多目标层次分析方法在沈阳市初始水权优化分配中的应用研究

2018-12-24孙娟

水利技术监督 2018年6期

孙娟

(辽宁省水文局，辽宁沈阳 110003)

当前，城市用水矛盾日益突出，城市水权的合理优化分配对于城区水资源的可持续利用具有重要的参考价值。国内许多学者对流域初设水权的定量分配展开一定程度的研究[1- 6]，但是大都集中于对初设水权的一次分配，而进行水权二次优化分配的研究成果还较少，近年来，多目标层次分析方法在多目标函数优化中得到较为成熟的应用[7- 10]，但在城市初设水权优化分配中应用还不多见，特别是在北方城市应用还较少。北方城市由于缺水率较高，城市用水矛盾相比于南方城市更为突出，为此本文采用多目标层次分析方法对沈阳市的初设水权进行二次优化分配。研究成果对于城市初设水权的二次优化分配具有较好的参考价值。

1 多目标层次分析方法

多目标层次分析方法，主要以社会、经济以及生态效益为目标函数，分层对各用水需求进行水权的二次优化分配，通过分层反复调试使得各用水目标效益达到最优。首先为社会效益目标函数，社会效益是城区初设水权分配重点内容，其目标函数方程为：

(1)

(2)

(3)

在进行经济效益目标分析时，应保证区域分配后的水量小于原分配水量的20%，生态效益目标则需要保证区域分配生态水量的保证率大于1。

2 实例研究

2.1 沈阳市水资源概况及分配指标

沈阳市属于典型的北温带气候，降雨年内时空分布十分不均匀，沈阳市多年水资源总量为34.3亿m3，水资源人均占有量仅为全国水平的20%。随着当前国家东北老工业基地振兴战略的实施，区域的水资源供需矛盾日益紧张。区域的水资源补给方式主要为降水补给，全市地表水供水总量约占总供水量的20%左右，地下水供水量约占67.5%左右。结合多目标层次分析方法对沈阳市初始水权进行分配，并对其指标进行了收集，初始水权分配指标见表1。

表1 沈阳市水权分配指标值

表2 沈阳市各指标水权分配权重值

2.2 各指标分配权重设置

根据各水权分配指标在各行政曲线的重要性，进行分配权重的设置，各指标分配权重见表2。

从表2中可以看出，在沈阳行政县农业耕地用水相关指标设置权重较高，而工业GDP相关指标的设置权重较小，这主要是因为沈阳市的各行政县主要以农业为主体经济。而在其他行政市区工业GDP相关指标的设置权重大于农业耕地用水相关指标的权重，这主要是在各行政市区工业是其主体经济。从表中还可看出，人口增长率对区域水权分配影响也较大。

2.3 沈阳市初始水权分配结果

根据各指标的分配权重进行各行政县区综合水权分配权重的设置，并结合各分配权重，对各行政县区的水量进行定量分配，见表3，并按照不同行业进行了初始水权的分配，见表4。

从表3中可看出，各行政市区分配水量要高于各县区，这主要是因为各行政市区工业用水和城市生活用水逐年大幅度增加，因此分配水量较高。而各行政县由于主要以农业用水为主，而由于新农村建设发展，农村人口增长率较低，农村生活用水有所下降，因此各行政县分配水量较低。从表4中可看出，各行政县农业和生活分配水量较高，而各行政市区工业和生活分配水量较多，生态用水比例均较低。

表3 沈阳市各区县水权分配结果

表4 沈阳市各行业初始水权分配结果

2.4 初始水权优化分配结果

考虑到一次初始水权分配存在一定的主观性，结合社会、生活以及生态等多个目标，采用多目标层次分析方法对沈阳市各行业的初始水权进行二次优化分配，优化分配结果见表5，如图1所示。

从表5和图1中可较为直观的看出，相比于优化前，各行政县的农业用水都有一定程度的提高，但是和需水量较为接近，而生活用水各行政区县都有一定程度的降低，这主要是因为遵循了先生产后生活的原则，先保障工农业正常生成所需水量，再保障居民的生活用水。此外，从表5和图1中可看出，沈阳市各行政区县优化后的生态分配水量都较优化前有明显提高，但接近城市的生态需水。