山東水資源配置和諧性的模糊綜合評價

雷放存,宋華嶺,黃延萍

(山東工商學院 管理科學與工程學院,山東 煙臺 264005)

半島經濟研究

山東水資源配置和諧性的模糊綜合評價

雷放存,宋華嶺,黃延萍

(山東工商學院 管理科學與工程學院,山東 煙臺 264005)

從資源、經濟、社會和生態四方面選取指標建立指標體系,運用熵權法對山東省的水資源配置進行了模糊綜合評價。結果表明,山東省各市的水資源配置情況有很大差別,水資源配置的和諧程度與經濟發展水平沒有一致性關系。

熵權法;模糊綜合評價;水資源配置

一、引言

隨著中國經濟社會的發展,水資源供需矛盾問題越來越突出,已經成為制約經濟社會發展的瓶頸,因此,越來越多的學者致力于水資源配置的研究。趙勇,陸垂裕,肖偉華根據廣義水資源合理配置的內涵、目標、研究框架、調控體系等, 開發并運用廣義水資源合理配置模型(WACM)實現了區域水量-水環境-水循環過程的動態配置與模擬。郭麗君,左其亭從和諧論的角度分析了我國水資源開發利用過程中存在的問題,并提出水資源開發利用相關方略。李維乾,解建倉等人,構建了基于系統動力學的閉環反饋水資源優化配置模型,通過改變盈余水量回收比例和回收延遲參數對模型進行驗證,表明盈余水量回收機制設置合理,且盈余水量全部回收可明顯增加區域的總供水量。何國華,汪妮等,建立了基于熵權的水資源配置和諧性模糊綜合評價模型,對區域水資源的配置情況進行全面分析,為區域水資源的合理開發利用和管理提供參考。梁士奎,左其亭以人水和諧為目標,提出了區域取用水總量、用水效率和納污能力“三條紅線”指標,為實施區域最嚴格水資源管理提供依據。解建倉,廖文華等人,采用人工魚群算法建立水資源優化配置模型并進行求解,確定了經濟、社會和環境效益權重分別為0.4,0.25和0.35作為區域水資源開發利用與社會經濟和生態環境保護協調發展的最佳方案。婁帥,王慧敏等人,基于區間直覺模糊群決策的水資源配置方案優化方法對流域水資源配置方案進行了排序。宋一凡,郭中小等人,從取水總量、用水效率、水生態環境保護三個方面構建了二連浩特市水資源與經濟社會和諧度評價體系,評價體系較好地反映了二連浩特市水資源與經濟社會和諧度,對北方干旱缺水地區節水型社會建設具有借鑒意義[1-8]。

水資源配置和諧性不僅涉及水資源,還涉及經濟發展、社會狀況和生態環境等因素的影響,所以對水資源配置和諧性的評價必須要考慮到各方面因素。本文在借鑒吸取前人成果的基礎上,構建了一套包含水資源自然儲量、經濟發展、社會狀況和生態環境在內的多方面指標體系,結合熵權法運用模糊綜合評價的方法對山東省的水資源配置和諧性進行了評價,以期在對山東省水資源配置和諧性合理評價的基礎上為決策者提供合理參考和建議。

二、山東省水資源配置和諧性分析

(一)指標體系的建立

本文從我國水資源狀況、經濟發展、社會狀況和生態環境四方面建立了評價山東省水資源配置和諧性的一級指標,并根據科學性、客觀性、系統性和可操作性原則建立了包括地表水資源供給量、人均糧食產量、人均水資源量和污水處理率在內的12個二級指標[9]。具體指標體系如表1。

(二)基本原理及模型的建立

1.熵權法基本原理

本文用熵權法確定權重。“熵”源于熱力學,最初見于信息論,反應的是物質系統的混亂和無序程度。熵值越小的指標,其提供的信息量越大,表示該指標提供的信息量越大,其熵權應該越大;而提供信息量越小的指標熵值越大,其熵權應該越小[10]。在水資源配置和諧性指標體系中,每個指標所起的作用是不一樣的,所以用熵權法確定權重是合適的,并且相對于傳統的專家判斷法,熵權法能夠很好的避免主觀因素對評價結果的影響。具體方法如下:

表1 山東省水資源配置和諧性模糊綜合評價指標體系

設X={x1,x2,……，xn}為水資源配置和諧性的n個指標,m個評價對象樣本矩陣R=(rij)mn,rij是第i個評價對象的第j個評價指標的評價值。矩陣表示如下:

(1)

(2)

2.多層次模糊評判模型的建立

模糊綜合評價是對多種因素影響的事物做出全面評價的一種有效的多因素評價方法,其具有定性和定量相結合的特征,能夠對呈現出模糊性的資料進行客觀的定量分析[11]。根據前文所述,本文的水資源和諧性評價指標體系包括一級指標和二級指標兩個指標層指標,因此,對于水資源、經濟、社會和生態都構成一個模糊綜合評判過程。即先對二級指標進行模糊綜合評判,再結合一級指標,綜合計算權重進行模糊評判得出結果。具體步驟如下:

(1)確定評價因素和評價等級

設U={u1,u2,……um}為刻畫被評價對象的m種因素(即評價指標);V={v1,v2,……vn}為刻畫每一因素所處的狀態的n種決斷(即評價等級)。

(2)確定評價標準

本文根據模糊數學原理,并參考《2015山東省統計年鑒》和《中國水資源公報》等相關資料,將水資源配置和諧性劃分為5個等級標準,即非常和諧、和諧、一般和諧、不和諧、極不和諧。各評級指標的分級情況如表2所示。

(3)確定隸屬度函數并根據隸屬度函數計算二級模糊評判矩陣

表2 水資源配置和諧性評價各指標的分級標準

為了避免出現等級間數值相差不大,而評價等級相差一級的跳躍現象,先做模糊化處理,構造隸屬度函數如下[12]:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

其中k1,k3,k5,k7是V5,V4,V3,V2,V1的等級臨界值,k2,k4,k6分別是V4,V3,V2的中值。根據隸屬度函數計算二級指標的模糊評判矩陣如下:

(4)計算模糊綜合評價值

首先進行二級指標的模糊綜合評價Bk=Wk*Rk,再由二級評價指標評價結果得到的一級評價矩陣R和熵權法確定的一級指標權重W對山東省水資源配置和諧性進行模糊綜合評價B=W*R。

(三)山東省水資源配置和諧性分析

山東省位于溫帶季風性氣候區,2014年全省平均年降水量518.8mm,比上年681.7mm 偏少23.9%,比多年平均679.5mm偏少23.7%,屬枯水年份。2014年全省水資源總量為 148.44億m3,其中地表水資源量為76.61億m3、地下水資源與地表水資源不重復量為71.83 億m3。2014年全省總供水量為214.52億m3。其中,當地地表水供水量占27.5%、引黃供水量占29.0%,地下水供水量占40.1%、其它水源供水量占3.4%。海水直接利用量為55.72 億m3。2014年全省總用水量為214.52億m3。其中,農田灌溉用水占59.5%、林牧漁畜用水占8.9%、工業用水占13.3%、城鎮公共用水占3.4%、居民生活用水占12.2%、生態環境用水占2.7%。2014年實測294個水功能區,其中年均值水質達到Ⅰ類標準的有1個,占0.3%;水質達到Ⅱ類標準的有46個,占15.6%;水質達到Ⅲ類標準的有84個,占28.6%;水質符合Ⅳ類標準的有54個,占18.4%;水質符合Ⅴ類標準的有50個,占17.0%;水質為劣Ⅴ類的有59個,占20.1%。具體指標如表3。

首先根據式(1)和式(2)計算二級指標的權重:W1=(0.408 0.263 0.329),W2=(0.294 0.352 0.354)W3=(0.364 0.342 0.294),W4=(0.355 0.366 0.279).

再以濟南市為例,對二級指標進行模糊評價

=(0.7578 0.2422 0 0 0)

=(0.2391 0.1957 0 0 0)

=(0 0 0.2531 0.4884 0.2586)

=(0 0.0558 0.4157 0.3003 0.2282)

根據最大隸屬度原則和二級指標評判結果可見,濟南市水資源配置和諧性水資源子系統和經濟子系統都是極不和諧的,社會子系統配置和諧,但生態配置也是只是一般和諧。

根據上文所述數據標準化方法對指標數據進行標準化處理得到表4。

根據二級指標模糊評判結果R和熵權法確定的一級指標權重W,對濟南市水資源配置和諧性進行模糊評判如下:

=(0.2231 0.1157 0.2281 0.2225 0.2107)

可見,濟南市水資源配置和諧性最終評價等級為一般和諧。

同理可得山東省其他幾個市的水資源配置和諧性的等級情況,列表5。

表3 山東省水資源配置和諧性模糊綜合評價樣本指標取值

續表3 山東省水資源配置和諧性模糊綜合評價樣本指標取值

表4 指標數據標準化結果

續表4 指標數據標準化結果

表5 山東省其他市水資源配置和諧性模糊綜合評價結果

三、結果分析及對策

根據上面的分析結果可知,濟南和濰坊的水資源配置屬于一般和諧,說明水資源配置已經處于臨界狀態。從表2可知影響濟南水資源配置和諧性的主要指標是工業萬元產值能耗、植被覆蓋率和人均綠地面積;影響濰坊水資源配置的主要因素是人均水資源量和人均GDP。青島、淄博和棗莊的水資源配置屬于和諧狀態,說明這些地區水資源配置達到了和諧標準,這3個地區的相似之處是植被覆蓋率和人均綠地面積都比較高。德州的水資源配置屬于非常和諧,說明該地區的經濟發展遵循了可持續原則,實現了經濟、社會、生態和諧發展。針對各市水資源配置和諧性結果和主要影響因素分析,就山東省水資源配置提出一下幾條建議:

第一,科學充分地利用好再生水資源。山東是一個缺水的省份,人均水資源占有量不到全國的1/6。南水北調工程每年可為山東省調引長江水13.53億立方米,而山東每年產生的再生水資源高達48億立方米,是調水的3倍多。充分利用再生水資源對山東的意義顯而易見。

第二,增加植被覆蓋率。相對于德州,濟南的人均GDP雖然要高很多,但德州的植被覆蓋率和人均綠地面積卻比濟南高很多,這說明經濟發展水平和水資源的配置和諧程度不一定成正比,一些城市應該利用經濟優勢做好綠化工程,提高植被覆蓋率,更好地推動生態環境的發展。

第三,完善水資源管理措施。因為水資源管理措施不到位,部分和諧性指標水平較低,因此管理部門需要加強水科學知識和水資源稀缺性認識的宣傳和法律法規的普及;完善市場機制,在行政處罰或罰款措施的確定上,確保違法成本大于守法成本;強化政府責任意識,完全的市場配置不僅會忽視生態安全和社會安全,而且會阻礙經濟的優化升級,從長遠看不適宜可持續發展;完善社會公眾和利益相關者參與的保障機制,社會公眾和利益相關者參與不僅是民主政治的體現,也是社會公眾和利益相關者維護自己利益,政府創新社會管理的途徑。

[1]趙勇,陸垂裕,肖偉華.廣義水資源合理配置研究(Ⅱ)——模型[J].水利學報,2007,(2):163-170.

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[3]李維乾,解建倉,李建勛,等.基于系統動力學的閉環反饋水資源優化配置研究[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2013,(11):209-216.

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[5]梁士奎,左其亭.基于人水和諧和“三條紅線”的水資源配置研究[J].水利水電技術,2013,(7):1-4.

[6]解建倉,廖文華,荊小龍,等.基于人工魚群算法的浐灞河流域水資源優化配置研究[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2013,(6):221-226.

[7]婁帥,王慧敏,牛文娟,等.基于區間直覺模糊集的水資源配置群決策研究[J].長江流域資源與環境, 2014,(3):319-327.

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[10]李帥,魏虹,倪細爐,等.基于層次分析法和熵權法的寧夏城市人居環境質量評價[J].應用生態學報, 2014,(9):2700-2708.

[11]杜棟,龐慶華,吳炎.現代綜合評價方法與案例[M].北京:清華大學出版社,2008.

[12]謝季堅,劉承平.模糊數學方法及其應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2015.

[責任編輯:劉 煒]

10.3969/j.issn.1672-5956.2017.01.004

2016-09-19

國家自然科學基金項目項目“煤炭資源整合協同博弈管理機制、策略與效果評價研究”(71373148);國家自然科學基金項目項目“基于格空間信息熵尺度的煤礦企業系統管理復雜性測度理論與方法研究”(70771060)

雷放存,1990年生,男,安徽池州人,山東工商學院碩士生,研究方向為資源管理與復雜性研究,(電子信箱)LFC900000@163.com。

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1672-5956(2017)01-0020-08