基于GRA-IECD協調發展模型的人水和諧評價

陸賽　唐德善　孟令爽

摘要：為客觀合理地評價區域人水和諧狀況，從水資源、社會經濟和生態環境三個方面構建了人水和諧評價指標體系。建立基于合作博弈權重的灰色關聯分析模型，對人水和諧發展度進行評價;建立基于信息熵的協調度評價模型，對人水和諧協調度進行評價;綜合考慮系統的發展水平和協調程度，計算系統協調發展度，以此對蘇州市2011-2016年人水和諧狀況進行評價。結果表明：蘇州市人水和諧協調發展度為0.436 - 0.724，總體呈上升趨勢。

關鍵詞：人水和諧：指標體系：合作博弈權重：協調發展度;綜合評價

中圖分類號：TV213.9

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn. 1000- 1379.2019.03.017

隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人類活動給水資源系統造成了極大壓力，生產生活用水擠占生態環境用水，水環境污染、水生態破壞等現象時有發生。近年來隨著生態文明理念的提出，人們意識到人水和諧是社會經濟可持續發展的重要支撐，也是生態文明建設的重要一環[1]。目前，國內外學者從不同角度對人水和諧進行了分析研究。Falk-enmark[2]通過分析生態系統與水系統之間的關系，提出了基于“人一水”一體化理念的水資源管理框架：Reeves[3]通過對水系統影響因素的分析，指出人類活動影響加劇、人口數量增長造成了人水關系緊張，要實現人水和諧共處，必須實行宏觀調控：汪恕誠[4]提出解決中國水問題的關鍵在于人與自然的和諧相處：左其亭等[1]對人水和諧的內涵、概念進行了深入研究，提出了人水和諧的量化指標及量化方法：王梅等[5]基于人水和諧內涵構建了人水和諧評價指標體系，并利用模糊物元評價模型對宿城區和江陰市的人水關系進行了綜合評價。

目前，人水和諧的研究主要集中在人水復合系統的發展水平及其變化趨勢方面，而對于各子系統之間發展的協調性研究較少，然而系統的協調發展是人水和諧的重要組成部分。因此，筆者從水資源狀況、社會經濟狀況和生態環境狀況三個方面構建人水和諧評價指標體系，通過基于合作博弈權重的灰色關聯分析模型對人水和諧各子系統的發展水平進行評價，在評價結果的基礎上，利用基于信息熵的協調度評價模型[7-8]對各子系統之間發展的協調性進行評價。綜合考慮系統的發展度和協調度，利用人水和諧協調發展模型，對蘇州市人水和諧進行評價研究。

1 人水和諧評價指標體系

人水復合系統是結構復雜、多元交互的綜合系統，涉及人類社會和自然環境諸多因素，因此評價指標體系的構建應結合區域的具體情況，并遵循客觀性、代表性、系統性及可操作性的原則。筆者在左其亭等[1]提出的人水和諧量化指標體系的基礎上，結合其他學者建立的指標體系[5.9-11]進行指標選取：首先采用頻度統計法對指標進行初步篩選，選取高頻率指標作為初選指標：然后通過德爾菲法并結合蘇州市具體情況進一步篩選調整，確定評價指標，以此構建由目標層、準則層以及指標層組成的人水和諧評價指標體系。其中：目標層為人水和諧：準則層為影響人水和諧的主要因素，分別為水資源狀況、社會經濟狀況及生態環境狀況：指標層包括18個影響人水和諧的具體指標，見表1。其中u4、u6、u5、u16為定性指標，采用調查問卷的方式進行專家打分;其他指標為定量指標，數據來源于《蘇州市水資源公報》《蘇州市統計年鑒》等。

2 GRA-IECD協調發展模型

2.1 權重確定

評價指標權重的確定直接影響評價結果的準確性。目前，主要的賦權方法分為兩大類：客觀賦權法和主觀賦權法。客觀賦權法能夠客觀反映數據本身對指標權重的影響，但忽略了決策者的偏好：主觀賦權法充分考慮了決策者的偏好，但賦權結果具有一定主觀隨意性[12]。筆者將主、客觀賦權法相結合，采用合作博弈的方法確定指標的綜合權重[6]。

若采用l種方法分別計算m個評價指標的權重，可得基本權重：

2.2 GRA模型計算系統發展度

發展度是衡量人水和諧系統發展水平的綜合指標。采用灰色關聯分析模型（GRA模型）計算系統發展度。灰色關聯分析的關鍵是灰色關聯度的計算。關聯度用于度量因素之間的關聯程度，其定量描述了因素之間的相對變化趨勢。關聯度越大，因素的變化趨勢越趨于一致。灰色關聯分析的基本步驟如下[7，13]。

（1）指標規范化處理。設有n個樣本，每個樣本有m個評價指標，x_pq表示第p個樣本的第q個指標值，則評價矩陣為

2.3 IECD模型計算系統協調度

協調是指系統各組成要素之間彼此協作、相互促進的發展演化關系。協調度可以定量衡量系統各組成要素之間發展的協調程度。采用基于信息熵的協調度模型[8]（IECD模型）計算系統協調度。系統間的協調需要保證其內在的有序性，系統有序性通常用熵值表示，熵值越小，表示系統的有序程度越高;熵值越大，表示系統的有序程度越低。將協調系數作為信息熵的有用信息，以此計算系統的協調度。

（1）計算協調系數。設系統各組成要素，即水資源狀況、社會經濟狀況和生態環境狀況分別用r、s、e表示，則協調系數為[8]：

3 實例研究

蘇州市位于江蘇省東南部，屬于亞熱帶季風性氣候區，降水豐富，氣候較為溫和。蘇州地區河網水系發達，有2萬多條各級河道、300多個大小湖泊，其中骨干河道有京杭大運河、胥江、元和塘、山塘河等，主要湖泊有太湖、陽澄湖群等。蘇州多年人均水資源量為708.78 m³，地表水資源量為46.7億m³，地下水資源量為9.29億m³。蘇州市下轄4個縣級市、6個區，2016年年末戶籍人口數達678.2萬人，人均GDP為14.56萬元，常住居民人均可支配收入達4.66萬元，全市GDP達15 475.1億元。

近年來，隨著人口的增長、人們生活水平的提高以及經濟的快速發展，人們對水資源的需求不斷增長。犧牲生態環境用水以滿足生產生活用水的現象時有發生，隨之發生的是地下水超采、水系統破壞、水環境惡化等。為了實現蘇州市健康長遠發展，必須高度重視人水和諧問題。通過收集整理2011-2016年蘇州市相關數據資料進行人水和諧協調發展評價。蘇州市近6a的人水和諧評價指標原始數據見表2。

3.1 蘇州市人水和諧發展度評價

根據蘇州市評價指標原始數據，分別計算各評價指標關聯系數及指標權重，代人灰色關聯分析模型可得蘇州市2011-2016年水資源發展度（D1）、社會經濟發展度（D2）、生態環境發展度（D3）以及人水和諧發展度（D），見表3。

蘇州市人水和諧發展度總體呈上升趨勢。2013年，蘇州市人水和諧發展度為0.412，遠低于其他年份，主要原因是該年水資源總量僅為23.93億m³，比多年平均水資源總量（46.97億m³）減少了49.1%。水資源發展度在波動中有所上升，主要原因是水資源狀況受水文氣象影響具有較大隨機性。近幾年，水資源發展度上升態勢明顯，說明最嚴格水資源管理等制度的實施取得了較好成效，水資源狀況有明顯改善。社會經濟發展度呈現先降后升的趨勢，主要原因是隨著人口的增長和人們生活水平的提高，人們對水資源的需求日益增大導致供需矛盾，從而制約了社會經濟的發展。從原始數據可以看出，蘇州市人口密度和人均生活用水量呈上升趨勢，2016年分別達到783人/km²和214L/人。節水技術改造、產業結構優化升級等措施是長期過程，效果近幾年開始顯現，所以社會經濟發展度呈上升趨勢。生態環境發展度呈上升趨勢，且很大程度受水資源發展度影響。說明生態環境的健康發展依賴于水環境狀況，因此蘇州市應進一步增強水系統的抗干擾能力，加強備用水源地建設，在改善水資源狀況的同時有利于生態文明建設。即使在水資源總量最低的2013年，生態環境發展度仍有一定提升，說明蘇州市政府所采取的一系列生態環境治理措施，如提高污水處理率、加強綠化建設、打造親水景觀等，有效改善了當地的生態環境狀況。

3.2 蘇州市人水和諧協調度評價

根據灰色關聯分析模型所得到的2011-2016年水資源、社會經濟、生態環境的發展度，通過線性回歸分析可以得到一個系統相對于其他兩個系統的線性回歸方程，以此確定該系統發展度的理想值。利用Spass軟件進行回歸分析，線性回歸方程為

將線性回歸方程代人基于信息熵的協調度評價模型可得蘇州市2011-2016年人水和諧協調度，計算結果見表4。蘇州市人水和諧協調度總體上呈上升趨勢。2013年協調度最低，為0.462，主要原因是該年水資源總量比多年平均水資源總量減少了49.1%：社會經濟發展和生態環境發展受到水資源總量的制約，從而導致系統的不協調發展，故系統的協調度有所下降。由此可見，水資源作為社會經濟、生態環境發展的基礎和保障，對人水和諧發展具有重要意義，因此，蘇州市應進一步加強水資源管理和水資源優化配置。

3.3 蘇州市人水和諧協調發展度評價

蘇州市人水和諧協調發展度，除2013年外，呈逐年上升趨勢。2016年人水和諧協調發展度最高，為0.724，2013年人水和諧協調發展度最低，為0.436。人水和諧協調發展度逐年上升說明蘇州市通過最嚴格水資源管理制度的實施、產業結構的調整、節水技術的改造以及生態環境的整治等措施，有效改善了蘇州市的人水和諧狀況。從2013年評價結果可以看出，蘇州市人水和諧狀況在較大程度上受到水資源總量的影響，因此，蘇州市政府在做好目前工作的基礎上，應進一步加強水資源管理、水資源優化配置和水源地建設，同時加快產業結構調整，建設節水型社會，加強生態文明建設，以提高水資源、社會經濟和生態環境的抗干擾能力，實現蘇州市人水和諧的良性循環。

4 結論

基于人水和諧的內涵，結合蘇州市實際情況，從水資源狀況、社會經濟狀況和生態環境狀況三個方面構建了蘇州市人水和諧評價指標體系。將協調發展度引人人水和諧評價研究中，彌補了人水和諧評價中重視人一水復合系統發展水平及其變化趨勢，而忽視各子系統之間發展協調性的不足。在系統發展水平評價結果的基礎上，采用基于信息熵的協調度模型對各子系統發展的協調性進行了評價，綜合考慮系統的發展水平和發展的協調程度，以此建立人水和諧協調發展模型。利用所提出的模型對蘇州市2011-2016年的人水和諧狀況進行了評價，通過對評價結果的分析，為蘇州市人水和諧發展提出了相應建議。

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