基于層次分析法的五常市水權(quán)分配模型研究

李鐵男，董 鶴，徐柳娟，高娟娟

(黑龍江省水利科學(xué)研究院， 哈爾濱 150000)

水資源屬于國(guó)家所有，具有重要的生態(tài)功能和資源功能。水權(quán)是建立在水資源公有基礎(chǔ)上的一種使用獲益權(quán)[1]。本文水權(quán)確權(quán)工作的主要目的是確定五常市縣域水資源的空間范圍，分清水資源所有權(quán)、使用權(quán)及確權(quán)水量，明晰水權(quán)的歸屬關(guān)系和權(quán)利義務(wù)。進(jìn)行水權(quán)分配對(duì)健全自然資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、倒逼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、建立健全水市場(chǎng)、節(jié)約集約利用資源、保護(hù)水生態(tài)空間具有重要促進(jìn)作用，對(duì)完善現(xiàn)代水治理體系具有重要意義。

層次分析法是一種實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法，本文通過(guò)構(gòu)建水量分配數(shù)學(xué)模型將生活、農(nóng)業(yè)、非農(nóng)生產(chǎn)、生態(tài)四類(lèi)不同性質(zhì)用水的權(quán)重表示為有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)判斷對(duì)決策方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序[2]。

1 水權(quán)分配數(shù)學(xué)模型

1.1 建立水量分配指標(biāo)體系

初始水權(quán)分配在區(qū)域人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境等協(xié)調(diào)發(fā)展中起決定性作用。選擇指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)兼顧其代表性、關(guān)聯(lián)性、獨(dú)立性、易于量化、簡(jiǎn)單、直觀(guān)和實(shí)用性等因素[3]。依據(jù)上述原則本文共選擇10個(gè)指標(biāo)：產(chǎn)水因素、地域因素、人口增長(zhǎng)、糧食安全、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)率、現(xiàn)狀供水、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)效益、用水效益及合理用水。指標(biāo)選擇情況見(jiàn)表1。

表1 評(píng)判指標(biāo)及計(jì)算公式

1.2 水權(quán)分配層次結(jié)構(gòu)圖

組成水權(quán)層次結(jié)構(gòu)的有：目標(biāo)層(水資源總量)、準(zhǔn)則層(包括自然準(zhǔn)則、社會(huì)準(zhǔn)則、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則及環(huán)境準(zhǔn)則)、評(píng)估指標(biāo)層

(由表1所列的代表性評(píng)判指標(biāo)體系組成[3])和被評(píng)判分區(qū)層(最終分配目標(biāo))組成。下圖1[3-5]為初始水權(quán)分配層次結(jié)構(gòu)圖。

圖1 水權(quán)分配層次結(jié)構(gòu)圖

1.3 計(jì)算各層元素的相對(duì)權(quán)重

本文通過(guò)建立水權(quán)分配層次結(jié)構(gòu)圖，明確層與層間的隸屬關(guān)系。構(gòu)造判斷矩陣，從而算得“評(píng)判準(zhǔn)則”、“評(píng)判指標(biāo)”的權(quán)系數(shù)。

表2 初始水權(quán)分配評(píng)判指標(biāo)的權(quán)系數(shù)計(jì)算公式

各單項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)的最終權(quán)重為：Ai·Bj·Ck。

1.4 評(píng)判指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)

評(píng)判指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)即對(duì)評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)先程度排序。綜合國(guó)內(nèi)、外初始水權(quán)分配的大量理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，考慮黑龍江省五常市水權(quán)分配實(shí)際情況，將優(yōu)先權(quán)分為：“絕對(duì)優(yōu)先”、“優(yōu)先”、“適當(dāng)優(yōu)先”、“適當(dāng)置后”、“置后”、“基本無(wú)權(quán)”6個(gè)等級(jí)，取值在0～10之間，見(jiàn)表3。

1.5 評(píng)判指標(biāo)優(yōu)先權(quán)權(quán)系數(shù)計(jì)算

在確定各評(píng)判指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重及優(yōu)先序等級(jí)后，即可對(duì)評(píng)判準(zhǔn)則、評(píng)判指標(biāo)的優(yōu)先權(quán)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Em=∑AiBjCkDm

(1)

式中：Em為第m分區(qū)總優(yōu)先權(quán)系數(shù)；Ai為第i類(lèi)準(zhǔn)則權(quán)數(shù)(i=1,2,3)；Bj為第j類(lèi)因素權(quán)數(shù)(j=1,2,3,…,9)；Ck為第k項(xiàng)指標(biāo)權(quán)數(shù)(k=1,2,3,…,10)；Dm為第m分區(qū)第k項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)(k=1,2,3,…,10，Dm=0～10)；Em/∑E為第m分區(qū)的水權(quán)分配比例。

2 黑龍江省五常市基本情況

五常市位于黑龍江省南部地區(qū)，地域西北傾斜呈狹長(zhǎng)形，北部接壤松嫩平原。五常市平均年徑流總量為34 億m3，多年平均降水量為625 mm，年徑流深為500～1 000 mm。五常市是典型的農(nóng)業(yè)、水利大市，全市共有各類(lèi)灌區(qū)3 732 處。為適應(yīng)我國(guó)農(nóng)村水利建設(shè)的新形勢(shì)，五常市組建了基層水利服務(wù)機(jī)構(gòu)和農(nóng)民用水合作組織，在水資源管理和水利工程運(yùn)行中發(fā)揮了積極作用。

表3 評(píng)判指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)

本文通過(guò)分析五常市縣域內(nèi)當(dāng)?shù)氐乇硭\層地下水、域外調(diào)水等各種水源情況[6]。以五常市“三條紅線(xiàn)”用水總量控制目標(biāo)為限定條件，通過(guò)收集整理縣域內(nèi)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水文水資源、供水與用水現(xiàn)狀等詳細(xì)資料，建立水權(quán)確權(quán)工作數(shù)據(jù)庫(kù)，確定縣域內(nèi)可分配水總量。通過(guò)收集資料和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定五常市縣域可分配水總量為133 900 萬(wàn)m3，其中地下水可分配水總量為26 735 萬(wàn)m3，地表水可分配水總量為107 165 萬(wàn)m3。

3 黑龍江省五常市水權(quán)分配

本文針對(duì)五常市生活用水、生態(tài)用水、非農(nóng)生產(chǎn)用水、農(nóng)業(yè)用水及預(yù)留水量進(jìn)行初始水權(quán)分配。

3.1 評(píng)判指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)計(jì)算

3.1.1 評(píng)判指標(biāo)選擇

根據(jù)黑龍江省五常市水資源特點(diǎn)，本文選取的評(píng)判指標(biāo)為：①“影響水量因素”：地下水水權(quán)分配的核心因素，地下水水權(quán)依附于土地所屬；②“地域因素”：主要體現(xiàn)在對(duì)城鎮(zhèn)供水中，當(dāng)在城區(qū)以外取水源時(shí)，是一個(gè)需要考慮的因素；③“人口變化”：是地區(qū)人口增長(zhǎng)情況，是比較重要的因素；④“用水安全”：比較重要的因素，是取水安全要考慮的因素，該項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重大于地域因素、現(xiàn)狀供水因素；⑤“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素”：不是很重要的因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)率增加會(huì)使經(jīng)濟(jì)總量增加；⑥“尊重現(xiàn)狀”：是現(xiàn)狀供水情況，水資源利用情況，是比較重要的因素；⑦“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)供水的影響，主要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水利工程的影響，不是一個(gè)很重要的因素；⑧“經(jīng)濟(jì)效益”因素：經(jīng)濟(jì)效益的多少與供水條件的好壞有直接關(guān)系，是需要適當(dāng)考慮的因素；⑨“土壤鹽堿化”因素：土地次生鹽堿化對(duì)水質(zhì)的影響，由于地域因素，不是很重要的因素；⑩“水質(zhì)污染”因素：水質(zhì)污染的程度直接影響到供水安全，是比較重要的因素。

3.1.2 權(quán)重系數(shù)計(jì)算

本文通過(guò)構(gòu)造判斷矩陣，依據(jù)層次結(jié)構(gòu)圖分層確定各評(píng)判指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。并對(duì)各評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，根據(jù)比較后的重要程度進(jìn)行比例標(biāo)度賦值，最后采用方根法計(jì)算判斷矩陣的特征向量W，將評(píng)判指標(biāo)歸一化[7]。計(jì)算公式如下：

(2)

式中：(AW)i為第i個(gè)元素；λmax為最大特征根值。

通過(guò)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，可評(píng)判所構(gòu)造的判斷矩陣的合理性。按如下步驟進(jìn)行檢驗(yàn)：

(1)一致性指標(biāo)C.I.。

(3)

式中：n為判斷矩陣的階數(shù)。

(2)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。取多次重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的算數(shù)平均值。

(3)一致性比例。

(4)

當(dāng)C.R.≤0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣合理，當(dāng)C.R. >0.1時(shí)，需重新構(gòu)造判斷矩陣，并計(jì)算。

通過(guò)比較判斷可得如表4矩陣[8]，并計(jì)算出特征向量和最大特征值。其中：將B1(自然準(zhǔn)則)與B2(社會(huì)準(zhǔn)則)做比較，B1比B2很重要；將B2(社會(huì)準(zhǔn)則)與B3(經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則)做比較，B2比B3稍重要；將B3(經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則)與B4(環(huán)境準(zhǔn)則)做比較，B3比B4較重要。

由計(jì)算結(jié)果知滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)B1、B2、B3、B4進(jìn)行單排序，優(yōu)先權(quán)序?yàn)?.6、0.24、0.11、0.05。故層次總排序見(jiàn)表5。

從排序結(jié)果可知：影響水量因素0.48、地域因素0.12、人口變化因素0.04、用水安全因素0.02、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素0.14、尊重現(xiàn)狀因素0.03、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素0.03、經(jīng)濟(jì)效益因素0.08、土壤鹽堿化因素0.01、水質(zhì)污染因素0.04。

3.2 指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)確定

按照上述原則，可得評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先序等級(jí)[9]，見(jiàn)表6。

4 水量分配計(jì)算

通過(guò)計(jì)算結(jié)果確定了總優(yōu)先權(quán)系數(shù)，再計(jì)算各類(lèi)分配比例，最后得水量分配。并預(yù)留一定水量來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略用水需求和保障應(yīng)急調(diào)度[10]，也為水權(quán)有效期內(nèi)基本生活和生態(tài)環(huán)境需水的增長(zhǎng)提供保障。本文預(yù)留水量結(jié)合五常市水資源利用現(xiàn)狀和各業(yè)用水情況，采用“三條紅線(xiàn)”確定的五常市用水總量控制目標(biāo)的5%計(jì)算，確定預(yù)留水量。故總分配水量為：Q=127 205 萬(wàn)m3。

表4 評(píng)判指標(biāo)和權(quán)重系數(shù)

表5 層次總排序

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度

由上面計(jì)算結(jié)果知：生活、農(nóng)業(yè)、非農(nóng)、生態(tài)總優(yōu)先權(quán)系數(shù)分別為：0.28、9.79、0.31、0.11，故分配水權(quán)為：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 用水量分配指標(biāo)

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