山东水资源配置和谐性的模糊综合评价

2017-03-31雷放存宋华岭黄延萍

山东工商学院学报 2017年1期

关键词：权法山东省水资源

雷放存,宋华岭,黄延萍

(山东工商学院管理科学与工程学院,山东烟台 264005)

半岛经济研究

山东水资源配置和谐性的模糊综合评价

雷放存,宋华岭,黄延萍

(山东工商学院管理科学与工程学院,山东烟台 264005)

从资源、经济、社会和生态四方面选取指标建立指标体系,运用熵权法对山东省的水资源配置进行了模糊综合评价。结果表明,山东省各市的水资源配置情况有很大差别,水资源配置的和谐程度与经济发展水平没有一致性关系。

熵权法;模糊综合评价;水资源配置

一、引言

随着中国经济社会的发展,水资源供需矛盾问题越来越突出,已经成为制约经济社会发展的瓶颈,因此,越来越多的学者致力于水资源配置的研究。赵勇,陆垂裕,肖伟华根据广义水资源合理配置的内涵、目标、研究框架、调控体系等, 开发并运用广义水资源合理配置模型(WACM)实现了区域水量-水环境-水循环过程的动态配置与模拟。郭丽君,左其亭从和谐论的角度分析了我国水资源开发利用过程中存在的问题,并提出水资源开发利用相关方略。李维乾,解建仓等人,构建了基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置模型,通过改变盈余水量回收比例和回收延迟参数对模型进行验证,表明盈余水量回收机制设置合理,且盈余水量全部回收可明显增加区域的总供水量。何国华,汪妮等,建立了基于熵权的水资源配置和谐性模糊综合评价模型,对区域水资源的配置情况进行全面分析,为区域水资源的合理开发利用和管理提供参考。梁士奎,左其亭以人水和谐为目标,提出了区域取用水总量、用水效率和纳污能力“三条红线”指标,为实施区域最严格水资源管理提供依据。解建仓,廖文华等人,采用人工鱼群算法建立水资源优化配置模型并进行求解,确定了经济、社会和环境效益权重分别为0.4,0.25和0.35作为区域水资源开发利用与社会经济和生态环境保护协调发展的最佳方案。娄帅,王慧敏等人,基于区间直觉模糊群决策的水资源配置方案优化方法对流域水资源配置方案进行了排序。宋一凡,郭中小等人,从取水总量、用水效率、水生态环境保护三个方面构建了二连浩特市水资源与经济社会和谐度评价体系,评价体系较好地反映了二连浩特市水资源与经济社会和谐度,对北方干旱缺水地区节水型社会建设具有借鉴意义[1-8]。

水资源配置和谐性不仅涉及水资源,还涉及经济发展、社会状况和生态环境等因素的影响,所以对水资源配置和谐性的评价必须要考虑到各方面因素。本文在借鉴吸取前人成果的基础上,构建了一套包含水资源自然储量、经济发展、社会状况和生态环境在内的多方面指标体系,结合熵权法运用模糊综合评价的方法对山东省的水资源配置和谐性进行了评价,以期在对山东省水资源配置和谐性合理评价的基础上为决策者提供合理参考和建议。

二、山东省水资源配置和谐性分析

(一)指标体系的建立

本文从我国水资源状况、经济发展、社会状况和生态环境四方面建立了评价山东省水资源配置和谐性的一级指标,并根据科学性、客观性、系统性和可操作性原则建立了包括地表水资源供给量、人均粮食产量、人均水资源量和污水处理率在内的12个二级指标[9]。具体指标体系如表1。

(二)基本原理及模型的建立

1.熵权法基本原理

本文用熵权法确定权重。“熵”源于热力学,最初见于信息论,反应的是物质系统的混乱和无序程度。熵值越小的指标,其提供的信息量越大,表示该指标提供的信息量越大,其熵权应该越大;而提供信息量越小的指标熵值越大,其熵权应该越小[10]。在水资源配置和谐性指标体系中,每个指标所起的作用是不一样的,所以用熵权法确定权重是合适的,并且相对于传统的专家判断法,熵权法能够很好的避免主观因素对评价结果的影响。具体方法如下:

表1 山东省水资源配置和谐性模糊综合评价指标体系

设X={x1,x2,……，xn}为水资源配置和谐性的n个指标,m个评价对象样本矩阵R=(rij)mn,rij是第i个评价对象的第j个评价指标的评价值。矩阵表示如下:

(1)

(2)

2.多层次模糊评判模型的建立

模糊综合评价是对多种因素影响的事物做出全面评价的一种有效的多因素评价方法,其具有定性和定量相结合的特征,能够对呈现出模糊性的资料进行客观的定量分析[11]。根据前文所述,本文的水资源和谐性评价指标体系包括一级指标和二级指标两个指标层指标,因此,对于水资源、经济、社会和生态都构成一个模糊综合评判过程。即先对二级指标进行模糊综合评判,再结合一级指标,综合计算权重进行模糊评判得出结果。具体步骤如下:

(1)确定评价因素和评价等级

设U={u1,u2,……um}为刻画被评价对象的m种因素(即评价指标);V={v1,v2,……vn}为刻画每一因素所处的状态的n种决断(即评价等级)。

(2)确定评价标准

本文根据模糊数学原理,并参考《2015山东省统计年鉴》和《中国水资源公报》等相关资料,将水资源配置和谐性划分为5个等级标准,即非常和谐、和谐、一般和谐、不和谐、极不和谐。各评级指标的分级情况如表2所示。

(3)确定隶属度函数并根据隶属度函数计算二级模糊评判矩阵

表2 水资源配置和谐性评价各指标的分级标准

为了避免出现等级间数值相差不大,而评价等级相差一级的跳跃现象,先做模糊化处理,构造隶属度函数如下[12]:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

其中k1,k3,k5,k7是V5,V4,V3,V2,V1的等级临界值,k2,k4,k6分别是V4,V3,V2的中值。根据隶属度函数计算二级指标的模糊评判矩阵如下:

(4)计算模糊综合评价值

首先进行二级指标的模糊综合评价Bk=Wk*Rk,再由二级评价指标评价结果得到的一级评价矩阵R和熵权法确定的一级指标权重W对山东省水资源配置和谐性进行模糊综合评价B=W*R。

(三)山东省水资源配置和谐性分析

山东省位于温带季风性气候区,2014年全省平均年降水量518.8mm,比上年681.7mm 偏少23.9%,比多年平均679.5mm偏少23.7%,属枯水年份。2014年全省水资源总量为 148.44亿m3,其中地表水资源量为76.61亿m3、地下水资源与地表水资源不重复量为71.83 亿m3。2014年全省总供水量为214.52亿m3。其中,当地地表水供水量占27.5%、引黄供水量占29.0%,地下水供水量占40.1%、其它水源供水量占3.4%。海水直接利用量为55.72 亿m3。2014年全省总用水量为214.52亿m3。其中,农田灌溉用水占59.5%、林牧渔畜用水占8.9%、工业用水占13.3%、城镇公共用水占3.4%、居民生活用水占12.2%、生态环境用水占2.7%。2014年实测294个水功能区,其中年均值水质达到Ⅰ类标准的有1个,占0.3%;水质达到Ⅱ类标准的有46个,占15.6%;水质达到Ⅲ类标准的有84个,占28.6%;水质符合Ⅳ类标准的有54个,占18.4%;水质符合Ⅴ类标准的有50个,占17.0%;水质为劣Ⅴ类的有59个,占20.1%。具体指标如表3。

首先根据式(1)和式(2)计算二级指标的权重:W1=(0.408 0.263 0.329),W2=(0.294 0.352 0.354)W3=(0.364 0.342 0.294),W4=(0.355 0.366 0.279).

再以济南市为例,对二级指标进行模糊评价

=(0.7578 0.2422 0 0 0)

=(0.2391 0.1957 0 0 0)

=(0 0 0.2531 0.4884 0.2586)

=(0 0.0558 0.4157 0.3003 0.2282)

根据最大隶属度原则和二级指标评判结果可见,济南市水资源配置和谐性水资源子系统和经济子系统都是极不和谐的,社会子系统配置和谐,但生态配置也是只是一般和谐。

根据上文所述数据标准化方法对指标数据进行标准化处理得到表4。

根据二级指标模糊评判结果R和熵权法确定的一级指标权重W,对济南市水资源配置和谐性进行模糊评判如下:

=(0.2231 0.1157 0.2281 0.2225 0.2107)

可见,济南市水资源配置和谐性最终评价等级为一般和谐。

同理可得山东省其他几个市的水资源配置和谐性的等级情况,列表5。

表3 山东省水资源配置和谐性模糊综合评价样本指标取值

续表3 山东省水资源配置和谐性模糊综合评价样本指标取值

表4 指标数据标准化结果

续表4 指标数据标准化结果

表5 山东省其他市水资源配置和谐性模糊综合评价结果

三、结果分析及对策

根据上面的分析结果可知,济南和潍坊的水资源配置属于一般和谐,说明水资源配置已经处于临界状态。从表2可知影响济南水资源配置和谐性的主要指标是工业万元产值能耗、植被覆盖率和人均绿地面积;影响潍坊水资源配置的主要因素是人均水资源量和人均GDP。青岛、淄博和枣庄的水资源配置属于和谐状态,说明这些地区水资源配置达到了和谐标准,这3个地区的相似之处是植被覆盖率和人均绿地面积都比较高。德州的水资源配置属于非常和谐,说明该地区的经济发展遵循了可持续原则,实现了经济、社会、生态和谐发展。针对各市水资源配置和谐性结果和主要影响因素分析,就山东省水资源配置提出一下几条建议:

第一,科学充分地利用好再生水资源。山东是一个缺水的省份,人均水资源占有量不到全国的1/6。南水北调工程每年可为山东省调引长江水13.53亿立方米,而山东每年产生的再生水资源高达48亿立方米,是调水的3倍多。充分利用再生水资源对山东的意义显而易见。

第二,增加植被覆盖率。相对于德州,济南的人均GDP虽然要高很多,但德州的植被覆盖率和人均绿地面积却比济南高很多,这说明经济发展水平和水资源的配置和谐程度不一定成正比,一些城市应该利用经济优势做好绿化工程,提高植被覆盖率,更好地推动生态环境的发展。

第三,完善水资源管理措施。因为水资源管理措施不到位,部分和谐性指标水平较低,因此管理部门需要加强水科学知识和水资源稀缺性认识的宣传和法律法规的普及;完善市场机制,在行政处罚或罚款措施的确定上,确保违法成本大于守法成本;强化政府责任意识,完全的市场配置不仅会忽视生态安全和社会安全,而且会阻碍经济的优化升级,从长远看不适宜可持续发展;完善社会公众和利益相关者参与的保障机制,社会公众和利益相关者参与不仅是民主政治的体现,也是社会公众和利益相关者维护自己利益,政府创新社会管理的途径。

[1]赵勇,陆垂裕,肖伟华.广义水资源合理配置研究(Ⅱ)——模型[J].水利学报,2007,(2):163-170.

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[4]何国华,汪妮,解建仓,等.基于熵权的水资源配置和谐性模糊综合评价模型的建立及应用[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2016,(2):214-220.

[5]梁士奎,左其亭.基于人水和谐和“三条红线”的水资源配置研究[J].水利水电技术,2013,(7):1-4.

[6]解建仓,廖文华,荆小龙,等.基于人工鱼群算法的浐灞河流域水资源优化配置研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2013,(6):221-226.

[7]娄帅,王慧敏,牛文娟,等.基于区间直觉模糊集的水资源配置群决策研究[J].长江流域资源与环境, 2014,(3):319-327.

[8]宋一凡,郭中小,徐晓民,等.二连浩特市水资源与经济社会和谐度评价[J].水文,2016,(1):66-70.

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