模糊综合评价法在水安全评价中的应用

刘昕



模糊综合评价法在水安全评价中的应用

刘昕

（漳州职业技术学院 建筑工程系，福建 漳州 363000）

在对水安全的概念深刻理解的基础上，利用多层次多目标决策和模糊综合评价理论，建立了区域水安全评价的模糊综合评价模型。以陕西省关中地区的5个地市和1个示范区为例进行水安全综合评价。结果表明：各评价区的水安全形势从好到坏的排序是宝鸡市、杨凌示范区、西安市、咸阳市、铜川市和渭南市，这与各地的水资源实际情况较为吻合，表明此模型在区域水安全的评价上具有一定的实用性。

水安全评价；指标体系；模糊综合评价；层次分析法

0 引言

水资源作为一种特殊的自然资源，不仅对人们的生命和健康以及生态环境是至关重要的，而且是国家经济发展的基本条件之一，但随着社会和经济的快速发展，其安全问题业已引起了国内外学者和政府部门、国际组织的广泛关注[1]。水安全问题不仅是一个生态环境问题，同时也是一个社会、经济和政治问题，水安全直接关系到国家的经济安全和社会政治稳定。对那些水资源紧张的国家和地区来说，水资源已成为关系到生存和发展的战略问题，同时也是影响国家安全和国际关系的一个重要方面[2]。以水资源匮乏、水污染严重、水土流失加剧、洪涝灾害损失加大为特征的水安全问题已成为社会经济可持续发展的重要制约因素，成为中国建设小康社会具有基础性、全局性和战略性的重大问题，成为国家安全问题的重要组成部分。因此，有必要对水安全进行深入的研究，以便于对水安全所处的状态或等级做出决策。本文主要利用多层次多目标模糊综合评判理论对区域水安全进行综合评价,建立了水安全评价的模糊综合评价模型，并应用层次分析法确定各指标的权重。

1 水安全概念及水安全评价的指标体系

所谓水安全应包括水质安全和水量安全两个方面，水质安全即我们所获得的水应符合相应的标准，如生活用水应符合饮用水标准，生产用水应符合相应的生产用水标准，生物用水应符合生物用水标准，当然每种标准都是不一样的，其中生活用水标准最高。水量安全即在一定区域的一定时期，所获得的水量既能满足人们的生活和生产需要、又能满足生态环境及社会经济可持续发展的需求，还能保障健康的水循环系统，实现水资源的可持续开发利用。

对区域水安全进行分析,指标的选取尤为重要。为了对区域的水安全状况进行全面的分析和诊断,必须尽可能全面的选取能反映区域水安全信息的指标。一般来说,为了和国际会议上提出的内容相一致,评价水安全的指标应该包括水的供需矛盾、生态环境、粮食安全、饮用水安全、控制灾害、赋予水价值和水资源管理等7个方面。本文从指标实际物理意义出发，分析指标间的关系，选择能体现水安全内涵、主要内容和水安全影响因素作用的指标，同时参考专家意见进行指标筛选，选取6个方面共27个指标作为评价区域水安全状况的指标，并建立了它们之间的层次结构，如表1所示。

表1 水安全评价指标体系

2 水安全综合评价方法

模糊综合评价是一种用于涉及模糊因素的对象系统的综合评价方法。对某一评价对象集和评价指标集，给出各指标对应的隶属度，可得到模糊综合评价矩阵，模糊综合评价矩阵与各指标的权向量运算，就得到评价结果。该方法可以较好地解决综合评价中的模糊性, 在许多领域得到了应用。

2.1 单层次模糊综合评价

⑷当模糊子集ω和模糊矩阵R均已知时，即可按下式作模糊变换进行模糊评判。

2.2 多层次模糊综合评价

由最低层向上一层逐层评判，则可得到目标层的综合评价值。

2.3 基于层次分析法的水安全评价指标权重的确定

多目标评价决策中的权重，是指每项指标对总目标实现的贡献程度，它反映了各指标在评价对象中价值地位的系数。不同的权重将导致不同的评价结果。层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。其优点是能把其它方法难以量化的评价因素通过两两比较加以量化，把复杂的评价因素构成简化为一目了然的层次结构，能有效地确定多因素评价中各因素的相对重要程度。但因其在进行方案的总体评价时，缺乏一个统一的、具体的指标量化方法，因而在实际使用中，大多只用它进行指标权重的分析，然后用其它方法进行指标值的量化和归一化计算。水安全评价指标体系是一个由多个因素组成的具有层次结构的评价体系，且体系中既有定量型指标又有定性型指标，因而本文选用层次分析法进行指标权重的确定。

运用层次分析法确定权重，可以分为以下几个步骤[3]：

第一步，建立递阶层次结构。首先把问题条理化、层次化，构造出一个层次分析的结构模型。

第二步，构造判断矩阵。对递阶层次结构中各层上的元素可以依次相对与之有关的上一层元素进行两两比较，建立判断矩阵。判断矩阵具有下述性质

表2 1～9标度法

第三步，计算单一准则下元素的相对权重并进行一致性检验。

由于客观事物的复杂性以及人们对事物认识的模糊性和多样性，所给出的判断矩阵不可能完全保持一致，有必要进行一致性检验，计算一致性检验指标CI

式中 n——判断矩阵阶数。

表3 RI取值

3 实例应用——陕西关中地区的水安全综合评价

将不同地区看作水安全评价的不同方案就可以对各区域现状年的水安全状况进行评价。本文对陕西关中地区的五个地市和1个示范区的水安全情况进行评价,以便说明上述评价模型的应用。

以关中地区5个地市和1个示范区2005年的基本资料为基础,确定水安全评价的指标现状值, 对其水安全的状态进行评价。

由于各指标具体量纲不同，无法进行直接比较，为了消除各评价指标的量纲影响，需对各评价指标的原始数据进行标准化处理，数据标准化的方法有很多种，本文根据不同评价指标的属性，将评价指标划分为三种类型：效益型（越大越优型）、成本型（越小越优型）和中间型（越中越优型），根据不同的指标类型选择不同的标准化公式进行处理。

对成本型指标

或

由标准化处理后的指标值作为评价矩阵，由层次分析法确定各指标的权重，结果见图1中数据。

根据标准化后的指标乘以各自的权重，然后分层加总，就可以得到水安全的综合评价值。上一层指标值由对应的下一层指标值及其权重计算得到，即

逐层计算，便可得到水安全综合评价值。综合评价值与水安全呈正相关，得分越高，水安全形势越好，反之亦然。

通过计算，陕西省关中地区各行政区目标层的综合评价值及排名次序见表4。根据综合排序相应的评价结果进行分析，可知得分由高到低的是宝鸡市、杨凌示范区、西安市、咸阳市、铜川市和渭南市。得分最高的是宝鸡市，从各方面综合来评价，宝鸡市的水安全形势乐观，得分最低的是渭南市，渭南市的水安全形势最不容乐观。

表4 水安全综合评价值

4 结论

本文对水安全评价所采用的模糊综合评价模型具有一定的可行性和实用性,由于在计算中采用层次分析法确定权重和具有层次结构的评价指标体系的结合,以及采用多层次多目标的模糊综合评价方法,使得对水安全系统的评价由表及里,逐层计算,这样获得的信息会更加全面,便于对区域水安全状况作全面了解,并可找到区域水安全所存在的症结。

同时应用层次分析法进行评价指标权重的确定。由于两两比较存在一定的主观性，权重系数可能随着社会的发展和专家侧重点的不同而变化，所以应当尽可能考虑到影响评价的各个因素[4]。

利用上述多层次多目标模糊综合评价模型对各地区的水安全评价实际上很大程度上是各地区在水安全方面的对比,而不是各地区的绝对值。所以有必要对某一个地区的水安全评价模型继续进行深入的研究。

[1] 闵庆文，成升魁.全球化背景下的中国水资源安全与对策[J].资源科学,2002,24(4):49－55.

[2] 王小民.二十一世纪的水安全[J].社会科学,2001(2):25－29.

[3] 张戈丽，王立本，丁世刚．基于AHP的济南市水安全评价研究[J].山东师范大学学报：自然科学版，2007，22(3)：94－97.

[4] 韩宇平,阮本清,解建仓.多层次多目标模糊优选模型在水安全评价中的应用[J].资源科学,2003,25(4)：37－42.

[5] 王远坤，夏自强，曹升乐.水安全综合评价方法研究[J].河海大学学报：自然科学版，2007,35(6)：618－621.

[6] 樊彦芳，刘凌，陈星，等.层次分析法在水环境安全综合评价中的应[J].河海大学学报：自然科学版，2004(5)：512－514.

[7] 金菊良，魏一鸣，丁晶.基于改进层次分析法的模糊综合评价模型[J].水利学报，2004(3)：65－70.

Application ofFuzzy Comprehensive Evaluation model in Water Security Evaluation

LIU Xin

(Architectural Engineering Department,Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000,China)

On the basis of the concept of water security , Fuzzy comprehensive evaluation model for evaluation of regional water security is established upon multi-objective and multi-level and fuzzy comprehensive evaluationtheory. With the combination of hierarchical evaluation index system of water security and the model established above , water security of Guanzhong region in Shaanxi province are evaluated and the satisfied order was obtained. The region in regard to water security from good to poor in sequence are: Baoji city ,Yangling demonstration zone, Xi’an city, Xianyang city, Tongchuan city and Weinan city, which accord with the actual situation of each region. Its shows the model is applicable on regional water security evaluation.

Water security evaluation；index system；Fuzzy comprehensive evaluation；analytic hierarchy process

2010－09－10

漳州职业技术学院科研计划资助项目(ZZY0946)

刘昕（1974－），女，陕西咸阳人，讲师，博士研究生，主要从事水资源管理方面的研究。

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1673-1417（2010）04-0025-05