基于ANP方法的水资源承载力模糊综合评价

张森 王思如 张玉珍 颜志俊 宋亚倩 徐春晓 沙海明

摘要：指出了水资源承栽力是水资源与社会经济、生态环境系统相互作用的综合反映，是评价区域水资源安全的重要指标。以江苏省为研究对象。应用基于ANP的水资源承栽力模糊综合评价模型，对2006～2017年江苏省水资源承栽力进行了评价研究。结果表明：2006～2017年江苏省水资源承栽力整体处于稳定上升状态，其中，2006～2013年水资源承载能力处于波动状态，2014～2016年增长较快，2017年呈下降趋势。

关键词：ANP;水资源承栽力;模糊综合评价

中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0066-04

1引言

水资源不仅是基本的自然资源，而且是战略经济资源和生态控制因素。这些因素已成为制约21世纪全球经济和社会发展的重要控制因素。同时，随着经济发展和人口的增长，经济的快速发展、生态的稳定健康与水资源的可持续利用之间的矛盾日益突出。水资源承载力通常表示在保持一定环境条件下，水资源所能支持的最大可持续社会经济规模。当水资源承载能力超过一定阈值时，将严重制约经济社会的可持续发展，同时直接影响生态安全。因此，准确评价水资源承载力，对于指导水资源的合理利用，保障水资源安全具有重要意义。

2ANP方法

2.1ANP基本概念

ANP是1996年T.L.Saaty在AHP的基础上比较系统地提出了一种适合非独立递阶层次结构的决策方法，它摆脱了AHP对层次结构的限制，解决了具有相互依赖和反馈效应的多准则分析问题。ANP将整个系统划分为两大部分，第一部分称为控制层，包括目标层及准则层。各准则之间彼此独立，且只受目标支配。控制层中可以没有决策准则，但必须有一个目标。第二部分称为网络层，它是由所有受控制层支配的元素组组成，元素组内部各元素互相影响，同时，在各准则下，各元素组之间相互依存、相互支配。

2.2ANP超矩阵和加权超矩阵

假设ANP控制层中有P1，P1，…，Pm个准则，在网络层中有元素组D1..Dn，在准则Ps下，根據元素集Di中的所有元素对djk影响程度的大小，按照九分法构造判断矩阵，见表1。

评价指标分为定性指标和定量指标，定性指标的隶属度矩阵主要采用专家打分法，公众参与调查法和实地调研相结合的方法。定量指标的隶属度一般运用隶属函数进行计算。常用的隶属函数有矩形或半矩形分布、正态分布、梯形分布、柯西分布、抛物线分布等。

3.3模糊隶属度计算

由于对评价因素集U中各个因素相对于评价目标有不同的地位和作用，需要对每个因素赋予不同的权重，将其表示为U，上的一个模糊子集A=（n1，a2，…，nn）称权重分配集。权向量A表示各因素在评价中的相对重要程度。

隶属度矩阵R中各行表示单个指标对各等级模糊子集的隶属程度，而综合评价需要求得整个评价指标体系对各等级模糊子集的隶属程度，即结果向量B=（b1，b2，…，bn），在已知R和A求得B的过程称为模糊变换。即：B=A*R（%为算子符号），算子有很多种，通常采用普通矩阵乘法运算。

隶属度矩阵R中rij的计算采用隶属度函数法，为了消除各等级之间数值相差较小，而评价等级不同的现象，使隶属函数在各级之间能平滑过渡，需对其进行模糊化处理计算。采用最简单的普通矩阵乘法进行模糊变换，计算模糊综合评价结果向量B。

4实例分析

4.1基本情况

江苏省是长江三角洲地区的重要组成部分，地处江淮沂沭泗河流下游，内陆面积10.26万km²，境内水资源丰富，降雨年径流深150～400mm，总人口7000多万人，是全国人口密度最高的省份。根据江苏省水资源供需矛盾、水量、水质等特点，选取10个指标水资源承载力评价指标体系，分别代表不同条件对水资源承载力的影响，见表2;本文采用的历年数据均来自《江苏省水资源公报》和《江苏省统计年鉴》等，见表3。

4.2ANP确定评价指标权重

（1）首先在Super Decision中构建判断矩阵并由特征根法得到排序向量。以水资源条件为例，计算各影响元素组的权重。建立所有元素组的加权矩阵，见表4和表5。

（2）构建初始超矩阵。超矩阵的构建需要确定各元素之间的相关关系，以生态环境元素组C中废水排放量指标c1为例，依据水资源元素组R中的各指标对c1影响力大小构造判断矩阵及权重计算，见表6;对元素组中的每一个元素分析计算得到初始超矩阵，见表7。

4.3模糊综合评价

（1）模糊综合评判模型的因素集即为上文中评价指标体系的各项指标。指标的评价集参照相关的研究成果及江苏省水资源实际状况对评价指标进行了分级，见表10。

各指标共分为3个等级V=（V1，V2，V3），1级表示水资源承载能力较强，供给量大于需求量，具有较强的开发潜力，情况良好;3级表示水资源承载力较弱，已经出现供需缺口，为情况较差;2级介于1级和3级之间，表示水资源承载力处于中等水平，水资源开发程度能够满足需求，同时具备一定的开发潜力。

水资源承载力综合评价值计算结果向量和综合评价值见表11;综合评价结果见图1。

4.4结果分析

（1）由图1可以看出，2006～2017水资源承载力整体处于稳定上升状态，其中2006～2013年波动变化，由权向量可以看出，降雨是影响水资源承载力的最主要因素，降雨量在2006～2013变化明显，对评价结果产生直接影响，与此同时，随着经济的快速发展，生活水平逐渐提高，需水量增长明显，导致承载能力不足。2013以后，随着《最严格水资源管理制度》的落实，水资源承载能力增长明显，2017年受降雨影响水资源承载力有少量降低。

（2）从综合评价值P看，p的变化区间在0.35～0.65之间，表明江苏省水资源承载力水平处于临界状态，能够满足用水需求的同时开发利用潜力较小。在2013～2016年，户值由最低值0.37达到最高值0.6，万元GDP用水量、总耗水量、农田亩均灌溉用水量逐年降低，水功能区达标率增长明显，充分表明江苏省生产水平、节水水平、生产工艺、科技水平明显提升。

（3）在综合评价的结果向量B中b2始终大于0.5，所以对v2的隶属度值最大，表明江苏省水资源开发利用已经达到一定的规模，如果进一步提高用水标准，人水关系将处于紧张状态。对v1的隶属度值b1，虽然数值较低，但有逐年上升的趋势，表明随着引提水工程的规划实施、节水技术的推广应用，江苏省水资源水资源承载力逐年提高。

5结语

（1）本文结合江苏省发展现状及用水水平建立水资源承载力综合评价体系，应用网络层次分析法，打破了层次分析法同一层次结构内部不存在相互依存和支配的限制，分析其网络结构及各指标的内在联系，借助Super Decision软件，求解各指标相对于目标的影响权重，并将求得的权重与模糊综合评价模型结合，分析2006～2017江苏省水资源承载力变化趋势。

（2）2006～2017年江苏省水资源承载力处于稳定上升趋势，但仍然处于临界状态，仍有很大的改善空间，主要的改善方式：降低水资源消耗、提高水资源利用率、加快节水型企业和节水型社会建设、加强非常规水源利用、积极推行低影响开发建设模式等。