模糊綜合評判在蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價中的應(yīng)用

朱積軍，呂 輝，簡鴻福，羅 優(yōu)

(1.豐城市豐東灌區(qū)管理局， 江西 豐城 331100；2.江西省水利科學(xué)研究院， 江西 南昌 330000；3.揚州大學(xué) 水利與能源動力工程學(xué)院, 江蘇 揚州 225127)

蓄滯洪區(qū)承擔(dān)著防洪和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重功能，區(qū)內(nèi)有大量人口居住，導(dǎo)致蓄滯洪區(qū)在洪水超標(biāo)時行蓄洪水與區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成復(fù)雜尖銳的矛盾[1]。由于蓄滯洪區(qū)的運用，我國蓄滯洪區(qū)內(nèi)居民的生活水平明顯低于周邊縣市的平均水平，嚴(yán)重制約著我國社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前，國外學(xué)者對蓄滯洪區(qū)研究較少，國內(nèi)學(xué)者在蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀評價及發(fā)展模式方面做了相關(guān)研究。肖軍[2-3]對蓄滯洪區(qū)綜合利用與規(guī)劃進(jìn)行了探討，提出在現(xiàn)狀防洪體系下加入生態(tài)景觀規(guī)劃，為蓄滯洪區(qū)綜合利用和可持續(xù)發(fā)展提供參考。葉明等[4]提出可將蓄滯洪區(qū)看作是一個由防洪、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)和社會組成的復(fù)合系統(tǒng)，并且提出了一套蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的評價指標(biāo)體系。詹存衛(wèi)等[5]探討了蓄滯洪區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會、人口、資源和防洪之間的關(guān)系，闡述了蓄滯洪區(qū)復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)涵，指出蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展與防洪減災(zāi)是辯證統(tǒng)一的。張彬等[6]通過建立SWOT模型，系統(tǒng)分析了淮河蓄滯洪區(qū)的優(yōu)勢、劣勢、威脅和機(jī)會，提出了蓄滯洪區(qū)防洪一經(jīng)濟(jì)一生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的新模式。目前國內(nèi)學(xué)者對蓄滯洪區(qū)的研究主要集中在蓄滯洪區(qū)復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、指標(biāo)體系及區(qū)內(nèi)防洪減災(zāi)與可持續(xù)發(fā)展之間的協(xié)調(diào)關(guān)系等方面的研究，對蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的綜合評判方面的研究還較為少見。本文通過對清豐山溪蓄滯洪區(qū)內(nèi)鴉豐、石灘、陳埠、白土4座子蓄滯洪區(qū)進(jìn)行實地調(diào)研獲取大量數(shù)據(jù)資料，采用模糊綜合評判法[7]對清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平作出綜合評判，從而獲得一些有益的結(jié)論。

1 評價模型和方法

1.1 建立評價指標(biāo)體系

采用層次分析法[1]構(gòu)建蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價的指標(biāo)體系，將可持續(xù)發(fā)展水平評價作為目標(biāo)層，防洪、經(jīng)濟(jì)、資源、人口、社會和環(huán)境六個子系統(tǒng)為準(zhǔn)則層，選取淹沒風(fēng)險度、人均避洪面積、農(nóng)民人均可支配收入等18個指標(biāo)組成指標(biāo)層，如圖1所示。

圖1指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型

1.2 確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

(1) 構(gòu)造判斷矩陣。將同一層次的指標(biāo)兩兩比較，采用1～9標(biāo)度法用數(shù)值來表示各指標(biāo)的相對重要程度，將全部比較結(jié)果構(gòu)成判斷矩陣。

(2) 層次單排序及一致性檢驗。采用方根法編寫MATLAB程序求解各個判斷矩陣的最大特征值λmax及其對應(yīng)的特征向量Mi，并對層次單排序進(jìn)行一致性檢驗[8]，將特征向量Mi經(jīng)歸一化處理后的結(jié)果作為層次單排序中的權(quán)重。

(3) 層次總排序及一致性檢驗。層次總排序是指計算同一層次所有元素對于目標(biāo)層相對重要性的排序權(quán)重，當(dāng)層次總排序的結(jié)果具有滿意的一致性時，可獲得指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣W。

1.3 獲取單因素評價矩陣

在模糊綜合評價中，選擇或構(gòu)造適當(dāng)?shù)哪：`屬度函數(shù)是獲得合理的評價結(jié)果的關(guān)鍵步驟。由于各指標(biāo)的含義、計量單位不同，必須構(gòu)造合適的隸屬函數(shù)對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，常見的方法有向量規(guī)范法、線性變換法和極差變換法等線性構(gòu)造方法[9]，也有非線性隸屬函數(shù)構(gòu)造法，如高斯分布型、指數(shù)型[10-12]等。文中根據(jù)指標(biāo)的調(diào)查情況及指標(biāo)的本身特性分別建立各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)如下：

(1) 線性變換法構(gòu)造隸屬函數(shù)：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(2) 指數(shù)型隸屬函數(shù)：

(6)

(7)

(3) 高斯分布型隸屬函數(shù)：

(8)

u(萬元GDP耗能)(x)=e-0.95x2，x≥0

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

u(青壯年文盲率)(x)=e-220x2， 0≤x≤100%

(15)

(16)

(17)

u(每千人擁有病床數(shù))(x)=1-e-0.033x2，x≥0

(18)

上述公式中，各指標(biāo)特征值部分采用國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)資料及相關(guān)政策、行業(yè)規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。將各指標(biāo)值代入上述公式，算出相應(yīng)的指標(biāo)隸屬度，得到單因素評價矩陣R。

1.4 做出綜合評判

評判向量C=W°R=(c1，c2，…cn)，即將指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣W與單因素評價矩陣R通過運算符“°”進(jìn)行數(shù)學(xué)運算。目前常用的運算方法有以下四種[13]：

(1)M(∧，∨)(主因素決定型)，將矩陣W的行與矩陣R的列對應(yīng)元素先取小再取大得到最終結(jié)果。

(2)M(*,∨)(主因素突出型)，將矩陣W的行與矩陣R的列對應(yīng)元素先乘再取大得到最終結(jié)果。

(3)M(∧，⊕)，將矩陣W的行與矩陣R的列對應(yīng)元素先取小再求和，將求和結(jié)果與1比較取小值得到最終結(jié)果。

(4)M(*,+)(加權(quán)平均型)，將矩陣W與矩陣R做乘法運算得到最終結(jié)果。第四種運算方法對所有指標(biāo)的影響程度均衡兼顧，不會忽略次要因素的影響，適用于蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價中考慮多因素起作用的情況。

采用公式(19)將前面已計算的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣W與指標(biāo)單因素評價矩陣R進(jìn)行運算，最后得到總的評價結(jié)果C。

加權(quán)平均型：

(19)

2 工程應(yīng)用

2.1 建立評價指標(biāo)體系

2.1.1 基本情況

蓄滯洪區(qū)是清豐山溪下游區(qū)域(豐城、南昌市轄區(qū))防洪工程體系中的重要組成部分，由鴉豐、石灘、陳埠、白土4座子蓄滯洪區(qū)組成，位于贛江右岸、清豐山溪中上游，總面積73.11 km2。清豐山溪4座蓄滯洪區(qū)總集雨面積111.38 km2，總蓄洪面積為69.52 km2，有效蓄洪容積為2.0×108m3，涉及孫渡、榮塘、劍南、石灘、橋東、白土6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街辦)。據(jù)統(tǒng)計，截止到2016年底，分洪區(qū)內(nèi)有30個村委會、133個自然村、4.97萬人口、6 080 hm2耕地。分洪時133個自然村、4.97萬余人要安排轉(zhuǎn)移。

清豐山溪蓄滯洪區(qū)運用標(biāo)準(zhǔn)約20年一遇，運用機(jī)率約為15年一遇，當(dāng)達(dá)到啟用條件時，分別在鴉豐聯(lián)圩、石灘聯(lián)圩、陳埠圩、白土圩選擇爆破點破口分洪。

2.1.2 淹沒風(fēng)險度

根據(jù)《蓄滯洪區(qū)設(shè)計規(guī)范》[14](GB 50773—2012)，蓄滯洪區(qū)不同水深對應(yīng)的淹沒風(fēng)險度可按下式計算：

R=10×Φ×H/N

(20)

式中：R為淹沒風(fēng)險度；Φ為淹沒歷時修正系數(shù)，1.0～1.3，計算取1.3；H為蓄滯洪區(qū)淹沒水深，計算取平均水深，m；N為運用標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期，a)。

經(jīng)計算，鴉豐、石灘、陳埠、白土4座子蓄滯洪區(qū)平均水深對應(yīng)的淹沒風(fēng)險度計算結(jié)果見表1。

2.1.3 指標(biāo)體系

通過對清豐山溪蓄滯洪區(qū)實地調(diào)研獲取了大量數(shù)據(jù)，針對淹沒風(fēng)險度、人均避洪面積、農(nóng)民人均可支配收入等18個指標(biāo)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，獲得了鴉豐、石灘、陳埠、白土4座子蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價指標(biāo)體系的指標(biāo)值，見表2。

表1 蓄滯洪區(qū)淹沒風(fēng)險度計算表

注：表中淹沒水深值源自《清豐山溪蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)工程可行性研究報告》。

表2 蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價指標(biāo)體系

注：表中數(shù)據(jù)主要來自《豐城市2016年統(tǒng)計年鑒》及豐城市水利局提供的內(nèi)部資料。

2.2 權(quán)重系數(shù)計算

利用層次分析法確定出各指標(biāo)的層次單排序并通過一致性檢驗，最終得到指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣W。

W=(w1，w2，…w18)T=(0.221，0.093，0.058，0.113，0.029，0.016，0.053，0.035，0.012，0.066，0.066，0.022，0.021，0.054，0.034，0.069，0.011，0.028)T。

2.3 隸屬度計算

將表2中各指標(biāo)值代入式(1)—式(18)，計算結(jié)果見表3。

2.4 綜合評價

利用公式(20)將指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣與指標(biāo)單因素評價矩陣進(jìn)行運算，得到C=W°R=(0.4659，0.4986，0.5355，0.5814)。

蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平根據(jù)隸屬度的大小，并結(jié)合實際經(jīng)驗[15]，可分成5個等級，如表4所示。

由此可知，清豐山溪蓄滯洪區(qū)內(nèi)鴉豐、石灘、陳埠、白土4個子蓄滯洪區(qū)的可持續(xù)發(fā)展水平評價結(jié)果見表5。

表3 指標(biāo)隸屬度

表4 可持續(xù)發(fā)展水平等級劃分

表5 清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平綜合評價

2.5 結(jié)果分析

由表5可知，4座子蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價結(jié)果為一般，排序為：C白土>C陳埠>C石灘>C鴉豐；由調(diào)查資料可知，鴉豐、石灘、陳埠、白土4座子蓄滯洪區(qū)的區(qū)域面積比為：0.45∶0.39∶0.10∶0.07，人口數(shù)量比為：0.56∶0.32∶0.07∶0.05，分別用區(qū)域面積比、人口數(shù)量比與4座子蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的評價結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，得到清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的綜合評價結(jié)果為0.4873、0.4933，屬一般。因此，清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平綜合評價為一般，區(qū)內(nèi)發(fā)展不均衡，評價結(jié)果基本符合區(qū)內(nèi)建設(shè)現(xiàn)狀。

由圖2可知，隸屬度低于0.6的指標(biāo)有淹沒風(fēng)險度、人均GDP、人均可利用水資源量、每萬人擁有醫(yī)生數(shù)、每千人擁有病床數(shù)、萬元GDP耗能、農(nóng)民人均可支配收入、人均可耕地面積、自然死亡率、人均居住面積、人均公共綠地面積等，其中，部分區(qū)域的前5個指標(biāo)低于0.4，是影響清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的主要因素。下面對這5個主要影響因子分析如下：

圖2指標(biāo)隸屬度分布圖

(1) 清豐山溪蓄滯洪區(qū)設(shè)有鴉豐聯(lián)圩、石灘聯(lián)圩、陳埠聯(lián)圩和白土聯(lián)圩，其防御洪水能力約20年一遇，圩堤運用標(biāo)準(zhǔn)低，蓄滯洪區(qū)風(fēng)險等級為中等～重度，淹沒風(fēng)險度偏大，是造成淹沒風(fēng)險度隸屬度偏低的重要原因。另外，淹沒歷時修正系數(shù)與蓄滯洪區(qū)淹沒歷時呈正相關(guān)關(guān)系[16]，文中按經(jīng)驗值上限1.3 計算淹沒風(fēng)險度可能造成計算值偏高，對計算結(jié)果有一定的影響。

(2) 4座子蓄滯洪區(qū)的人均GDP為20 698元～35 119元，遠(yuǎn)低于國內(nèi)均值(據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布2016年我國人均GDP為53 680元)，這是由清豐山溪蓄滯洪區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值主要以第三產(chǎn)業(yè)及農(nóng)業(yè)為主、工業(yè)發(fā)展水平相對落后的現(xiàn)狀造成的。

(3) 根據(jù)國家統(tǒng)計局最新發(fā)布的《中國統(tǒng)計年鑒2018》顯示：2016年底我國人均可利用水資源量約2 348 m3/s，約為世界人均水平的28%，人均水資源量十分緊缺，而清豐山溪蓄滯洪區(qū)內(nèi)人均可利用水資源量僅962.2 m3/s～2 367.6 m3/s，水資源分布不均勻且遠(yuǎn)低于我國人均水平，是影響蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的重要影響因子之一。

(4) 黨的十八大報告中提出，全面建成“小康社會”的基本標(biāo)準(zhǔn)之一為“每千人醫(yī)生數(shù)2.8人”，但清豐山溪蓄滯洪區(qū)該指標(biāo)不足1人，與標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn)；由發(fā)改投資〔2014〕2091號《關(guān)于加快推進(jìn)健康與養(yǎng)老服務(wù)工程建設(shè)的通知》可知，2020年我國每千人病床數(shù)將達(dá)6張，目前，蓄滯洪區(qū)內(nèi)該指標(biāo)僅0.98～2.681張，與我國計劃標(biāo)準(zhǔn)差距較大。每萬人擁有醫(yī)生數(shù)、每千人擁有病床數(shù)是反映當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源和人們健康保障水平的重要指標(biāo)，兩項指標(biāo)值的嚴(yán)重偏小是造成清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平不高的重要原因。

3 結(jié)論與建議

(1) 利用層次分析法建立蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平評價的指標(biāo)體系并計算權(quán)重系數(shù)，構(gòu)造各指標(biāo)的隸屬函數(shù)，利用模糊綜合評判法對蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平做出綜合評價，評價結(jié)果表明，清豐山溪蓄滯洪區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平一般，區(qū)內(nèi)發(fā)展不平衡，評價結(jié)果基本符合區(qū)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，評價方法科學(xué)合理，具有一定的適用性。

(2) 建議清豐山溪蓄滯洪區(qū)加強(qiáng)防洪工程建設(shè)，提高聯(lián)圩防洪標(biāo)準(zhǔn)；利用好當(dāng)?shù)厮h(huán)境資源，發(fā)展水文化，拓展旅游經(jīng)濟(jì)新模式；增設(shè)相關(guān)水利工程，加強(qiáng)節(jié)水宣傳，通過合理調(diào)度水庫、渠道及河道水資源，解決人均水資源量不足、不均衡的問題；加大醫(yī)療資源的投入，為培養(yǎng)和引進(jìn)醫(yī)療人才提供基礎(chǔ)平臺。