模糊综合评判在蓄滞洪区可持续发展水平评价中的应用

朱积军，吕 辉，简鸿福，罗 优

(1.丰城市丰东灌区管理局， 江西 丰城 331100；2.江西省水利科学研究院， 江西 南昌 330000；3.扬州大学 水利与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225127)

蓄滞洪区承担着防洪和社会经济发展的双重功能，区内有大量人口居住，导致蓄滞洪区在洪水超标时行蓄洪水与区内经济发展形成复杂尖锐的矛盾[1]。由于蓄滞洪区的运用，我国蓄滞洪区内居民的生活水平明显低于周边县市的平均水平，严重制约着我国社会经济的可持续发展。目前，国外学者对蓄滞洪区研究较少，国内学者在蓄滞洪区可持续发展现状评价及发展模式方面做了相关研究。肖军[2-3]对蓄滞洪区综合利用与规划进行了探讨，提出在现状防洪体系下加入生态景观规划，为蓄滞洪区综合利用和可持续发展提供参考。叶明等[4]提出可将蓄滞洪区看作是一个由防洪、环境、资源、经济和社会组成的复合系统，并且提出了一套蓄滞洪区可持续发展水平的评价指标体系。詹存卫等[5]探讨了蓄滞洪区内经济、社会、人口、资源和防洪之间的关系，阐述了蓄滞洪区复合系统发展的内涵，指出蓄滞洪区可持续发展与防洪减灾是辩证统一的。张彬等[6]通过建立SWOT模型，系统分析了淮河蓄滞洪区的优势、劣势、威胁和机会，提出了蓄滞洪区防洪一经济一生态协调发展的新模式。目前国内学者对蓄滞洪区的研究主要集中在蓄滞洪区复合系统的结构、指标体系及区内防洪减灾与可持续发展之间的协调关系等方面的研究，对蓄滞洪区可持续发展水平的综合评判方面的研究还较为少见。本文通过对清丰山溪蓄滞洪区内鸦丰、石滩、陈埠、白土4座子蓄滞洪区进行实地调研获取大量数据资料，采用模糊综合评判法[7]对清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平作出综合评判，从而获得一些有益的结论。

1 评价模型和方法

1.1 建立评价指标体系

采用层次分析法[1]构建蓄滞洪区可持续发展水平评价的指标体系，将可持续发展水平评价作为目标层，防洪、经济、资源、人口、社会和环境六个子系统为准则层，选取淹没风险度、人均避洪面积、农民人均可支配收入等18个指标组成指标层，如图1所示。

图1指标体系层次结构模型

1.2 确定指标权重系数

(1) 构造判断矩阵。将同一层次的指标两两比较，采用1～9标度法用数值来表示各指标的相对重要程度，将全部比较结果构成判断矩阵。

(2) 层次单排序及一致性检验。采用方根法编写MATLAB程序求解各个判断矩阵的最大特征值λmax及其对应的特征向量Mi，并对层次单排序进行一致性检验[8]，将特征向量Mi经归一化处理后的结果作为层次单排序中的权重。

(3) 层次总排序及一致性检验。层次总排序是指计算同一层次所有元素对于目标层相对重要性的排序权重，当层次总排序的结果具有满意的一致性时，可获得指标权重系数矩阵W。

1.3 获取单因素评价矩阵

在模糊综合评价中，选择或构造适当的模糊隶属度函数是获得合理的评价结果的关键步骤。由于各指标的含义、计量单位不同，必须构造合适的隶属函数对指标数据进行标准化处理，常见的方法有向量规范法、线性变换法和极差变换法等线性构造方法[9]，也有非线性隶属函数构造法，如高斯分布型、指数型[10-12]等。文中根据指标的调查情况及指标的本身特性分别建立各指标的隶属度函数如下：

(1) 线性变换法构造隶属函数：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(2) 指数型隶属函数：

(6)

(7)

(3) 高斯分布型隶属函数：

(8)

u(万元GDP耗能)(x)=e-0.95x2，x≥0

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

u(青壮年文盲率)(x)=e-220x2， 0≤x≤100%

(15)

(16)

(17)

u(每千人拥有病床数)(x)=1-e-0.033x2，x≥0

(18)

上述公式中，各指标特征值部分采用国家统计局发布的数据资料及相关政策、行业规范规定的数据标准。将各指标值代入上述公式，算出相应的指标隶属度，得到单因素评价矩阵R。

1.4 做出综合评判

评判向量C=W∘R=(c1，c2，…cn)，即将指标权重系数矩阵W与单因素评价矩阵R通过运算符“∘”进行数学运算。目前常用的运算方法有以下四种[13]：

(1)M(∧，∨)(主因素决定型)，将矩阵W的行与矩阵R的列对应元素先取小再取大得到最终结果。

(2)M(*,∨)(主因素突出型)，将矩阵W的行与矩阵R的列对应元素先乘再取大得到最终结果。

(3)M(∧，⊕)，将矩阵W的行与矩阵R的列对应元素先取小再求和，将求和结果与1比较取小值得到最终结果。

(4)M(*,+)(加权平均型)，将矩阵W与矩阵R做乘法运算得到最终结果。第四种运算方法对所有指标的影响程度均衡兼顾，不会忽略次要因素的影响，适用于蓄滞洪区可持续发展水平评价中考虑多因素起作用的情况。

采用公式(19)将前面已计算的指标权重系数矩阵W与指标单因素评价矩阵R进行运算，最后得到总的评价结果C。

加权平均型：

(19)

2 工程应用

2.1 建立评价指标体系

2.1.1 基本情况

蓄滞洪区是清丰山溪下游区域(丰城、南昌市辖区)防洪工程体系中的重要组成部分，由鸦丰、石滩、陈埠、白土4座子蓄滞洪区组成，位于赣江右岸、清丰山溪中上游，总面积73.11 km2。清丰山溪4座蓄滞洪区总集雨面积111.38 km2，总蓄洪面积为69.52 km2，有效蓄洪容积为2.0×108m3，涉及孙渡、荣塘、剑南、石滩、桥东、白土6个乡镇(街办)。据统计，截止到2016年底，分洪区内有30个村委会、133个自然村、4.97万人口、6 080 hm2耕地。分洪时133个自然村、4.97万余人要安排转移。

清丰山溪蓄滞洪区运用标准约20年一遇，运用机率约为15年一遇，当达到启用条件时，分别在鸦丰联圩、石滩联圩、陈埠圩、白土圩选择爆破点破口分洪。

2.1.2 淹没风险度

根据《蓄滞洪区设计规范》[14](GB 50773—2012)，蓄滞洪区不同水深对应的淹没风险度可按下式计算：

R=10×Φ×H/N

(20)

式中：R为淹没风险度；Φ为淹没历时修正系数，1.0～1.3，计算取1.3；H为蓄滞洪区淹没水深，计算取平均水深，m；N为运用标准(重现期，a)。

经计算，鸦丰、石滩、陈埠、白土4座子蓄滞洪区平均水深对应的淹没风险度计算结果见表1。

2.1.3 指标体系

通过对清丰山溪蓄滞洪区实地调研获取了大量数据，针对淹没风险度、人均避洪面积、农民人均可支配收入等18个指标对这些数据进行统计分析，获得了鸦丰、石滩、陈埠、白土4座子蓄滞洪区可持续发展水平评价指标体系的指标值，见表2。

表1 蓄滞洪区淹没风险度计算表

注：表中淹没水深值源自《清丰山溪蓄滞洪区安全建设工程可行性研究报告》。

表2 蓄滞洪区可持续发展水平评价指标体系

注：表中数据主要来自《丰城市2016年统计年鉴》及丰城市水利局提供的内部资料。

2.2 权重系数计算

利用层次分析法确定出各指标的层次单排序并通过一致性检验，最终得到指标权重系数矩阵W。

W=(w1，w2，…w18)T=(0.221，0.093，0.058，0.113，0.029，0.016，0.053，0.035，0.012，0.066，0.066，0.022，0.021，0.054，0.034，0.069，0.011，0.028)T。

2.3 隶属度计算

将表2中各指标值代入式(1)—式(18)，计算结果见表3。

2.4 综合评价

利用公式(20)将指标权重系数矩阵与指标单因素评价矩阵进行运算，得到C=W∘R=(0.4659，0.4986，0.5355，0.5814)。

蓄滞洪区可持续发展水平根据隶属度的大小，并结合实际经验[15]，可分成5个等级，如表4所示。

由此可知，清丰山溪蓄滞洪区内鸦丰、石滩、陈埠、白土4个子蓄滞洪区的可持续发展水平评价结果见表5。

表3 指标隶属度

表4 可持续发展水平等级划分

表5 清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平综合评价

2.5 结果分析

由表5可知，4座子蓄滞洪区可持续发展水平评价结果为一般，排序为：C白土>C陈埠>C石滩>C鸦丰；由调查资料可知，鸦丰、石滩、陈埠、白土4座子蓄滞洪区的区域面积比为：0.45∶0.39∶0.10∶0.07，人口数量比为：0.56∶0.32∶0.07∶0.05，分别用区域面积比、人口数量比与4座子蓄滞洪区可持续发展水平的评价结果进行加权平均，得到清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平的综合评价结果为0.4873、0.4933，属一般。因此，清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平综合评价为一般，区内发展不均衡，评价结果基本符合区内建设现状。

由图2可知，隶属度低于0.6的指标有淹没风险度、人均GDP、人均可利用水资源量、每万人拥有医生数、每千人拥有病床数、万元GDP耗能、农民人均可支配收入、人均可耕地面积、自然死亡率、人均居住面积、人均公共绿地面积等，其中，部分区域的前5个指标低于0.4，是影响清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平的主要因素。下面对这5个主要影响因子分析如下：

图2指标隶属度分布图

(1) 清丰山溪蓄滞洪区设有鸦丰联圩、石滩联圩、陈埠联圩和白土联圩，其防御洪水能力约20年一遇，圩堤运用标准低，蓄滞洪区风险等级为中等～重度，淹没风险度偏大，是造成淹没风险度隶属度偏低的重要原因。另外，淹没历时修正系数与蓄滞洪区淹没历时呈正相关关系[16]，文中按经验值上限1.3 计算淹没风险度可能造成计算值偏高，对计算结果有一定的影响。

(2) 4座子蓄滞洪区的人均GDP为20 698元～35 119元，远低于国内均值(据国家统计局发布2016年我国人均GDP为53 680元)，这是由清丰山溪蓄滞洪区经济产值主要以第三产业及农业为主、工业发展水平相对落后的现状造成的。

(3) 根据国家统计局最新发布的《中国统计年鉴2018》显示：2016年底我国人均可利用水资源量约2 348 m3/s，约为世界人均水平的28%，人均水资源量十分紧缺，而清丰山溪蓄滞洪区内人均可利用水资源量仅962.2 m3/s～2 367.6 m3/s，水资源分布不均匀且远低于我国人均水平，是影响蓄滞洪区可持续发展水平的重要影响因子之一。

(4) 党的十八大报告中提出，全面建成“小康社会”的基本标准之一为“每千人医生数2.8人”，但清丰山溪蓄滞洪区该指标不足1人，与标准相差较远；由发改投资〔2014〕2091号《关于加快推进健康与养老服务工程建设的通知》可知，2020年我国每千人病床数将达6张，目前，蓄滞洪区内该指标仅0.98～2.681张，与我国计划标准差距较大。每万人拥有医生数、每千人拥有病床数是反映当地医疗资源和人们健康保障水平的重要指标，两项指标值的严重偏小是造成清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平不高的重要原因。

3 结论与建议

(1) 利用层次分析法建立蓄滞洪区可持续发展水平评价的指标体系并计算权重系数，构造各指标的隶属函数，利用模糊综合评判法对蓄滞洪区可持续发展水平做出综合评价，评价结果表明，清丰山溪蓄滞洪区可持续发展水平一般，区内发展不平衡，评价结果基本符合区内发展现状，评价方法科学合理，具有一定的适用性。

(2) 建议清丰山溪蓄滞洪区加强防洪工程建设，提高联圩防洪标准；利用好当地水环境资源，发展水文化，拓展旅游经济新模式；增设相关水利工程，加强节水宣传，通过合理调度水库、渠道及河道水资源，解决人均水资源量不足、不均衡的问题；加大医疗资源的投入，为培养和引进医疗人才提供基础平台。