多目標層次分析方法在沈陽市初始水權優化分配中的應用研究

孫 娟

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

當前，城市用水矛盾日益突出，城市水權的合理優化分配對于城區水資源的可持續利用具有重要的參考價值。國內許多學者對流域初設水權的定量分配展開一定程度的研究[1- 6]，但是大都集中于對初設水權的一次分配，而進行水權二次優化分配的研究成果還較少，近年來，多目標層次分析方法在多目標函數優化中得到較為成熟的應用[7- 10]，但在城市初設水權優化分配中應用還不多見，特別是在北方城市應用還較少。北方城市由于缺水率較高，城市用水矛盾相比于南方城市更為突出，為此本文采用多目標層次分析方法對沈陽市的初設水權進行二次優化分配。研究成果對于城市初設水權的二次優化分配具有較好的參考價值。

1 多目標層次分析方法

多目標層次分析方法，主要以社會、經濟以及生態效益為目標函數，分層對各用水需求進行水權的二次優化分配，通過分層反復調試使得各用水目標效益達到最優。首先為社會效益目標函數，社會效益是城區初設水權分配重點內容，其目標函數方程為：

(1)

(2)

(3)

在進行經濟效益目標分析時，應保證區域分配后的水量小于原分配水量的20%，生態效益目標則需要保證區域分配生態水量的保證率大于1。

2 實例研究

2.1 沈陽市水資源概況及分配指標

沈陽市屬于典型的北溫帶氣候，降雨年內時空分布十分不均勻，沈陽市多年水資源總量為34.3億m3，水資源人均占有量僅為全國水平的20%。隨著當前國家東北老工業基地振興戰略的實施，區域的水資源供需矛盾日益緊張。區域的水資源補給方式主要為降水補給，全市地表水供水總量約占總供水量的20%左右，地下水供水量約占67.5%左右。結合多目標層次分析方法對沈陽市初始水權進行分配，并對其指標進行了收集，初始水權分配指標見表1。

表1 沈陽市水權分配指標值

表2 沈陽市各指標水權分配權重值

2.2 各指標分配權重設置

根據各水權分配指標在各行政曲線的重要性，進行分配權重的設置，各指標分配權重見表2。

從表2中可以看出，在沈陽行政縣農業耕地用水相關指標設置權重較高，而工業GDP相關指標的設置權重較小，這主要是因為沈陽市的各行政縣主要以農業為主體經濟。而在其他行政市區工業GDP相關指標的設置權重大于農業耕地用水相關指標的權重，這主要是在各行政市區工業是其主體經濟。從表中還可看出，人口增長率對區域水權分配影響也較大。

2.3 沈陽市初始水權分配結果

根據各指標的分配權重進行各行政縣區綜合水權分配權重的設置，并結合各分配權重，對各行政縣區的水量進行定量分配，見表3，并按照不同行業進行了初始水權的分配，見表4。

從表3中可看出，各行政市區分配水量要高于各縣區，這主要是因為各行政市區工業用水和城市生活用水逐年大幅度增加，因此分配水量較高。而各行政縣由于主要以農業用水為主，而由于新農村建設發展，農村人口增長率較低，農村生活用水有所下降，因此各行政縣分配水量較低。從表4中可看出，各行政縣農業和生活分配水量較高，而各行政市區工業和生活分配水量較多，生態用水比例均較低。

表3 沈陽市各區縣水權分配結果

表4 沈陽市各行業初始水權分配結果

2.4 初始水權優化分配結果

考慮到一次初始水權分配存在一定的主觀性，結合社會、生活以及生態等多個目標，采用多目標層次分析方法對沈陽市各行業的初始水權進行二次優化分配，優化分配結果見表5，如圖1所示。

從表5和圖1中可較為直觀的看出，相比于優化前，各行政縣的農業用水都有一定程度的提高，但是和需水量較為接近，而生活用水各行政區縣都有一定程度的降低，這主要是因為遵循了先生產后生活的原則，先保障工農業正常生成所需水量，再保障居民的生活用水。此外，從表5和圖1中可看出，沈陽市各行政區縣優化后的生態分配水量都較優化前有明顯提高，但接近城市的生態需水。

表5 沈陽市各行業初始水權優化分配結果

3 結論

基于多目標層次分析方法，可對初始水權進行二次優化分配，結合區域一次初始水權的分配方案從社會、經濟以及生態多個效益目標進行優化。通過實例驗證表明優化分配方案后各用水主體的需水量都有所增加，用水滿意度提高。在水權分配上可一定程度激勵用水主體進行節水措施，使得區域水權分配方案目標效益最優化。

圖1 優化前后的沈陽市初始水權分配結果