湖南省水資源可持續(xù)利用的密切值法評價

摘 要:分別介紹了密切值評價模型的原理和算法，在經(jīng)專家咨詢和參考有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以降水量、地表徑流量、地表水資源量、地下水資源量、綜合用水量、萬元GDP用水量、萬元工業(yè)用水量、人均水資源量等12項指標構(gòu)建評價體系，并將其運用到湖南省14個設(shè)區(qū)市水資源可持續(xù)利用評價中，結(jié)果表明:懷化市可持續(xù)利用水平最好，湘潭市最差，與湖南的水資源現(xiàn)實情況基本吻合，以此為基礎(chǔ)，對各地的水資源可持續(xù)利用問題進行分析，為水資源利用提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞:密切值法;水資源;可持續(xù)利用;湖南省

中圖分類號:F323.213文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0093-02

水資源作為人類生產(chǎn)生活中一種寶貴的自然資源，在社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中扮演著非常重要的角色，是世界萬物生命延續(xù)的基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人口的不斷增加，水環(huán)境污染問題，水資源浪費問題，變相的消弱了水資源可持續(xù)利用的承載力，使水資源短缺越發(fā)突出，嚴重地制約了農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，針對水資源可持續(xù)利用問題國內(nèi)外許多專家學者對其進行了許多的科學研究。從現(xiàn)狀來看，一般還停留在宏觀定性分析上，定量評價的理論和方法還在進一步探索之中，如主成分分析法、模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊模式識別方法、綜合評價指數(shù)法、模糊數(shù)學評判等。

密切值評價模型是多目標決策的一種數(shù)學建模方法，目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)學、生態(tài)、水環(huán)境質(zhì)量評價等領(lǐng)域，其原理是將所有決策方案指標值進行規(guī)范化處理后，找出方案集的最優(yōu)點和最劣點，再計算出各方案與最優(yōu)點、最劣點的距離，即密切值，來排序各決策方案的優(yōu)劣次序，從而將多指標轉(zhuǎn)化成一個從總體上衡量其優(yōu)劣的單一綜合值進行評價，方法具有簡單明了，效率高等特點。另外，對位于我國中部地區(qū)的湖南省來說，實現(xiàn)經(jīng)濟崛起，進行水資源可持續(xù)利用評價十分重要，就目前情況來看，還處在探索階段，僅限于改進的三標度層次分析法、層次分析法，采用密切值模型對其進行評價值得探討。因此，該文通過建立密切值法評價模型，對湖南14個設(shè)區(qū)市的水資源可持續(xù)利用狀況作出評價，為水資源有效利用提供科學依據(jù)。

1 密切值法模型步驟

1.1 建立指標矩陣

假設(shè)影響評價結(jié)果的指標有n個，即存在n個評價指標G1，G2，…，Gn，且已擬定了m種方案F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m，令第i個決策方案第j個指標的數(shù)值為aij，則建立指標矩陣A如下:

A=a11a12…a1n

a21a22…a2n

……aij…

am1am2…anm

(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)

1.2 將指標進行規(guī)范化處理

由于評價指標對評價結(jié)果的影響有正向和逆向之分(正向影響:指標數(shù)值越大，評價結(jié)果越好;逆向影響:指標數(shù)值越大，評價結(jié)果越差)，所以為統(tǒng)一影響方向，將所有原指標數(shù)值aij都化成正向指標數(shù)值bij，指標矩陣A也相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為正向化矩陣B。又由于各項評價指標的量綱不盡相同，所以需要將有量綱數(shù)值bij化為無量綱數(shù)值rij，正向化矩陣B也相應(yīng)地化為規(guī)范化矩陣R。即

rij=aij∑mi=1a2ij;當j為正向指標時

-aijaij∑mi=1a2ij;當j為負向指標時(1)

(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)

可得規(guī)范化指標矩陣R為:

R=r11r12…r1n

r21r22…r2n

……rij…

rm1rm2…rmn

1.3 求決策點集(方案集)的最優(yōu)點和最劣點

“最優(yōu)點”為各項指標最佳情況(rj+)結(jié)合成的虛擬向量，設(shè)其為F+;“最劣點”為各項指標最差情況(rj-)結(jié)合成的虛擬向量，設(shè)其為F-。分別求出各決策方案與最優(yōu)點和最劣點的距離，即可為方案的綜合評價提供一個量的依據(jù)。

各項指標最佳情況rj+、最差情況rj-的選擇原則為

rj+=max1≤i≤mrij (j=1，2，3，…，n)(2)

rj-=max1≤i≤mrij (j=1，2，3，…，n)(3)

則最優(yōu)點F+為:F+=(r1+，r2+，…，rn+)，最劣點F-為:F-=(r1-，r2-，…，rn-)。

1.4 求各種決策點(方案)與最優(yōu)點F+和最劣點F-的歐氏距離

設(shè)di+表示某種決策點Fi與最優(yōu)點F+的歐氏距離，稱為最優(yōu)點距;di-表示某種決策點Fi與最劣點F-的歐氏距離，稱為最劣點距。則

di+=∑nj=1(rij-rj+)2(4)

di-=∑nj=1(rij-rj-)2(5)

(i=1，2，3，…，m;j=1，2，3，…，n)

1.5 求各種決策點Fi的密切值

所謂密切值，就是反映某種決策點Fi接近最優(yōu)點而遠離最劣點的程度，用Ci表示。計算公式為:

Ci=di+d+-di-d-(6)

式中:d+——最優(yōu)點距的最小值;d-——最劣點距的最大值，即

d+=min1≤i≤mdi+(7)

d-=max1≤i≤mdi-(8)

1.6 根據(jù)密切值Ci的大小進行排序

因為di+≥d+，di-≤d-，而且在一般情況下d+≠0，d-≠0，所以Ci≥0，當Ci=0時，為最佳決策點;當Ci>0時，偏離最佳決策點，此時Ci值越小評價結(jié)果越好。這樣，就可以先對Ci的大小進行排序，然后對各種決策點Fi進行優(yōu)劣比較。

2 密切值模型在湖南省水資源可持續(xù)利用評價中的應(yīng)用

2.1 湖南省水資源概況

湖南省屬亞熱帶季風氣候區(qū)，雨量充沛，降水量及為豐富。多年平均降水量為1427mm，全省降雨量折合水資源量在4.154×1011-2.753×1011m3之間，屬于我國天然富水區(qū)之一。多年地表水(淺層)資源總量為1.68×1011m3，多年地下水資源總量為3.92×1010m3，多年水資源總量為2.07×1011m3，人均占有量為3095.8m3，為全國人均水量的1.3倍。受時空變化特征影響，降水分布不均勻，年內(nèi)降雨60%以上集中在春夏的三、四個月之內(nèi)，水旱災(zāi)害頻繁，而且受水環(huán)境污染問題，水資源浪費問題的影響，水資源的有效利用在慢慢縮小，因此，對湖南省水資源可持續(xù)利用進行科學評價，有利于進一步分析和解決日益突出的水資源問題，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 可持續(xù)利用評價指標體系的確定

在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中對水資源可持續(xù)利用造成影響的因素眾多，有人為因素和自然因素，有供水因素和需水因素，有直接的又有間接的。在綜觀湖南省水資源可持續(xù)利用的現(xiàn)實基礎(chǔ)上，經(jīng)專家咨詢，初步擬定湖南14個設(shè)區(qū)市的水資源評價指標為:X1為降水量，㎜;X2為地表徑流量，億立方米;X3地表水資源量，億立方米;X4地下水資源量，億立方米;X5人均綜合用水量，m3/人;X6萬元GDP用水量，m3/萬元;X7萬元工業(yè)增加值用水量，m3/萬元;X8人均水資源量，m3/人;X9地均水資源量，萬m3/Km2;X10城市居民生活用水，L/人#8226;日;X11農(nóng)村居民生活用水，L/人#8226;日;X12耕地畝均水資源量，m3/畝;如表1所示。

2.3 評價模型的計算

根據(jù)評價模型的規(guī)范化指標矩陣的定義，以及指標體系的選擇，計算得規(guī)范化矩陣

最后由公式(6)求出各設(shè)區(qū)市的密切值，并對其進行排序(表2)。

表2 密切值評價模型計算排序

名稱長沙株洲湘潭衡陽邵陽岳陽常德張家界益陽郴州永州懷化婁底湘西密切

42.4 結(jié)果分析

從計算結(jié)果可以看出，懷化密切值最小，可持續(xù)利用水平最好;湘潭密切值最大，可持續(xù)利用水平最差。其可持續(xù)利用優(yōu)劣程度依次為:懷化>郴州>永州>湘西>邵陽>常德>張家界>株洲>益陽>衡陽>岳陽>婁底>長沙>湘潭。其中可持續(xù)水平較高的還有郴州、永州、湘西、邵陽。常德、張家界、株洲、益陽、衡陽、岳陽、婁底為中等水平，長沙相對較低，與現(xiàn)實情況基本吻合。

長沙、湘潭在水資源可持續(xù)利用評價中體現(xiàn)出較低水平，其密切評價值分別為2.165、2.229，說明其水資源利用程度高，挖掘其潛在的水資源開發(fā)能力不大，在未來經(jīng)濟發(fā)展中會出現(xiàn)水資源短缺現(xiàn)象，其主要原因是人口多，水利工程投資建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào)，工業(yè)污水排放大，凈污技術(shù)落后，城市供水能力有限等因素所致，在今后的社會發(fā)展中應(yīng)加強人口規(guī)模管制，加大水利工程投入，開發(fā)節(jié)水減排生產(chǎn)新技術(shù)，提高廢水回收利用率。其中，長沙在萬元GDP用水量、萬元工業(yè)用水量2個指標上為所有設(shè)區(qū)市中最低，分別為160m3/萬元、140m3/萬元這與長沙的節(jié)水技術(shù)和節(jié)水意識相對較高分不開，需要積極開發(fā)替代水源，提高水資源調(diào)蓄能力。湘潭在降水量，地表徑流量，地表水資源量為所有設(shè)區(qū)市中最小的情況下，其萬元GDP用水量，萬元工業(yè)增加值用水量分別達到了389m3/萬元，360m3/萬元，應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)營模式，提倡節(jié)約用水和廢水回收利用，保證水資源可持續(xù)發(fā)展。

常德、張家界、株洲、益陽、衡陽、岳陽、婁底在可持續(xù)利用評價中體現(xiàn)出中等水平，說明這些地區(qū)在新形勢下，抓住機遇，大力發(fā)展城市經(jīng)濟建設(shè)，對水資源的開發(fā)利用已初具規(guī)模，其在水資源挖掘潛力上還存在較大空間，為未來經(jīng)濟的進一步發(fā)展對水資源的需求提供了有利條件，但整體形勢不容樂觀，在今后的社會發(fā)展中應(yīng)加強生產(chǎn)技術(shù)改革，引進新工藝，新方法，加大節(jié)約用水宣傳力度，提高廢水利用率。

郴州、永州、湘西、邵陽水資源可持續(xù)利用水平高，未來開發(fā)潛力巨大，對今后經(jīng)濟發(fā)展在水資源的利用上提供了有力保障，形勢較為樂觀，為水資源的可持續(xù)利用提供了良好的資源條件。但是這些地區(qū)經(jīng)濟、技術(shù)水平相對低下，在污水處理和污水利用技術(shù)上還很不成熟，農(nóng)業(yè)灌溉尚未完全擺脫粗放式生產(chǎn)模式，應(yīng)加大農(nóng)田水利建設(shè)和水環(huán)境的保護。

3 結(jié)論

湖南水資源可持續(xù)利用評價是一個多目標的決策問題。本文在運用密切值法，建立密切值評價模型基礎(chǔ)上對湖南各市州的水資源可持續(xù)利用進行了綜合評價，其方法

作者簡介:黃藝(1981-)，女，浙江義烏人，浙江義烏工商學院國際貿(mào)易系教師，講師。目的明確，簡單易用。得到14個設(shè)區(qū)市的水資源可持續(xù)利用評價結(jié)果，其可持續(xù)利用優(yōu)劣程度依次為:懷化>郴州>永州>湘西>邵陽>常德>張家界>株洲>益陽>衡陽>岳陽>婁底>長沙>湘潭。由于對湖南水資源可持續(xù)利用進行評價研究還處在探索階段，在運用該模型進行可持續(xù)利用評價過程中，還存在指標體系的構(gòu)建完善程度，評價結(jié)果進行分等定級還沒有統(tǒng)一標準等問題，只能對評價對象(水資源)進行簡單的定量比較，存在局限性，還有待于進一步研究。

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