基于AHP-模糊綜合評價方法的泉州市水資源可持續利用評價

李俊曉, 李朝奎, 羅淑華, 陳 果

(1.湖南科技大學 地理空間信息技術國家地方聯合工程實驗室, 湖南 湘潭 411201;

2.湖南科技大學 地理空間信息湖南省工程實驗室, 湖南 湘潭 411201)

基于AHP-模糊綜合評價方法的泉州市水資源可持續利用評價

李俊曉1,2, 李朝奎1,2, 羅淑華1,2, 陳 果1,2

(1.湖南科技大學 地理空間信息技術國家地方聯合工程實驗室, 湖南 湘潭 411201;

2.湖南科技大學 地理空間信息湖南省工程實驗室, 湖南 湘潭 411201)

摘要：[目的] 構建適合泉州市水資源評價的指標體系，并對泉州市水資源可持續利用進行綜合評價。[方法] 結合平水年內泉州市的自然、經濟、社會以及水資源資料，采用層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)—模糊綜合評價方法。[結果] 泉州市水資源可持續利用綜合評價結果處于中等水平，這說明泉州市水資源可持續利用狀況比較良好。 [結論] AHP—模糊綜合評價方法簡單實用，評價結果與實際情況相符合，對泉州市以及類似地區水資源的管理有一定的參考作用。

關鍵詞：AHP; 多級模糊綜合評價; 水資源可持續利用; 泉州市

水是人類和地球上一切生物生存環境的重要支撐，也是人類社會及其經濟活動發展中的重要因素[1-3]。水資源可持續利用綜合評價是在區域水資源影響因素綜合分析和水資源供需分析的基礎上，建立相應的評價指標體系，制定評價等級標準，將研究區域各評價指標的實際值與相應的各級標準值進行比較，來判斷和識別所研究區域水資源可持續利用系統達到的發展程度和發展水平的等級[4]。評價結果可揭示區域水資源可持續利用與經濟、社會、環境持續發展之間的關系，能夠提高區域可持續發展的可測性和可操作性。因而水資源可持續利用評價是當前可持續發展研究中的核心問題之一。

對于區域水資源可持續利用綜合評價常用的方法有基于AHP和模糊數學理論的綜合評價方法[5]、基于AHP和神經網絡理論(BP)的綜合評價方法[6]、基于AHP和投影尋蹤理論(PP)的綜合評價方法[7]、基于AHP和貝葉斯網絡(BN)的綜合評價方法[8]等等。這些方法各有優缺點，例如神經網絡法是一門高度交叉的學科，權重的編碼和遺傳算子的計算比較麻煩；投影尋蹤方法能夠在一定程度上解決對多指標樣本分類等非線性問題，但是因為其采用較少的樣本，建立模型對小樣本問題容易產生誤差。而模糊綜合評判法是模糊數學所提供的解決模糊現象評估問題的一種數學模型[9]。由于影響區域水資源可持續利用的因素是多方面的，且評價指標等級劃分本身具有中間過渡不分明性或者說相鄰等級之間的界限具有模糊性，再加上評價指標體系本身是多級的，所以本文利用層次分析法和模糊數學綜合評價相結合的方法，以泉州市為區域研究對象，建立適合泉州市水資源可持續利用評價的指標體系，并進行定量評價，以期反映泉州市水資源可持續利用的水平及其與當地社會、經濟、環境的協調發展狀況。

1AHP-模數綜合評價模型

1.1　層次分析法

美國運籌學家T.L.Saaty等人于20世紀70年代提出了層次分析法(AHP)，并得到廣泛應用。AHP是一種把定性與定量分析相結合的多準則決策方法。它首先把復雜的系統分解成若干組成因素，并按它們之間的從屬關系分組，建立有序的遞階層次結構；然后利用1—9標度法對同一層次的各元素進行兩兩比較，構建判斷矩陣；最后進行一致性判斷，因為只有通過一致性檢驗，才能進行后續計算；在上述步驟的基礎上，進行層次總排序，得到各準則及各個指標的權重。

1.2　模糊綜合評價模型

模糊綜合評價分為一級和多級評價，由于水資源可持續利用本身是一個涉及社會、經濟、環境的復雜系統，評價指標較多，所以采用多級模糊綜合評價方法。以二級模糊綜合評價方法為例，其基本原理和步驟如下：

(1) 確定被評價對象的因素集和評價集。設U={u1，u2，…，uk}為n種因素，V={v1,v2,…,vm}為m種評價，由于人們對m種評價并不是絕對的肯定或否定，因此綜合評價結果應該是V上的一個模糊子集，即

B=(b1,b2,…，bm)∈V

其中，bj(j=1,2，…，m)反映了第j種評價Vj在綜合評價中所占的地位。

(2) 確定各個因素的權重值，獲得權向量。確定ui中ni個因素的權重Ai，Ai=(a1i，a2i，…，ani),其中∑ani=1。

(3) 確定各個因素的隸屬度向量，獲得模糊評價矩陣，把權向量和模糊評價矩陣進行模糊運算，并進行歸一化，得到模糊綜合評價結果。

先對ui中的因素進行單因素評價，根據從U到V的一個模糊映射，可以得到ui中各個因素的單因素評價矩陣Ri，其中，Ri中第i行反應的是被評價對象的第i個因素對于評價集中各等級的隸屬度；第j列反映的是被評價對象的各因素分別取評價集中第j個等級的程度。

例如，對u1作模糊變換B1=A1○R1，其中“○”表示廣義的合成結果，B1=(b1,b2,…，bm)就是對事物u1的綜合評價結果。

同理，可以得到B2，B3…，Bk，若u1，u2，…，uk的權向量為A=(a1,a2,…，ak),則對U代表的事物的綜合評價結果為B=A(B1,B2…，BK)T。

2泉州市水資源可持續利用評價

2.1　研究區概況

泉州市地處福建省東南沿海，臺灣海峽西岸，是福建三大中心城市之一。現轄鯉城、豐澤、洛江、泉港4個區，晉江、石獅、南安3個縣級市，惠安、安溪、永春、德化、金門5個縣和省級開發區泉州經濟技術開發區。《泉州市城市總體規劃(2008—2030)》的總體發展目標是將泉州建設成全國重要的先進制造業基地和海峽西岸經濟區的中心城市，構建成具有國際影響力的產業集群，打造全國重要的先進制造業基地；建設海峽兩岸交流合作的前沿平臺，培育海峽西岸經濟區重要的創業中心、文化中心、旅游名城和宜居城市。

根據《福建省水資源公報》，泉州市多年平均水資源總量約9.50×109m3，平均年降雨量1 682 mm，人均占有水資源量1 188 m3(2006—2012年平均值)，遠遠低于全國和全省平均水平。按照國際通用標準，泉州市屬于國際上通稱的“水資源緊張地區(人年均水資源量介于1 000～1 667 m3)”。隨著泉州市社會經濟的迅速發展和人民生活水平的顯著提高，水資源的供需矛盾日益突出，水資源不足已經成為泉州市社會經濟發展中的一個重要限制性因素，因此，研究水資源的可持續發展刻不容緩，水資源可持續發展，才能促進社會經濟和諧發展，才能保證社會經濟的可持續發展。

2.2　評價指標體系的構建

根據指標選取時要考慮系統性與層次性，全面性與概括性等相結合的原則，結合泉州市水資源和社會經濟現狀，利用層次分析法，咨詢相關專家，從水資源自身條件、水資源與社會協調情況、水資源與經濟協調情況、水資源與環境協調情況4個方面，構建了泉州市水資源可持續利用評價指標體系(見表1)。

表1　泉州市水資源可持續利用評價指標體系

2.3　指標權重確定

根據AHP方法中的1—9標度法構建評判矩陣，利用Matlab計算指標的權重值，并對矩陣進行一致性檢驗(表2)。

表2　A-B的評判矩陣

注：λmax=4.020 6 CI=0.006 9 RI=0.9 CR=0.008<0.1具有滿意的一致性。

用同樣方法，可以求出領域層和指標層各個因素的權重值，并對指標進行層次總排序(見表3)。

2.4　指標參考值的確定

根據泉州市的實際情況，參考大量文獻[5,9,10]和國家相關標準以及我國部分城市的現狀，根據指標的可持續發展能力，劃分為“很弱V1”“較弱V2”“中等V3”“較強V4”“很強V5”5個等級(表4)。

2.5　評價指標的隸屬度確定

在確立隸屬度函數時必須考慮各單項指標的變化規律[11]，建立各評價指標對應各等級的函數。針對各等級之間數值相差不大、而評價等級相差一級的跳躍現象，需要對其進行模糊化處理：對于中間的級別，令其落在區間中點的隸屬度為1.0，而落在區間兩側邊緣點的隸屬度為0.5，中間點向兩側按線性規律遞減；對于最左和最右的兩側區間，則令距離臨界值越遠屬于兩側等級的隸屬度越大，在臨界上則屬于兩側等級的隸屬度均為0.5。例如，對于表4中類型為“+”的指標，構造的各級隸屬函數如下：

(1)

(2)

表3　泉州市水資源可持續利用評價指標的權重

表4　泉州市水資源可持續利用水平評價指標分級標準

注：“+、-”符號表示該評價指標對水資源可持續利用評價的正負效應；“+”表示正效應；“-”表示負效應。

(3)

(4)

(5)

同理，對于表4中類型為“-”的指標，也構造了各級隸屬函數。根據構造的隸屬函數，計算各個指標對應于各級的隸屬度(表5)。

表5　泉州市水資源可持續利用水平評價指標隸屬度

注：計算隸屬度時，文中各個評價指標原始數據來源于《福建省水資源公報》、《福建統計年鑒》、《泉州年鑒》、《泉州市環境質量狀況公報》、《泉州水利志》以及“泉州統計信息網”。其中，指標D9和D17來源于參考文獻[12]。

2.6　綜合評價結果

根據計算得到的權向量和各指標的隸屬度，將兩者進行合成運算，得到泉州市水資源可持續利用綜合評價結果如表6所示。

從評價結果來看，泉州市水資源可持續利用綜合評價結果處于中等水平，這說明泉州市水資源可持續利用狀況比較良好。這是由于近年來，泉州市針對缺水嚴重的情況，積極采取了相應的水管理措施，不斷提高對水的利用綜合效率，而且泉州市山區水資源較豐富，也使得泉州市整體的水資源利用狀況較好。

表6　泉州市水資源可持續利用水平綜合評價

3結 論

本文采用AHP—模糊綜合評價方法對泉州市水資源可持續利用情況進行評價。構建了指標體系、確定了評價指標權重、確定了指標隸屬度函數。評價結果表明，泉州市水資源在水平年內可持續利用狀況良好，評價等級處于中等(V3)。由于評價結果與實際情況相符合，進一步證明了此方法對區域水資源可持續利用綜合評價具有適用性。評價結果對泉州市水資源可持續利用具有一定的指導意義。

[參考文獻]

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Sustainable Utilization Evaluation of Water Resources in Quanzhou CityBased on AHP and Fuzzy Synthetic Judgment

LI Junxiao1,2, LI Chaokui1,2, LUO Shuhua1,2, CHEN Guo1,2

(1.National-localJointEngineeringLaboratoryofGeo-spatialInformationTechnology,Hu’nan

UniversityofScienceandTechnology,Xiangtan,Hu’nan411201,China; 2.Hu’nanProvincialEngineering

LaboratoryofGeospatialInformation,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan,Hu’nan411201,China)

Abstract：[Objective] To establish an evaluation index system for the water resources in order to analyze and evaluate the sustainable utilization of water resources in Quanzhou City.[Methods] Based on the data of environment, economy, society and water resources of Quanzhou City at the normal flow year, the AHP and fuzzy synthetic judgment method were used.[Results] The comprehensive evaluation result of sustainable utilization of water resources was in the medium level. And it showed that the sustainable utilization of water resources in Quanzhou City was in good condition. [Conclusion] The AHP—fuzzy synthetic evaluation method was simple and available, and its results accorded with actual situation. It provided certain reference function for the management of water resources in Quanzhou City.

Keywords:AHP; multilevel fuzzy synthetic judgment method; sustainable utilization of water resources; Quanzhou City

文獻標識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)01-0210-05

中圖分類號：TV213

通信作者：李朝奎(1967—),男(漢族),湖南省漢壽縣人,博士，教授,博士生導師，主要從事三維地理建模及其應用研究。E-mail:chkl_hn@163.com。

收稿日期：2014-02-10修回日期：2014-02-26

資助項目：湖南科技大學研究生創新基金資助項目“車載激光掃描點云數據的分割和特征點線面的處理研究”(S130034); 湖南省研究生創新基金資助項目(CX2013 B405); 國土資源部公益性行業科研專項課題(201211039-4)

第一作者：李俊曉(1987—),女(漢族),河北省邯鄲市人,碩士研究生，研究方向為GIS應用及區域水資源評價方法。E-mail:ljxiaoGIS@163.com。