源優(yōu)化配置的目標[1-3]。
本文研究現(xiàn)狀區(qū)域水資源開發(fā)利用的系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價問題,判別其系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展狀況,為區(qū)域水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供決策依據(jù)。
目前區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價可分為區(qū)域內(nèi)水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展評價和不同區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展評價,前者研究的是區(qū)域水資源的開發(fā)利用應滿足社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的原則[4-8];后者是以社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等為評價指標,研究不同區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題[9-13]。本文研究后者,以某區(qū)域的水資源承載能力評價為例,利用二元比較方法確定指標權(quán)重及兩級識別模型對區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平進行評價,并對區(qū)域之間水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平與區(qū)域水資源承載能力關系進行分析。
根據(jù)文獻 [2-3]可知系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度是一個模糊概念,且具有相對性。設需要進行協(xié)調(diào)發(fā)展評價的系統(tǒng)由n個子系統(tǒng)組成,各個子系統(tǒng)均有m個指標 (或因子)特征值表示其特征,則n個子系統(tǒng)的指標 (或因子)特征值矩陣為:
式中xij為子系統(tǒng)j指標i的特征值,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。
式中xip為p子系統(tǒng)就指標i的特征值;xiq為q子系統(tǒng)就指標i的特征值。
設子系統(tǒng)p與q就指標i的協(xié)調(diào)度icpq的權(quán)重為iwpq,則權(quán)重矩陣為:
則子系統(tǒng)p與q間的協(xié)調(diào)度模型為:
利用式 (6)的求解方法求得子系統(tǒng)p與總系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度為:
利用式 (6)求得n個子系統(tǒng)對總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)向量:
設子系統(tǒng)p對總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度cp的權(quán)重為wp,則得出總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度:
式 (9)稱為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度模型。
某區(qū)域水資源人均、1hm2平均占有量偏低,水少、人多、地多,水資源與人口、耕地等資源的匹配嚴重失衡。并且由于不合理的開發(fā)利用使其水環(huán)境惡化,水資源可利用量較少[14-15]。
[14],本文采用人均水資源量xi1(m3/人)、單位GDP耗水量xi2(m3/百元)、單位耕地占有水資源量xi3(m3/km2)和單位面積水資源量xi4(104m3/km2)4項指標對該區(qū)域17個地市水資源承載能力進行研究,利用式 (6)、式(7)、式 (9)系統(tǒng)協(xié)調(diào)模型對所研究區(qū)域17個地市水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進行評價。首先,計算指標相對隸屬度見表1。
表1 指標相對隸屬度Table 1 Standardized indicator of water resource
根據(jù)工程模糊集理論[16]的二元比較權(quán)重確定方法,得系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價4項指標的二元比較矩陣如下:
根據(jù)上面矩陣,確定4項指標權(quán)重向量為:
以地市1為例,根據(jù)式 (2),計算得到地市1的4項指標相對該區(qū)域其它地市的協(xié)調(diào)度矩陣:
根據(jù)式 (6)和矩陣 (12)得出地市1對該研究區(qū)域其他城市的協(xié)調(diào)度向量為:
同理可求得該區(qū)域其余16個地市與其它地市的協(xié)調(diào)度向量,從而得到17個地市之間的對稱協(xié)調(diào)矩陣,根據(jù)式 (7)可求得各城市對該區(qū)域的協(xié)調(diào)度向量為:
根據(jù)公式 (9)可求得總的協(xié)調(diào)度為0.482 8。
根據(jù)以上計算結(jié)果,得出承載力相對較高的一類區(qū)域 (地市2、3、4、5、7、8、9、10、15、17)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度>0.5,相對較低的二類區(qū)域(地市1、6、11、12、13、14、16)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度<0.5。說明該研究區(qū)域水資源承載力越高,系統(tǒng)協(xié)調(diào)性越好。
本例中,各地市的協(xié)調(diào)水平與該區(qū)域總體協(xié)調(diào)水平在 [0.260 6,0.587 0]之間,總體協(xié)調(diào)度是區(qū)域之間發(fā)展的相互協(xié)調(diào)程度的度量,協(xié)調(diào)度越高說明總體發(fā)展協(xié)調(diào)程度好,協(xié)調(diào)度小則說明協(xié)調(diào)性差,需要進行及時調(diào)整。該區(qū)域總的協(xié)調(diào)度為0.482 8,不算高,水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展還有一定的空間。為了提高總體協(xié)調(diào)性,對協(xié)調(diào)性差異較大的區(qū)域可以根據(jù)實際情況提高水資源承載力來提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平。
參考文獻:
[1]于雪峰,李忠華,張曉煒,等.基于系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的三江平原水資源優(yōu)化配置研究 [C]//變化環(huán)境下的水資源響應與可持續(xù)利用——中國水利學會水資源專業(yè)委員會2009學術(shù)年會論文集,2009.
[2]于雪峰.工程模糊集理論在水資源系統(tǒng)中應用研究[D].大連:大連理工大學,2004.
[3]劉喜峰.智能決策在水資源優(yōu)化配置中的應用研究[D].哈爾濱:黑龍江大學,2012.
[4]王愛苓,嚴永路,尹 崧,等.經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以保定市為例 [J].中國農(nóng)學通報,2012,28 (23):171-176.
[5]魏榮榮,成官文,羅介均,等.柳州市社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展評價 [J].廣州環(huán)境科學,2009,24(1):40-44.
[6]謝志忠,黃初升,趙 瑩.福建省社會、經(jīng)濟、人口與環(huán)境資源發(fā)展的協(xié)調(diào)度分析 [J].經(jīng)濟與管理評論,2012,(1):133-137.
[7]方錦文.佛山市社會、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)度測度研究[D].廣州:暨南大學,2010.
[8]郁 晶,陳 婷,凌 虹.蘇州市社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究 [J].環(huán)境科學與管理,2009,34 (5):130-134.
[9]聶春霞,何倫志,甘昶春.城市經(jīng)濟、環(huán)境與社會協(xié)調(diào)發(fā)展評價——以西北五省會城市為例 [J].干旱區(qū)地理,2012,35 (3):517-525.
[10]耿慧娟,延軍平.陜西省經(jīng)濟—社會—環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)性研究 [J].資源開發(fā)與市場,2011,27 (3):199-201.
[11]岳曉燕,周 軍.城市經(jīng)濟、社會與環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以15個副省級城市為例 [J].江淮論壇,2011,(5):37-41.
[12]曹 優(yōu).浙江省新農(nóng)村經(jīng)濟—社會—資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究 [D].杭州:浙江工業(yè)大學,2008.
[13]李秀娟,吉林省國有林區(qū)經(jīng)濟社會環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價研究 [D].北京:北京林業(yè)大學,2008.
[14]王好芳,吳 美,陳文艷.模糊聚類分析在區(qū)域水資源承載能力評價中的應用 [J].山東大學學報:工學版,2009,39 (3):139-143.
[15]許延生,劉興芳.模糊聚類迭代模型在水資源承載能力評價中的應用 [J].山東大學學報:工學版,2007,37 (3):100-105.
[16]陳守煜.工程模糊集理論與應用 [M].北京:國防工業(yè)出版社,1998.
[17] [澳]Daniel Connell.水政治 [M].謝永剛譯.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2011:26-42.