洪水資源化的水權(quán)分配模型構(gòu)建

王建麗

[摘 要]基于多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選理論，采用層次分析法對大慶地區(qū)洪水資源化過程中的水權(quán)進行了分配，得出結(jié)論：洪水資源化的水權(quán)應(yīng)較多地用于生態(tài)環(huán)境用水而非工農(nóng)業(yè)用水，以此來達到資源化洪水的合理配置，促進洪水資源使用的利益最大化。

[關(guān)鍵詞]層次分析法；水權(quán)分配；大慶地區(qū)

[中圖分類號]F062.1 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]2095-3283（2015）06-0074-06

一、資源化水權(quán)分配模型

資源化水權(quán)的分配是一個復(fù)雜的決策問題，涉及到所在地區(qū)政治、經(jīng)濟、社會、環(huán)境等多方面的因素，同時影響這些因素的指標(biāo)又有很多，故可采用多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選方法來分配水權(quán)。

（一）用層次分析法計算各指標(biāo)權(quán)重

1.層次分析法的概念

層析分析法是美國運籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出的一種層次權(quán)重決策分析方法，該方法將定量分析與定性分析結(jié)合起來，用決策者的經(jīng)驗判斷各衡量目標(biāo)能否實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對重要程度，并合理地給出每個決策方案的每個標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)數(shù)，利用權(quán)數(shù)求出各方案的優(yōu)劣次序，比較有效地應(yīng)用于那些難以用定量方法解決的課題，適用于水權(quán)分配模型建立的要求。

2.建立層次結(jié)構(gòu)模型

在對社會經(jīng)濟各方面系統(tǒng)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，將目標(biāo)準(zhǔn)則體系所包含的因素劃分為不同層次，構(gòu)建梯級層次結(jié)構(gòu)模型。將決策的目標(biāo)、考慮的因素（決策準(zhǔn)則）和決策對象按它們之間的相互關(guān)系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，繪出層次結(jié)構(gòu)圖。

（1）構(gòu)造判斷矩陣

按照層次結(jié)構(gòu)模型，從上到下逐層構(gòu)造判斷矩陣。每一層元素都以相鄰上一層次各元素為準(zhǔn)則，按1～9標(biāo)度方法構(gòu)造。表1中所列各級標(biāo)度，在數(shù)值上給出兩元素相對重要程度的等級，根據(jù)1～9標(biāo)度，就可以構(gòu)造出判斷矩陣A=（aij）n×n。

（2）模型的檢驗——進行層次單排序及其一致性檢驗

①根據(jù)實際情況，用不同方法求解判斷矩陣的最大特征值和對應(yīng)的特征向量，經(jīng)過歸一化處理后，即得層次單排序權(quán)重向量。

在層次分析法中，用定義計算判斷矩陣的特征值和特征向量比較麻煩，尤其是在階數(shù)比較高的情況。我們注意到，判斷比較矩陣是通過定性比較得到的相對準(zhǔn)確的結(jié)果，對它的精密計算是沒有必要的，所以用近似計算即可，主要有“和法” “冪法”和“根法”。

因“和法”是其中最簡便、最常用的方法，因此本文采用此法，主要步驟如下：

第一步：先求出判斷矩陣的每一元素每一列的總和；

第二步：求標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣，方法是把判斷矩陣的每一元素除以其相對應(yīng)列的總和；

第三步：求每個方案的權(quán)重，方法是計算標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣的每一行的平均值。

②層次單排序要進行一致性檢驗，檢驗不合格的要修正判斷矩陣，直到符合一致性標(biāo)準(zhǔn)。判斷矩陣一致性檢驗步驟是：

第一步：利用公式CI=λmax-nn-1求出一致性指標(biāo)，其中λmax為判斷矩陣的最大特征值；

第二步：查表得到平均隨機一致性指標(biāo)尺RI；

第三步：計算一致性比率CR=CIRI，當(dāng)C.R.≤0.01時接受判斷矩陣，否則修正判斷矩陣。

（3）模型的檢驗——進行層次總排序及其一致性檢驗

層次總排序是從上到下逐層進行的，設(shè)相鄰兩層次中，層次A包含有m個元素A1，…，Am，層次B包含有n個元素B1，…，Bn。上一層元素總排序權(quán)重分別為w1，…，wn，下一層次關(guān)于上一層次元素Aj的層次單排序權(quán)重向量為（bij，…，bnj），層次B的總排序權(quán)重計算值中的第i個值為：mj=1wjbij。同樣的，層次總排序的一致性檢驗也是從上到下逐層進行。

（二）用模糊決策理論構(gòu)造方案層評價矩陣

1.定量指標(biāo)評價值的確定

對于定量目標(biāo)，正指標(biāo)（越大越優(yōu)型指標(biāo)）的評價值計算公式為

γij =fij -fimin d（1）

負指標(biāo)（越小越優(yōu)型指標(biāo)）的評價值計算公式為

γij =fi max -fij d（2）

式中：d為級差值，d=fimax-fimin

fij為j決策的第i個指標(biāo)值，γij為第i個指標(biāo)對第j個決策的評價值

2.定性目標(biāo)優(yōu)屬度確定

當(dāng)fij為定性指標(biāo)時，評定值模糊矩陣R可由專家評議確定?？蓪⒅笜?biāo)對用水戶的影響分為9個等級，分別為：最大、很大、大、較大、中、較小、小、很小、最小，可按下面表中的賦值標(biāo)準(zhǔn)給出評定值。當(dāng)指標(biāo)介于兩個等級之間時，評定值在這兩個等級評定值之間，見表2。

二、水權(quán)分配案例研究——以大慶地區(qū)為例

（一）可資源化利用的洪水總量分析

大慶地區(qū)地處北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，每年的4—11月均有降水，但主要集中在6、7月份，根據(jù)2013年降雨量數(shù)據(jù)，計算得出當(dāng)年蓄水量約為4億m3。根據(jù)歷史資料，維持各滯洪區(qū)合理庫容約需要3億m3的水量。因此去掉維持合理庫容必須的水量，能資源化的洪水總量約為1億m3，即水權(quán)分配中可分配水量為1億m3。

（二）水權(quán)分配及計算

1.水權(quán)分配原則

結(jié)合大慶地區(qū)實際情況，我們確定大慶地區(qū)資源化水權(quán)分配的原則有：尊重現(xiàn)狀原則、優(yōu)先考慮水資源生態(tài)需求原則、可持續(xù)原則、效率性原則和公平性原則。

2.建立層次結(jié)構(gòu)圖

大慶地區(qū)洪水資源化利用的水權(quán)分配的層次結(jié)構(gòu)圖（見圖1）。

指標(biāo)層各指標(biāo)的解釋如下：

（1）B11用水量：根據(jù)用水量來分配水權(quán)，尊重、承認和維護各用水戶的用水背景與用水現(xiàn)狀，給予實際用水量較多的用水戶以相應(yīng)較多的資源化水權(quán)。

（2）B12缺水量：根據(jù)缺水量來分配資源化水權(quán)有利于促進各行業(yè)之間的和諧發(fā)展。缺水量較大的用水戶，應(yīng)該給予更多的水權(quán)，這樣可以把有限的洪水資源進行高效利用。endprint

（3）B13用水投資額：資源化水權(quán)本質(zhì)上是一種商品水，如果一個用水戶無法承擔(dān)相應(yīng)配額水權(quán)的水價，那么這種水權(quán)分配就是無效的。對水費預(yù)算額較大的用水可給予較多的水權(quán)，反之則給予較少的水權(quán)，是市場化水權(quán)分配方法的要求。

圖1 層析分析法結(jié)構(gòu)圖

（4）B21綠化覆蓋率：城市綠化過程中要大量用到水資源，因此對綠化專門給予一定的水權(quán)有利于城市生存環(huán)境的改善。

（5）B22土地沙化：該指標(biāo)作為水權(quán)分配的定性指標(biāo)來對待。對受土地沙化影響較大的用水戶，給予較多的水權(quán)，反之給予較少的水權(quán)，以此激勵用水戶治理土地沙化。

（6）B23地下漏斗：為激勵地下漏斗的治理，對受地下漏斗影響較大的用水戶給予較多的水權(quán)，以此通過人工回灌等方法恢復(fù)地下水位。

（7）B24土壤鹽堿化：對受土壤鹽堿化影響較大的用水戶，給予較多的水權(quán)，以此激勵用水戶治理土壤鹽堿化。

（8）B25濕地面積：大慶作為“百湖之城”，城中有大量的濕地，其水位補給需要大量的水源。

（9）B26水體污染狀況：對污染嚴(yán)重的行業(yè)給予較少的水權(quán)，對污染較輕或排污工作完成較好的行業(yè)給予較多的水權(quán)，以此來激勵用水戶重視污染治理問題。

（10）B31萬元產(chǎn)值用水量：對于萬元產(chǎn)值用水量較低的行業(yè)給予較多的水權(quán)，反之則給予較多的水權(quán)，體現(xiàn)效率優(yōu)先的原則，同時在一定程度上能引導(dǎo)水資源向利用效率高的行業(yè)流動。

（11）B32水資源利用率：對水資源利用效率較高的用水戶給予較多的水權(quán)，反之則給予較少的水權(quán)，以此來激勵用水戶提高水資源利用效率。

（12）B33產(chǎn)業(yè)貢獻率：指的是工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生態(tài)等不同產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟增長的貢獻率，為了更好地體現(xiàn)效率原則的要求，對貢獻率較大的產(chǎn)業(yè)給予較多的水權(quán)，反之則給予較少的水權(quán)。

（13）B41最低需水量：該指標(biāo)對三大用水戶的具體含義有所不同，對工業(yè)來講，本文所指的最低用水量是維持油田及石化基本生產(chǎn)需要的用水量；對農(nóng)業(yè)來講，是指維持農(nóng)田基本灌溉用水所需要的水量；對生態(tài)來講，就是維持生態(tài)平衡的最低需水量。

不同用水戶的最低需水量不同，對需水量較大的用水戶給予較多的水權(quán)，反之則給予較少的水權(quán)，有利于維護各用水戶之間的平衡發(fā)展，體現(xiàn)了公平原則的要求。

（14）B42水價計價方式：對不同用水戶采取不同的水價計價方式，有利于促進水資源的合理、高效利用，避免水資源的浪費。本文中的水價計價方式被作為一種定性指標(biāo)來衡量其對不同用水戶間的影響。

（15）B43政策因素：國家政策的頒布與實施對水權(quán)分配有較大的影響，例如國家倡導(dǎo)不能以犧牲環(huán)境為代價來謀求經(jīng)濟發(fā)展，在水權(quán)分配時，就要將適當(dāng)比例的水權(quán)分配到生態(tài)用水中，而不是全部分配給經(jīng)濟用水。

3.指標(biāo)權(quán)重的計算

構(gòu)造判斷矩陣最重要的就是要確定的值，即確立各個指標(biāo)之間的相對重要程度，主要是采用向?qū)＜易稍兊姆椒?，必要時需成立專家組背靠背打分，綜合專家組的意見確定判斷矩陣的各元素。本文在確定各個指標(biāo)之間的相對重要程度時，采用向?qū)＜液痛髴c地區(qū)防洪工程管理處工作人員咨詢的辦法。

（1）準(zhǔn)則層權(quán)重的計算

第一，構(gòu)造準(zhǔn)則層判斷矩陣。

第二，采用“規(guī)范列平均法”對矩陣B做歸一化處理，得出

第三，對矩陣進行一致性檢驗。

矩陣相乘得BW=0.43651.66851.04900.9821利用公式λmax=1n∑ni=1（BW）iWi

得出最大特征值：λmax=4.1154

利用公式C.I.=λmax-nn-1（其中λmax=4.1154，n=4）

計算得C.I.=0.0384，查表1-3可知R.I.=08931

（3）總排序一致性檢驗

層次總排序一致性檢驗公式為：

C.R.=∑4k=1BkC.I.k∑4k=1BkR.I.k

其中Bk為各準(zhǔn)則層的相對權(quán)重，C.I.k和R.I.k為各個準(zhǔn)則層下一致性檢驗的計算結(jié)果，總排序一致性檢驗結(jié)果見表6。

經(jīng)計算得C.I.=0.00498，R.I.=0.80569，C.R.=0.0062<0.1。

故層次總排序通過一致性檢驗，可將Ni j 作為指標(biāo)的系統(tǒng)權(quán)重。

4.構(gòu)造方案層的評價矩陣

在構(gòu)造方案層的評價矩陣時，首先把指標(biāo)分為直接指標(biāo)和間接指標(biāo)兩類，直接指標(biāo)是指該指標(biāo)權(quán)重可以直接歸屬于某一用水戶（本文中直接分給生態(tài)用水），而間接指標(biāo)是指該指標(biāo)權(quán)重需要分配到各用水戶。直接指標(biāo)不需要再進行評價，而是直接用其層次總排序權(quán)重與可分配水量的乘積得出模型分配水權(quán)，劃歸到某一特定用

水戶（本文指生態(tài)用水）。間接指標(biāo)采用流域水權(quán)分配的方法，分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)進行評價。

本研究中的直接指標(biāo)指B21綠化覆蓋率和B25濕地面積，其余13個指標(biāo)均為間接指標(biāo)。直接指標(biāo)分水量用WIZ表示，間接指標(biāo)分水量用WIJ表示。

（1）根據(jù)直接指標(biāo)計算生態(tài)優(yōu)先分水量

綠化覆蓋率層次總排序權(quán)重N21=0.0918，濕地面積層次總排序權(quán)重N25=0.1341，可分配的洪水資源總量WI=1億m3，經(jīng)過計算得出綠化覆蓋率指標(biāo)分得的資源化水量為WI·N21=918萬m3，濕地面積指標(biāo)分得的資源化水量為WI·N25=1341萬m3，如表7所示。

因此，直接指標(biāo)的總分水量WIZ=918+1341=2259萬m3。

（2）根據(jù)間接指標(biāo)構(gòu)造方案層評價值模糊矩陣

間接指標(biāo)一共有13個，其中用水量、缺水量、用水投資額、萬元產(chǎn)值用水量、水資源利用率、產(chǎn)業(yè)貢獻率、最低需水量7個指標(biāo)為定量指標(biāo)；土地沙化、地下漏斗、土壤鹽堿化、水體污染情況、水價計價方式、政策因素8個為定性指標(biāo)。endprint

①定量指標(biāo)評價值的確定

第一：對每個定量指標(biāo)要做資料收集的工作，以此確定的水量分配判別指標(biāo)的量化值如表8所示。

資料來源：黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程資料匯編，中國水資源公報，大慶市2013年統(tǒng)計年鑒。

第二：確定定量指標(biāo)的正負屬性，根據(jù)公式（3.1）和（3.2）計算其評價值。

根據(jù)前文對各指標(biāo)的具體解釋，我們確定“萬元產(chǎn)值用水量”為負指標(biāo)，其余6個定量指標(biāo)均為正指標(biāo)，也就是說用水量越大、缺水量越大、用水投資額越大、萬元產(chǎn)值用水量越少、水資源利用率越高、產(chǎn)業(yè)貢獻率越大、最低需水量越大，分配到的水權(quán)就越多。計算的結(jié)果如表9所示。

②定性指標(biāo)優(yōu)屬度確定

每個定性指標(biāo)需要結(jié)合部分已有研究和結(jié)合專家咨詢法根據(jù)表2中的賦值標(biāo)準(zhǔn)對指標(biāo)進行打分，根據(jù)打分結(jié)果得到表10。

根據(jù)表6，去掉兩個直接指標(biāo)的權(quán)重（N21和 N25），得到各間接指標(biāo)的層次總權(quán)重排序矩陣：

對直接指標(biāo)和間接指標(biāo)結(jié)合進行分析得出最終的分水量：

直接指標(biāo)已經(jīng)分配的生態(tài)水量WIZ=2259萬m3

間接指標(biāo)可分配的總水量為：WIJ=WI-WIZ=7741萬m3

根據(jù)公式（1.3）各用水戶的分水量為：WI1=WIJ·e1=3097.31萬m3

三、結(jié)論

表11的計算結(jié)果表明：大慶地區(qū)資源化的洪水應(yīng)主要用于補給生態(tài)環(huán)境，其次可以用來支持工農(nóng)業(yè)發(fā)展，這是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，有利于改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，緩解已有的生態(tài)環(huán)境問題。

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（責(zé)任編輯：郭麗春）endprint