基于模糊綜合評(píng)判的貴州省水資源安全評(píng)價(jià)研究*

李素貞， 王 鵬

(1.貴陽市環(huán)境突發(fā)事件應(yīng)急中心;2.貴州省水利科學(xué)研究院， 貴陽 550002)

水是人類賴以生存和發(fā)展不可缺少的重要資源，隨著人口增長、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，社會(huì)對(duì)水資源的需求量越來越大，水危機(jī)正成為未來人類面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。貴州省水資源量相對(duì)豐富，但由于時(shí)空分布不均，加上下墊面特殊的水文地質(zhì)條件，增加了水資源開發(fā)利用的難度。此外，在一些地方，由于只注重當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，而忽視了對(duì)水資源的合理利用，導(dǎo)致水污染、水浪費(fèi)等現(xiàn)象嚴(yán)重。目前，貴州省存在不同程度的工程型缺水、水質(zhì)型缺水和管理型缺水。本文在對(duì)貴州省水資源安全資料收集整理的基礎(chǔ)上，以“十一五”末期為評(píng)價(jià)時(shí)段，以2010年為數(shù)據(jù)資料基準(zhǔn)年，利用模糊綜合評(píng)判方法，采用AHP方法賦權(quán)，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)模型，并對(duì)全省地表水資源安全進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以反映全省水資源安全當(dāng)前所處的狀態(tài)，為全省水資源的可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 貴州省水資源概況

貴州省位于我國西南部，國土面積176 167 km2，其中三分之二以上為巖溶面積，是我國巖溶分布最廣的省份。全省水資源相對(duì)豐富，多年平均降水量1 179 mm，多年平均徑流量1 062億 m3［1］。境內(nèi)河流分屬長江流域和珠江流域，約三分之二的面積屬長江流域，三分之一的面積屬于珠江流域。本次評(píng)價(jià)涉及主要河流及其流域面積見表1，其中，烏江流域面積最大，省內(nèi)流域面積66 807 km2，占到全省國土面積的38%。

表1 評(píng)價(jià)所涉主要河流流域面積情況表

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)法就是用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受多種因素制約的事物和現(xiàn)象作出一個(gè)總體評(píng)價(jià)的方法。該方法能較好地將許多定性的東西定量化，從而有助于進(jìn)行分析評(píng)價(jià)［2］。具體計(jì)算步驟如下:

(1)建立評(píng)判集、因素集

評(píng)判集是對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合。評(píng)判集可表示為:V={V1，V2，V3…Vn}，其中Vi(i=1，2，3，…，n)是評(píng)價(jià)結(jié)果，n 為評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)。本文將貴州省水資源安全劃分為“非常安全”、“安全”、“基本安全”、“亞安全”、“不安全”5種狀態(tài)等級(jí)，評(píng)判集可以表示為:V={非常安全、安全、基本安全、亞安全、不安全}，各等級(jí)臨界值采用問卷調(diào)查法、標(biāo)準(zhǔn)法以及參照系法等方法綜合確定。

因素集是由影響評(píng)價(jià)對(duì)象的各個(gè)因素組成的集合，可以表示為 U={U1，U2，U3…，Un}，其中 Ui(i=1，2，3，…，n)代表各影響因素或子集，若為子集，則最后一層為各種影響因素。本文評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可劃分為3層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層，Ui={Ui1，U …，U}，其中m為第i個(gè)子集或者準(zhǔn)則層中指標(biāo)數(shù)量。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及各指標(biāo)取值情況見表2。

(2)隸屬度的確定

模糊數(shù)學(xué)中主要是以隸屬度來描述事物的模糊界限，本文根據(jù)上文中劃分的5種狀態(tài)，采用公式法來確定各因素的隸屬度。各評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬函數(shù)公式構(gòu)造如下:

分劃準(zhǔn)標(biāo)級(jí)等及系體標(biāo)指價(jià)評(píng)全安源資水省州貴2表

式中:k1、k3、k5、k7分別為相鄰等級(jí)區(qū)間的臨界值，k、k、k分別為等級(jí) V、V、V區(qū)間的中點(diǎn)值，246234對(duì)于成本型指標(biāo)只需將計(jì)算式右端區(qū)間不等式符號(hào)互換即可。

(3)模糊綜合評(píng)判模型

各評(píng)價(jià)因素對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度rij可構(gòu)成評(píng)判矩陣R，R可表示為:

水資源安全評(píng)價(jià)值可以由公式表示:

式中:A代表權(quán)重集。對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域水資源安全模糊綜合評(píng)價(jià)值可以表示為:

式中:ai表示為第i個(gè)元素權(quán)重;rij表示第i個(gè)元素在第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)中的隸屬度。

2.2 權(quán)重確定

本文采用層次分析法(AHP)確定各指標(biāo)權(quán)重，層次單排序采用和積法計(jì)算，具體計(jì)算步驟及一致性檢驗(yàn)詳見文獻(xiàn)［3］，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值見表3。綜合各專家對(duì)各層指標(biāo)兩兩比較結(jié)果，經(jīng)一致性檢驗(yàn)合格后，可以得到各指標(biāo)的相對(duì)重要性判斷矩陣，經(jīng)計(jì)算總排序一致性檢驗(yàn)CR為0.038 5，單排序一致性檢驗(yàn) CR分別為0.012 8、0.017 1、0.007 9、0.021 1、0.007 9，均小于 0.1，總排序和單排序滿足一致性檢驗(yàn)，權(quán)重分配合理。各指標(biāo)權(quán)重及一致性檢驗(yàn)計(jì)算成果見表4。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

表4 各指標(biāo)權(quán)重及一致性檢驗(yàn)成果

3 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(1)～(5)式計(jì)算出現(xiàn)階段貴州省水資源安全各評(píng)價(jià)指標(biāo)在各評(píng)價(jià)等級(jí)中的隸屬度，再利用已確定的各指標(biāo)權(quán)重成果(見表4)和公式(6)～(8)，可得到評(píng)價(jià)成果，見表5。根據(jù)表5中成果并結(jié)合最大隸屬度原則可以看出，準(zhǔn)則層中綜合效益為不安全等級(jí)，隸屬度0.351 2，表明區(qū)域內(nèi)水資源利用綜合效益總體較差，主要是受到農(nóng)村飲用水安全度不高，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較低的影響;水資源利用效率為亞安全偏不安全等級(jí)，其亞安全隸屬度為0.652 6，且不安全等級(jí)隸屬度達(dá)到0.183 1，表明區(qū)域內(nèi)水資源利用效率較為低下，主要是受到灌灌溉水利用系數(shù)、再生水回用率偏低、以及萬元工業(yè)增加值用水量偏高的影響;水資源保護(hù)為基本安全等級(jí)，隸屬度為0.505 2，但從準(zhǔn)則層中的綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果來看，區(qū)域內(nèi)部分城市污水和工業(yè)廢水存在偷排現(xiàn)象，導(dǎo)至省內(nèi)水功能區(qū)水質(zhì)總體低下;管理水平為亞安全等級(jí)，其隸屬度為0.479 6，表明區(qū)域內(nèi)水資源管理水平(如計(jì)量設(shè)施不配套、管理信息化水平低等)比較落后，將難以滿足現(xiàn)代水利對(duì)管理水平的要求;水資源可持續(xù)性為基本安全等級(jí)，其隸屬度為0.352 0，主要是因?yàn)橘F州省內(nèi)降水總體豐富，在正常年份或偏估年份，能保證水資源供需基本平衡。總體來說，貴州省現(xiàn)階段水資源安全處在亞安全等級(jí)，隸屬度為0.326 4，綜合效益不高、水資源利用效率低下以及水資源管理水平落后等因素制約了全省水資源的可持續(xù)發(fā)展。

表5 貴州省水資源安全評(píng)價(jià)成果

5 結(jié)語

貴州省水資源安全狀態(tài)目前處于亞安全等級(jí)，農(nóng)村飲用水安全度不高、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較低、灌溉水利用系數(shù)、再生水回用率偏低、以及萬元工業(yè)增加值用水量偏高、供排水檢測計(jì)量措施缺乏是影響貴州省目前水資源安全狀態(tài)不佳的主要因素。為改善貴州省目前的水資源安全狀態(tài)，本文從影響其狀態(tài)的主要因素出發(fā)，提出以下幾個(gè)方面的建議:①大力發(fā)展農(nóng)村人飲工程建設(shè)，保障農(nóng)村飲用水安全;②調(diào)整全省傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，加快推進(jìn)灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造建設(shè)，發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)用水水資源利用率;③加大水資源保護(hù)力度，確立各水功能區(qū)納污紅線，嚴(yán)格控制排污總量;④ 加大水利信息化建設(shè)力度，重視各行業(yè)水資源計(jì)量設(shè)施投入，提高全省水資源利用管理水平。

［1］黃法蘇.貴州省水資源現(xiàn)狀、問題及對(duì)策［J］.貴州水力發(fā)電，2007，21(3):5 －8.

［2］孔令強(qiáng).基于AHP及模糊理論的水庫移民社會(huì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)［J］.人民長江，2006，37(8):114 －116.

［3］許樹柏.層次分析法原理［M］.天津:天津大學(xué)出版社，1988:6－13.