PP-FCE評價模型在最嚴格水資源管理制度實施效果評價中的應用

凌佳楠，張婷婷，于榮科

(1.上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200050；2. 上海栩胤實業(yè)有限公司，上海 201600；3. 泰州市河海勘測設計有限公司，江蘇 泰州 214500)

最嚴格水資源管理制度，作為中國新時期一種新型水資源管理制度，該制度實施效果的評價必須要有一套科學合理而又簡單易行的評價體系作支撐。中國每年都很重視最嚴格水資源管理制度實施效果評價，國內(nèi)諸多學者也對如何科學有效地評價最嚴格水資源管理制度實施效果進行相關研究：管桂玲等[1]采用量化管理方法，對最嚴格水資源管理水平進行評價;彭文啟[2]主要從功能區(qū)限制納污紅線管理必要性方面入手進行實施效果評價；吳書悅等[3]基于水資源、經(jīng)濟、社會和環(huán)境4個角度，構建區(qū)域用水總量控制的評價指標體系，進行實施效果評價；雷德義等[4]建立基于得分的評價方法和等級劃分標準，采用層次分析法確定了各項指標權重，以此進行效果評價。

然而，由于該制度提出時間尚不長久，對該制度實施效果評價的研究更是不夠深入。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前最嚴格水資源管理制度實施效果評價方法比較單一和缺乏，且主觀性較強的評價方法居多，評價結(jié)果缺乏科學客觀性。本文擬將投影尋蹤法和模糊綜合評價法相互結(jié)合，構建出PP-FCE評價模型，對最嚴格水資源管理制度實施效果進行評價，以此增強評價結(jié)果的科學客觀性。

1 評價指標和分級標準

最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標體系涉及多學科、多領域，指標體系的設置應力求全面考慮最嚴格水資源管理制度的各類要素，所選指標能充分反映最嚴格水資源管理制度的實際和特點，為最嚴格水資源管理制度落實提供科學依據(jù)。中國目前推行《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》[5]中的評價指標體系雖然能較為全面地考核最嚴格水資源管理制度實施效果，但所選指標大多過于宏觀，且大多為定性指標，無法測得具體數(shù)值進而更科學地評判指標落實狀況，故本文擬在原考核指標體系基礎上，盡可能以定量指標替代定性指標構建更為具體細化的最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標體系。本文遵循全面整體、科學務實、定量定性相結(jié)合的原則，參照已有評價指標[5- 8]，并結(jié)合寶應縣的特點，采用Delphi法[9]進行指標篩選，共選擇用水總量控制率等24個指標，并采用系統(tǒng)層次法[10]構建最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標體系。

效仿《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》分級標準，將最嚴格水資源管理制度實施效果評價結(jié)果等級分為：優(yōu)秀[90,100]、良好[80,90)、合格[60,80)、不合格[0,60)4個等級[5]。而對于各指標等級劃分，則根據(jù)各指標相關規(guī)范、規(guī)劃及文獻資料等劃分依據(jù)，建立最嚴格水資源管理制度實施效果評價分級標準(表1)。

表1 最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標體系及分級標準

注：1畝約等于666.67 m2。

2 PP-FCE評價模型

2.1 投影尋蹤法計算指標權重

投影尋蹤(Projection Pursuit,PP)是一種客觀性較強的評價方法，該方法既可以作探索性分析，也可以作確定性分析。該方法的計算原理主要是將高維數(shù)據(jù)作低維化處理，用投影尋蹤法計算指標權重，可在很大程度上避免主觀臆斷性對于計算結(jié)果的偏差影響，使指標權重更為客觀。投影尋蹤法計算指標權重步驟如下[11-13]。

Step1評價指標數(shù)據(jù)處理

設研究指標集為：

f(x)={x(i,j)=1,2,…n;j=1,2,…，m}

(1)

式中x(i,j)——第i個樣本或方案的第j個評價指標值；n——樣本或方案的個數(shù)；m——評價指標個數(shù)。

進行指標歸一化處理：

對于指標值越小評價標準級別越高(成本型)的指標：

(2)

對于指標值越大評價標準級別越高(效益型)的指標：

(3)

Step2構建投影指標函數(shù)Q(a)

將m維數(shù)據(jù)按下式簡化為一維投影值z(i)：

f(x)={x(i,j)|j=1,2,…,m}

(4)

a={a(1),a(2),…,a(m)}

(5)

(6)

式中z(i)——i樣本投影特征值向量；a——投影方向。

投影指標函數(shù)為：

Q(a)=SzDz

(7)

(8)

(9)

式中rij=|z(i)-z(j)|;Sz——z(i)在一維空間散布的類間距離，可用投影特征值的標準差計算；Dz——z(i)的局部密度；R——窗口半徑長度值，一般可取值為aSz(a=0.1,0.01,…)；rij——兩投影特征值間的間距；u——單位階躍函數(shù)，只有當R≥rij時u=1，其他情況下u=0。

Step3求出最佳投影方向

一般是利用求解投影指標Q(a)的最大值Qmax，Qmax的方向向量即為最佳投影方向a，按下式計算：

最大目標函數(shù)：Qmax(a)=Sz×Dz

(10)

(11)

{a(j)|j=1,2,…，m}為優(yōu)化變量的復雜非線性優(yōu)化問題，目前計算最佳投影方向主要采用加速遺傳算法求解[15]。

Step4計算指標權重

將每個指標對應的最佳投影方向平方作為該指標的權重值：ωj=a2(j)

(12)

2.2 模糊綜合評價法指標評價

模糊綜合評價法(fuzzy comprehensive evaluation)是以模糊數(shù)學為基礎，并結(jié)合模糊關系合成原理，形成目前常用的一種綜合評價方法。該方法可以有效進行指標定量評價，使評價結(jié)果更為科學客觀，評價計算步驟如下[11 -16]。

Step1因素集U及評價集V的確定

U={u1,u2,…,un}，V={v1,v2,…,vm}

其中ui(i=1,2,…,n)——第i個評價指標；vj(j=1,2,…,m)——影響事物評價值的第j個等級。

Step2計算各個評價因素對相應等級的隸屬度

隸屬度值大于等于0且小于等于1，越接近于1，說明隸屬程度越好，計算方法如下。

當ui大于第1級標準值時，其對各等級隸屬度為：

ri1=1,ri2=ri3=ri4=0

(13)

當ui屬于第j級和第j+1級標準值Vi,j、Vi,j+1之間，它的隸屬度為：

(14)

而對其他級別的隸屬度為0；

當ui小于第4級標準值時，其對各等級的隸屬度為：

ri4=1,ri1=ri2=ri3=0

(15)

Step3確定評判矩陣R

R=(R1,R2,…，Rn)T=(rij)n×m=

(16)

Step4確定各因素的權重W

采用式(12)進行權重值計算：W=(ω1,ω2,ω3)

(17)

Step5綜合評判

Bi=WiδRi=

(18)

式中δ——模糊合成算子，表示模糊矩陣的合成運算。

Step6求出最大隸屬度B*

B*=max{b1,b2,b3,b4}

(19)

則B*對應的評價等級即是系統(tǒng)對應的評價等級。

2.3 “三條紅線”評價指標一票否決制

考慮到 “三條紅線”評價指標在最嚴格水資源管理制度實施效果評價中的核心地位，故采取該系列指標(C1—C6)不合格則評價結(jié)果即為不合格的一票否決制。

2.4 分值換算

將計算得到的最大隸屬度值根據(jù)下式換算成最嚴格水資源管理制度實施效果評價最終得分值：

A=B*×100

(20)

3 實例分析

3.1 基本資料

寶應縣從2012年開始實施最嚴格水資源管理制度以來，當?shù)卣种匾曋贫葘嵤┬Чu價工作，從水資源規(guī)劃、調(diào)度、管理等多方面進行系統(tǒng)管理，在最嚴格水資源管理制度實施上取得了不俗進展。通過對寶應縣最嚴格水資源管理制度實施效果調(diào)查評價和查閱當?shù)亟y(tǒng)計年鑒及水資源公報[17-18]，搜集到2012—2016年間寶應縣最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標數(shù)據(jù)見表2。

表2 2012—2016年寶應縣最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標實際值

3.2 數(shù)據(jù)處理

采用式(2)、(3)對評價指標實際值及評價標準進行數(shù)據(jù)歸一化處理，結(jié)果見表3、4。

表3 歸一化后實際值

表4 歸一化后評價標準值

3.3 模型計算

利用上述PP-FCE模型對2016年寶應縣最嚴格水資源管理制度實施效果進行評價，以2012—2016年間寶應縣最嚴格水資源管理制度實施效果評價指標數(shù)據(jù)作為研究集，利用式(1)～(11)，并根據(jù)MATLAB編程算得各指標的最佳投影方向為：

根據(jù)式(12)計算得到各項指標權重值，見表5。

表5 評價指標權重值

根據(jù)式(17)得：

并根據(jù)式(18)、(19)計算得到最大隸屬度B*=max{0.877,0.123,0.000}=0.877，且C1—C6指標均達到合格標準，故再根據(jù)式(20)得到寶應縣2016年最嚴格水資源管理制度實施效果評價最終分值為：A=87.7。

4 結(jié)論

a) 本文通過PP-FCE評價模型對寶應縣2016年最嚴格水資源管理制度實施管理效果進行評價，最終得分值為87.7分，對應等級為優(yōu)秀，說明寶應縣2016年最嚴格水資源管理制度實施效果很好，需繼續(xù)保持。

b) 根據(jù)寶應縣水務局提供的評價結(jié)果顯示[19]，寶應縣2016年最嚴格水資源管理制度實施管理效果顯示為優(yōu)秀，與PP-FCE模型評價結(jié)果相一致，故該評價方法切實可行。

c) PP-FCE評價模型采用較為客觀的投影尋蹤法進行指標權重值的計算，減小了原評價方法的主觀性，使得評價結(jié)果更為科學客觀。