基于ANP方法的水資源承載力模糊綜合評價

張森 王思如 張玉珍 顏志俊 宋亞倩 徐春曉 沙海明

摘要：指出了水資源承栽力是水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)相互作用的綜合反映，是評價區(qū)域水資源安全的重要指標。以江蘇省為研究對象。應用基于ANP的水資源承栽力模糊綜合評價模型，對2006～2017年江蘇省水資源承栽力進行了評價研究。結果表明：2006～2017年江蘇省水資源承栽力整體處于穩(wěn)定上升狀態(tài)，其中，2006～2013年水資源承載能力處于波動狀態(tài)，2014～2016年增長較快，2017年呈下降趨勢。

關鍵詞：ANP;水資源承栽力;模糊綜合評價

中圖分類號：X143 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0066-04

1引言

水資源不僅是基本的自然資源，而且是戰(zhàn)略經(jīng)濟資源和生態(tài)控制因素。這些因素已成為制約21世紀全球經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要控制因素。同時，隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口的增長，經(jīng)濟的快速發(fā)展、生態(tài)的穩(wěn)定健康與水資源的可持續(xù)利用之間的矛盾日益突出。水資源承載力通常表示在保持一定環(huán)境條件下，水資源所能支持的最大可持續(xù)社會經(jīng)濟規(guī)模。當水資源承載能力超過一定閾值時，將嚴重制約經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，同時直接影響生態(tài)安全。因此，準確評價水資源承載力，對于指導水資源的合理利用，保障水資源安全具有重要意義。

2ANP方法

2.1ANP基本概念

ANP是1996年T.L.Saaty在AHP的基礎上比較系統(tǒng)地提出了一種適合非獨立遞階層次結構的決策方法，它擺脫了AHP對層次結構的限制，解決了具有相互依賴和反饋效應的多準則分析問題。ANP將整個系統(tǒng)劃分為兩大部分，第一部分稱為控制層，包括目標層及準則層。各準則之間彼此獨立，且只受目標支配?？刂茖又锌梢詻]有決策準則，但必須有一個目標。第二部分稱為網(wǎng)絡層，它是由所有受控制層支配的元素組組成，元素組內部各元素互相影響，同時，在各準則下，各元素組之間相互依存、相互支配。

2.2ANP超矩陣和加權超矩陣

假設ANP控制層中有P1，P1，…，Pm個準則，在網(wǎng)絡層中有元素組D1..Dn，在準則Ps下，根據(jù)元素集Di中的所有元素對djk影響程度的大小，按照九分法構造判斷矩陣，見表1。

評價指標分為定性指標和定量指標，定性指標的隸屬度矩陣主要采用專家打分法，公眾參與調查法和實地調研相結合的方法。定量指標的隸屬度一般運用隸屬函數(shù)進行計算。常用的隸屬函數(shù)有矩形或半矩形分布、正態(tài)分布、梯形分布、柯西分布、拋物線分布等。

3.3模糊隸屬度計算

由于對評價因素集U中各個因素相對于評價目標有不同的地位和作用，需要對每個因素賦予不同的權重，將其表示為U，上的一個模糊子集A=（n1，a2，…，nn）稱權重分配集。權向量A表示各因素在評價中的相對重要程度。

隸屬度矩陣R中各行表示單個指標對各等級模糊子集的隸屬程度，而綜合評價需要求得整個評價指標體系對各等級模糊子集的隸屬程度，即結果向量B=（b1，b2，…，bn），在已知R和A求得B的過程稱為模糊變換。即：B=A*R（%為算子符號），算子有很多種，通常采用普通矩陣乘法運算。

隸屬度矩陣R中rij的計算采用隸屬度函數(shù)法，為了消除各等級之間數(shù)值相差較小，而評價等級不同的現(xiàn)象，使隸屬函數(shù)在各級之間能平滑過渡，需對其進行模糊化處理計算。采用最簡單的普通矩陣乘法進行模糊變換，計算模糊綜合評價結果向量B。

4實例分析

4.1基本情況

江蘇省是長江三角洲地區(qū)的重要組成部分，地處江淮沂沭泗河流下游，內陸面積10.26萬km²，境內水資源豐富，降雨年徑流深150～400mm，總人口7000多萬人，是全國人口密度最高的省份。根據(jù)江蘇省水資源供需矛盾、水量、水質等特點，選取10個指標水資源承載力評價指標體系，分別代表不同條件對水資源承載力的影響，見表2;本文采用的歷年數(shù)據(jù)均來自《江蘇省水資源公報》和《江蘇省統(tǒng)計年鑒》等，見表3。

4.2ANP確定評價指標權重

（1）首先在Super Decision中構建判斷矩陣并由特征根法得到排序向量。以水資源條件為例，計算各影響元素組的權重。建立所有元素組的加權矩陣，見表4和表5。

（2）構建初始超矩陣。超矩陣的構建需要確定各元素之間的相關關系，以生態(tài)環(huán)境元素組C中廢水排放量指標c1為例，依據(jù)水資源元素組R中的各指標對c1影響力大小構造判斷矩陣及權重計算，見表6;對元素組中的每一個元素分析計算得到初始超矩陣，見表7。

4.3模糊綜合評價

（1）模糊綜合評判模型的因素集即為上文中評價指標體系的各項指標。指標的評價集參照相關的研究成果及江蘇省水資源實際狀況對評價指標進行了分級，見表10。

各指標共分為3個等級V=（V1，V2，V3），1級表示水資源承載能力較強，供給量大于需求量，具有較強的開發(fā)潛力，情況良好;3級表示水資源承載力較弱，已經(jīng)出現(xiàn)供需缺口，為情況較差;2級介于1級和3級之間，表示水資源承載力處于中等水平，水資源開發(fā)程度能夠滿足需求，同時具備一定的開發(fā)潛力。

水資源承載力綜合評價值計算結果向量和綜合評價值見表11;綜合評價結果見圖1。

4.4結果分析

（1）由圖1可以看出，2006～2017水資源承載力整體處于穩(wěn)定上升狀態(tài)，其中2006～2013年波動變化，由權向量可以看出，降雨是影響水資源承載力的最主要因素，降雨量在2006～2013變化明顯，對評價結果產(chǎn)生直接影響，與此同時，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，生活水平逐漸提高，需水量增長明顯，導致承載能力不足。2013以后，隨著《最嚴格水資源管理制度》的落實，水資源承載能力增長明顯，2017年受降雨影響水資源承載力有少量降低。

（2）從綜合評價值P看，p的變化區(qū)間在0.35～0.65之間，表明江蘇省水資源承載力水平處于臨界狀態(tài)，能夠滿足用水需求的同時開發(fā)利用潛力較小。在2013～2016年，戶值由最低值0.37達到最高值0.6，萬元GDP用水量、總耗水量、農(nóng)田畝均灌溉用水量逐年降低，水功能區(qū)達標率增長明顯，充分表明江蘇省生產(chǎn)水平、節(jié)水水平、生產(chǎn)工藝、科技水平明顯提升。

（3）在綜合評價的結果向量B中b2始終大于0.5，所以對v2的隸屬度值最大，表明江蘇省水資源開發(fā)利用已經(jīng)達到一定的規(guī)模，如果進一步提高用水標準，人水關系將處于緊張狀態(tài)。對v1的隸屬度值b1，雖然數(shù)值較低，但有逐年上升的趨勢，表明隨著引提水工程的規(guī)劃實施、節(jié)水技術的推廣應用，江蘇省水資源水資源承載力逐年提高。

5結語

（1）本文結合江蘇省發(fā)展現(xiàn)狀及用水水平建立水資源承載力綜合評價體系，應用網(wǎng)絡層次分析法，打破了層次分析法同一層次結構內部不存在相互依存和支配的限制，分析其網(wǎng)絡結構及各指標的內在聯(lián)系，借助Super Decision軟件，求解各指標相對于目標的影響權重，并將求得的權重與模糊綜合評價模型結合，分析2006～2017江蘇省水資源承載力變化趨勢。

（2）2006～2017年江蘇省水資源承載力處于穩(wěn)定上升趨勢，但仍然處于臨界狀態(tài)，仍有很大的改善空間，主要的改善方式：降低水資源消耗、提高水資源利用率、加快節(jié)水型企業(yè)和節(jié)水型社會建設、加強非常規(guī)水源利用、積極推行低影響開發(fā)建設模式等。