遼寧省易旱地區(qū)抗旱能力評(píng)價(jià)

梁德帥

(莊河市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧 莊河 116400)

0 引 言

抗旱能力是指各種組織管理、生產(chǎn)技術(shù)、水利工程及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等活動(dòng)，能夠減輕、防御旱災(zāi)影響的綜合水平，由于存在危害程度高、覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)生較為頻繁等特點(diǎn)，干旱災(zāi)害成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的重要課題?？购的芰υu(píng)價(jià)主要是考慮旱災(zāi)脆弱性特征和成因判斷結(jié)果，在一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)境條件下建立相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系，各地區(qū)抗旱能力采用系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行差異性評(píng)判，從而為抗旱減災(zāi)、風(fēng)險(xiǎn)管理等提供一定參考[1]。

目前，關(guān)于抗旱能力的評(píng)價(jià)主要集中于農(nóng)牧業(yè)方面，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究還處于初步階段，如張潤(rùn)平等對(duì)陜西省應(yīng)急水源工程的抗旱規(guī)劃思路進(jìn)行了初步探討；張成才等對(duì)2020年河南省抗旱應(yīng)急水量的供需關(guān)系利用指標(biāo)分析法進(jìn)行研究；暢建霞等對(duì)西安供水水庫(kù)的優(yōu)化調(diào)度函數(shù)利用動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、累計(jì)誤差的BP網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行求解。然而，現(xiàn)有研究對(duì)于整個(gè)區(qū)域抗旱能力的評(píng)價(jià)分析比較少，尚未有效解決評(píng)價(jià)系統(tǒng)中抗旱能力等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建及抗旱范圍劃分等問(wèn)題。鑒于此，文章以遼寧省為研究對(duì)象，通過(guò)分析8個(gè)易旱區(qū)的抗旱能力關(guān)鍵性影響因子，從多個(gè)不同方面構(gòu)建抗旱能力評(píng)價(jià)體系，然后對(duì)各指標(biāo)權(quán)重采用改進(jìn)的AHP法確定，將各評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與樣本指標(biāo)的隸屬度函數(shù)采用集對(duì)分析法構(gòu)造，綜合評(píng)價(jià)了2018年遼寧省易旱地區(qū)的抗旱能力，可為該區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理和抗旱減災(zāi)工作提供一定的支持。

1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 區(qū)域概況

遼寧省屬于我國(guó)東北地區(qū)南部既沿邊又沿海的省份，地處E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之間，地形地貌有“六山一水三分田”之稱(chēng)，地勢(shì)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出中部低、東西兩側(cè)高的變化趨勢(shì)，東、西兩側(cè)為海拔約800-500m的低山丘陵。由于特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜的水文氣象，中部平原地區(qū)相對(duì)于高山地的降水量較低，與渤海相鄰的東南部降水量充足，而西北地區(qū)風(fēng)沙干旱嚴(yán)重且降水稀少。其中沈陽(yáng)、鐵嶺、撫順、鞍山、阜新、大連、北票市、遼陽(yáng)為易旱地區(qū)，水資源存在可開(kāi)發(fā)利用量少、邊界效益低、開(kāi)發(fā)難度大和開(kāi)采成本高等特點(diǎn)，加之局部地區(qū)地下水開(kāi)發(fā)過(guò)度與水環(huán)境保護(hù)意識(shí)薄弱，使得境內(nèi)干旱災(zāi)害頻繁，為全省歷年抗旱工作的重點(diǎn)區(qū)域。當(dāng)前關(guān)于該區(qū)域的干旱研究較少，抗旱技術(shù)和理論方法為限制此易旱地區(qū)抗旱減災(zāi)工作的主要因素。各易旱地區(qū)抗旱能力的綜合評(píng)價(jià)作為遼寧省旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的重要基礎(chǔ)，可為抗旱應(yīng)急方案制定、旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理和抗旱決策等科學(xué)的指導(dǎo)作用。

1.2 影響因素

城市抗旱和農(nóng)業(yè)抗旱為區(qū)域抗旱能力的兩個(gè)主要方面，其中農(nóng)業(yè)抗旱是指通過(guò)人類(lèi)自身活動(dòng)抵御、抗拒及減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)受干旱災(zāi)害或人為因素引起干旱缺水的影響能力，主要包括自然因素和人類(lèi)活動(dòng)因素。自然因素有農(nóng)作物品種的抗旱性能、農(nóng)田土壤蓄水保墑性能、干旱影響范圍、強(qiáng)度及其頻次，而人類(lèi)活動(dòng)因素有抗旱資金投入樁、組織管理能力、當(dāng)?shù)匕l(fā)展情況、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施建設(shè)、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平等。城市抗旱是指通過(guò)人類(lèi)自身活動(dòng)抵御和抗拒人類(lèi)日常生活及從事農(nóng)業(yè)以外區(qū)域，城市運(yùn)轉(zhuǎn)、社會(huì)發(fā)展受人為因素引起或自然干旱的能力，主要包括抗旱組織管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地區(qū)供水管網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生態(tài)層次、人口密度及分布、抗旱應(yīng)急水源工程建設(shè)等因素。由此表明，人類(lèi)活動(dòng)、地域條件、自然環(huán)境等因素均可對(duì)區(qū)域抗旱能力產(chǎn)生影響，綜合評(píng)價(jià)易旱區(qū)抗旱能力的研究還要結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況，按照求同存異、因地制宜的原則科學(xué)合理的確定經(jīng)濟(jì)社會(huì)、技術(shù)條件、自然環(huán)境等主次因素，為選取不同區(qū)域抗旱能力影響因子提供可靠的支撐。

1.3 選取評(píng)價(jià)指標(biāo)

抗旱能力評(píng)價(jià)涉及到的因素多、范圍廣，各地區(qū)的水資源短缺程度不同，且城市和農(nóng)業(yè)抗旱水平存在較大差異。為了能夠系統(tǒng)、全面的反映區(qū)域抗旱能力就要求從復(fù)雜的評(píng)價(jià)信息中選擇獨(dú)立性強(qiáng)、可行性好且存在主導(dǎo)作用的指標(biāo)，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅要滿(mǎn)足易獲取性要求，而且能夠客觀、科學(xué)的反映區(qū)域抗旱特征。在指標(biāo)選取過(guò)程中應(yīng)遵循如下原則：①實(shí)用性、代表性原則，評(píng)價(jià)指標(biāo)物理概念明確且能夠系統(tǒng)、全面的反映抗旱能力；②可量化性原則，指標(biāo)數(shù)據(jù)要容易獲取、便于計(jì)算；③獨(dú)立性原則，為避免冗余計(jì)算各指標(biāo)之間要彼此獨(dú)立、互不干擾；④動(dòng)態(tài)性原則，各項(xiàng)指標(biāo)在某一時(shí)間段內(nèi)應(yīng)保持連續(xù)性變化，對(duì)于不同發(fā)展階段的區(qū)域抗旱能力均能夠有效的反映。所以，文章通過(guò)分析各地區(qū)抗旱能力影響因子，經(jīng)充分的論證、比較和分析，從需水量、供水能力、抗旱組織管理及供需不平衡程度3個(gè)子系統(tǒng)中選擇17項(xiàng)典型指標(biāo)，遵循以上原則構(gòu)建較為全面的抗旱能力評(píng)價(jià)體系。根據(jù)各地區(qū)實(shí)際情況，將農(nóng)業(yè)和城市抗旱能力關(guān)鍵性影響因子采用3個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)的結(jié)合，同時(shí)考慮了區(qū)域抗旱能力受特大、大、中干旱程度，所建立的評(píng)價(jià)體系具有較強(qiáng)的可行性與有效性，評(píng)價(jià)體系與各因子內(nèi)涵如表1所示。

表1 遼寧省易旱地區(qū)抗旱能力評(píng)價(jià)體系

2 改進(jìn)的AHP法計(jì)算權(quán)重

為提高抗旱能力評(píng)價(jià)各指標(biāo)權(quán)重的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)的AHP層次分析法利用加速遺傳算法加以改進(jìn)，即AGA-AHP法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，其基本流程如下：

步驟一：將兩兩指標(biāo)之間的相對(duì)重要性依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)確定，為定量反映不同指標(biāo)的貢獻(xiàn)率引入1-9數(shù)值標(biāo)度法，從而構(gòu)造判斷矩陣如下：

(1)

步驟二：在判斷矩陣建立過(guò)程中，由于不同專(zhuān)家知識(shí)水平和主觀認(rèn)識(shí)的差異性，往往出現(xiàn)結(jié)果不一致和權(quán)重相差較大的現(xiàn)象，對(duì)此采用如下優(yōu)化函數(shù)處理矩陣A的一致性和單排序問(wèn)題，即：

(2)

步驟三：關(guān)于上式非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題，采用常規(guī)的求解方法存在較大的困難，而AGA加速遺傳算法是一種模擬生物優(yōu)勝劣汰規(guī)則的全局優(yōu)化法，將式(2)利用AGA法可有效、簡(jiǎn)便的進(jìn)行求解。設(shè)定矩陣A滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)的條件為CIF(nb)小于某一臨界值，由此確定可被接受的抗旱能力各評(píng)價(jià)因子的單排序權(quán)值ωk；否則，需要對(duì)A進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直至滿(mǎn)足設(shè)定的檢驗(yàn)條件。

按照以上計(jì)算流程，對(duì)評(píng)價(jià)體系中17項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重利用AGA-AHP法進(jìn)行求解，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 抗旱能力評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

采用加速遺傳算法檢驗(yàn)，結(jié)果顯示抗旱能力各評(píng)價(jià)矩陣的一致性函數(shù)值均<0.1，滿(mǎn)足科學(xué)合理性要求。根據(jù)表2結(jié)算結(jié)果，抗旱組織管理及水供需不平衡程度、供水能力、需水量3個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重之和分別為0.1432、0.5710、0.2858，可見(jiàn)抗旱能力評(píng)價(jià)中供水能力子系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率最大，其次為需水量子系統(tǒng)，抗旱組織管理及水供需不平衡程度對(duì)抗旱能力評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)率最低。

3 綜合評(píng)價(jià)

3.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展受各評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度，參考堤防政府頒布的抗旱標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)規(guī)范，將抗旱能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為弱、較弱、中、較強(qiáng)、強(qiáng)5個(gè)等級(jí)，不同等級(jí)下各指標(biāo)取值如表2所示。

為提高抗旱能力評(píng)價(jià)的客觀性和精確度，將不同等級(jí)間各單指標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)樣本值之間的聯(lián)系數(shù)利用SPA集對(duì)分析法進(jìn)行計(jì)算。所以，不同評(píng)價(jià)等級(jí)下各易旱地區(qū)的隸屬度利用SPA構(gòu)造的隸屬度函數(shù)確定，實(shí)現(xiàn)流程如下：

1)針對(duì)抗旱能力評(píng)價(jià)等級(jí)k與樣本i關(guān)于指標(biāo)j的單因子聯(lián)系數(shù)Uijk，考慮選用集對(duì)分析法求解，其中k=1,2,…,5；j=1,2,…,m；i=1,2,…,n。若評(píng)價(jià)等級(jí)與評(píng)價(jià)指標(biāo)值Xij呈正相關(guān)性，則利用下式計(jì)算確定Uijk值，即：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：s1j-s5j為抗旱能力評(píng)價(jià)1-5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的界限值；s0j為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為1級(jí)的另一界限值；

若評(píng)價(jià)等級(jí)與評(píng)價(jià)指標(biāo)值Xij呈負(fù)相關(guān)性，則利用下式計(jì)算確定Uijk值，則按以上公式取相反符號(hào)計(jì)算確定。

(8)

3)關(guān)于評(píng)價(jià)等級(jí)k樣本i的隸屬度Uik計(jì)算公式如下：

(9)

將不同評(píng)價(jià)等級(jí)下各易旱地區(qū)的相對(duì)隸屬度歸一化值，按照以上流程進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 經(jīng)歸一化處理的各評(píng)價(jià)等級(jí)相對(duì)隸屬度

3.2 抗旱能力評(píng)價(jià)

依據(jù)最大隸屬度原則法、屬性識(shí)別法和表3計(jì)算結(jié)果，對(duì)遼寧省各易旱地區(qū)的抗旱水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如表4所示。根據(jù)表4可知，各易旱地區(qū)均處于偏弱的抗旱水平，抗旱能力達(dá)到較強(qiáng)等級(jí)的僅有遼陽(yáng)市、北漂市，參與評(píng)價(jià)的其他地區(qū)均為中等及以下水平抗旱水平。

表4 遼寧省易旱地區(qū)抗旱能力評(píng)價(jià)

4 結(jié) 論

1)對(duì)遼寧省易旱地區(qū)抗旱能力利用集對(duì)分析法和改進(jìn)的層次分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明各易旱地區(qū)現(xiàn)狀水平年下的抗旱能力整體偏弱，不同地區(qū)的抗旱能力存在較大差異。根據(jù)抗旱減災(zāi)工作中存在的問(wèn)題，為提高各地區(qū)抗旱水平應(yīng)從政策法規(guī)、生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、財(cái)政投入、工程建設(shè)、組織管理等方面收入，通過(guò)不斷的優(yōu)化改進(jìn)保證區(qū)域抗旱工作的進(jìn)行。

2)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有較強(qiáng)的適用性和系統(tǒng)概括性，可為其他地區(qū)抗旱能力評(píng)價(jià)提供一定參考和依據(jù)，具有較好的推廣和使用價(jià)值。