基于粗糙數(shù)據(jù)集的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇規(guī)劃方法

黃 毅

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

中國(guó)具有豐富的水能資源，其蘊(yùn)藏量居世界首位。自改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)水利水電行業(yè)發(fā)展迅速，獲得巨大的成就，改善了國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)，緩解了結(jié)構(gòu)性缺水問(wèn)題，在保障社會(huì)穩(wěn)定基礎(chǔ)上，極大地推動(dòng)了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速上漲。近十幾年，中國(guó)已經(jīng)修建了80 000座以上的水利大壩，在供水、防洪、發(fā)電等多個(gè)方面，發(fā)揮著重大的作用。但是，在水利大壩建設(shè)過(guò)程中，水庫(kù)具有涉及范圍廣泛、淹沒(méi)面積大等特點(diǎn)，為周圍居民帶來(lái)極大的不利影響，如房屋倒塌、耕地淹沒(méi)等，產(chǎn)生了大量的水庫(kù)移民[1]。如何妥當(dāng)安置水庫(kù)移民，是現(xiàn)今水利水電行業(yè)亟待解決的問(wèn)題之一，并關(guān)系著水利樞紐工程的成敗與效益。

水庫(kù)移民實(shí)質(zhì)上是一種具有強(qiáng)迫性質(zhì)的非自愿行為，此種行為會(huì)徹底改變居民的生產(chǎn)與生活方式，對(duì)其造成顛覆性的改變。水庫(kù)移民安置是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，受多種因素的影響，如經(jīng)濟(jì)條件、環(huán)境條件、社會(huì)條件等。水庫(kù)移民安置需要以人為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合環(huán)境、資源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，依據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的水庫(kù)移民安置方案。在水庫(kù)移民安置過(guò)程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是安置區(qū)的選擇規(guī)劃，其是移民以后生活條件與發(fā)展?jié)摿Φ臎Q定因素。只有充分考量多方面因素(社會(huì)環(huán)境、自然資源、區(qū)位條件、生產(chǎn)用地條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件等)，合理選擇規(guī)劃水庫(kù)移民安置區(qū)，才能實(shí)現(xiàn)國(guó)家制定的“搬得出，穩(wěn)得住，能致富”的移民安置目標(biāo)。已有方法由于考慮因素較少，無(wú)法獲得最佳安置區(qū)選擇規(guī)劃效果，制約了水利水電行業(yè)的發(fā)展步伐。因此，本文提出基于粗糙數(shù)據(jù)集的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇規(guī)劃方法進(jìn)行研究。

1 水庫(kù)移民安置區(qū)選擇規(guī)劃方法研究

1.1 水庫(kù)移民安置區(qū)類型劃分

水庫(kù)建設(shè)位置主要為農(nóng)村區(qū)域，則水庫(kù)移民的主體對(duì)象為農(nóng)民[2]。就現(xiàn)有情況來(lái)看，水庫(kù)移民安置區(qū)類型為本村后靠安置區(qū)、出村本鄉(xiāng)近遷安置區(qū)及出鄉(xiāng)外遷安置區(qū)，示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 水庫(kù)移民安置區(qū)類型示意圖

其中，本村后靠安置區(qū)是指在原區(qū)域附近選擇適合的區(qū)域作為安置區(qū)。由于搬遷距離不遠(yuǎn)，已有基礎(chǔ)設(shè)施仍然可以應(yīng)用，能夠降低移民安置的資金投入，簡(jiǎn)化移民安置工作。從水庫(kù)移民角度出發(fā)，既能夠滿足鄉(xiāng)土情感，也容易適應(yīng)新的生產(chǎn)與生活環(huán)境。水庫(kù)蓄水后淹沒(méi)的耕地往往是條件較好、經(jīng)濟(jì)效益較高的田地，說(shuō)明水庫(kù)建設(shè)后，本村后靠安置區(qū)的剩余環(huán)境容量極其有限,若是移民數(shù)量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致安置區(qū)人口密度過(guò)大，人地矛盾突出，從而破壞生態(tài)環(huán)境，也會(huì)影響安置區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由此可見(jiàn)，雖然本村后靠安置區(qū)是首選安置方式，但是在安置規(guī)劃時(shí)，需要將環(huán)境承載能力考慮在內(nèi)，防止生態(tài)破壞事件的發(fā)生[3]。

出村本鄉(xiāng)近遷安置區(qū)是指在本鄉(xiāng)范圍內(nèi)、原村范圍外選取適合的區(qū)域作為安置區(qū)。相較于本村后靠安置區(qū)，出村本鄉(xiāng)近遷安置區(qū)距離原址距離更遠(yuǎn)，環(huán)境容量較為富余，能夠?yàn)橐泼裉峁┏渥愕陌l(fā)展空間。但與此同時(shí)，由于搬遷較遠(yuǎn)，移民需要適應(yīng)新的生產(chǎn)與生活方式，會(huì)造成安置區(qū)社會(huì)穩(wěn)定性較差，需要對(duì)此方面進(jìn)行關(guān)注與介入管理[4]。

出鄉(xiāng)外遷安置區(qū)是指在本鄉(xiāng)范圍外選取適合的區(qū)域作為安置區(qū)。此種安置方式距離原址最遠(yuǎn)，選址范圍較大，但是生產(chǎn)與生活方式差距也較大，需要移民重新適應(yīng)，學(xué)習(xí)新的生產(chǎn)技能等，才能逐漸實(shí)現(xiàn)安置區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，在水庫(kù)移民安置過(guò)程中，需要將移民適應(yīng)性與自身意愿考慮在內(nèi)，防止移民返遷事件的發(fā)生。

通過(guò)上述過(guò)程，完成了水庫(kù)移民安置區(qū)類型的劃分與深入分析，為后續(xù)安置區(qū)選擇指標(biāo)體系構(gòu)建提供充足的準(zhǔn)備。

1.2 安置區(qū)選擇指標(biāo)體系構(gòu)建

以上述劃分的水庫(kù)移民安置區(qū)類型為基礎(chǔ)，依據(jù)全面性原則、可操作性原則、層次性原則、系統(tǒng)性原則對(duì)安置區(qū)選擇指標(biāo)進(jìn)行選取，構(gòu)建選擇指標(biāo)體系，為移民安置區(qū)選擇打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

水庫(kù)移民安置區(qū)選擇指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

表1 安置區(qū)選擇指標(biāo)體系表

由表1可知，構(gòu)建的安置區(qū)選擇指標(biāo)體系中包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)，9個(gè)二級(jí)指標(biāo)及其若干個(gè)三級(jí)指標(biāo)。由于篇幅的限制，只在表1中展示部分三級(jí)指標(biāo)。上述指標(biāo)能夠顯示安置區(qū)的全部環(huán)境信息，為后續(xù)安置區(qū)的最優(yōu)選擇提供支撐。

1.3 水庫(kù)移民安置區(qū)選擇決策

以構(gòu)建的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇指標(biāo)體系為依據(jù)，獲取相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，基于粗糙數(shù)據(jù)集理論構(gòu)造粗糙數(shù)，計(jì)算安置區(qū)選擇指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)值，生成安置區(qū)選取決策矩陣，獲得水庫(kù)移民安置區(qū)選擇的最終決策[6]。

已有方法主要通過(guò)專家打分方法確定指標(biāo)權(quán)重，極容易受到主觀偏好的影響，造成權(quán)重誤差較大，安置區(qū)選擇決策結(jié)果不是最佳的。而粗糙數(shù)無(wú)需任何先驗(yàn)知識(shí)，完全依靠原始數(shù)據(jù)對(duì)個(gè)體認(rèn)知進(jìn)行有效的整合，獲得群體偏好，權(quán)重?cái)?shù)值計(jì)算更加準(zhǔn)確，為安置區(qū)選擇提供更加精確的數(shù)據(jù)依據(jù)[7]。故此研究基于獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)與粗糙數(shù)據(jù)集理論構(gòu)造粗糙數(shù)，具體如下：

設(shè)定安置區(qū)選擇決策數(shù)據(jù)系統(tǒng)為R={C1,C2,…,CN}，其中N代表論域中數(shù)據(jù)總數(shù)量。若n個(gè)數(shù)據(jù)之間存在有序關(guān)系，依據(jù)數(shù)據(jù)Ci的上近似集與下近似集，即可獲得數(shù)據(jù)Ci對(duì)應(yīng)粗糙數(shù)的上限與下限，表達(dá)式為：

(1)

依據(jù)式(1)計(jì)算結(jié)果，即可將安置區(qū)選擇決策數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成粗糙數(shù)形式，表達(dá)式為：

(2)

依據(jù)式(2)將安置區(qū)選擇決策數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換為粗糙數(shù)形式，但由于安置區(qū)范圍較大，類型較多，粗糙數(shù)據(jù)集規(guī)模較大，使得安置區(qū)選擇效率降低，不利于水利工程的實(shí)施，故對(duì)粗糙數(shù)據(jù)集進(jìn)行約簡(jiǎn)處理，以此來(lái)刪除重要度較低的指標(biāo)數(shù)據(jù)，降低粗糙數(shù)據(jù)集的維度，減少安置區(qū)選擇決策運(yùn)算量[8]。

粗糙數(shù)據(jù)集約簡(jiǎn)流程見(jiàn)圖2。

圖2 粗糙數(shù)據(jù)集約簡(jiǎn)流程示意圖

圖2中，T代表重要度標(biāo)準(zhǔn)閾值，需要根據(jù)安置區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行制定，以此來(lái)獲得最佳的粗糙數(shù)據(jù)集約簡(jiǎn)結(jié)果[9]。

以約簡(jiǎn)后的粗糙數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，結(jié)合最優(yōu)最劣法對(duì)權(quán)重?cái)?shù)值進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下：

步驟一：設(shè)置最優(yōu)指標(biāo)與最劣指標(biāo)，分別記為CB與CW。

(3)

式中：n為安置區(qū)選擇指標(biāo)數(shù)量；k的取值范圍為[1,s]，s代表打分專家的人數(shù)[10]。

另外，對(duì)全部判斷向量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若是不滿足一致性條件，需要對(duì)判斷向量進(jìn)行一定程度的調(diào)整，直到全部判斷向量均具有一致性后，才能對(duì)判斷向量進(jìn)行應(yīng)用、分析與計(jì)算[11]。

步驟三：整合處理全部判斷向量，獲得整合比較向量，記為AB與AW。

步驟四：集結(jié)群體信息，并結(jié)合步驟三獲取的比較向量，構(gòu)造粗糙比較向量[12]。整合比較向量中元素粗糙數(shù)表達(dá)式為：

(5)

步驟五：利用數(shù)學(xué)規(guī)劃對(duì)每個(gè)安置區(qū)選擇指標(biāo)粗糙權(quán)重?cái)?shù)值進(jìn)行求解[13]。安置區(qū)選擇指標(biāo)粗糙權(quán)重表示為：

(6)

式中：ωB與ωW分別為最優(yōu)指標(biāo)與最劣指標(biāo)對(duì)應(yīng)的粗糙權(quán)重；ωj為第j個(gè)安置區(qū)選擇指標(biāo)粗糙權(quán)重?cái)?shù)值。

1.4 水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃

以上述水庫(kù)移民安置區(qū)選擇決策結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合安置區(qū)的實(shí)際環(huán)境情況以及移民訴求，對(duì)安置區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃，為移民后續(xù)生產(chǎn)與生活提供支撐。

一般情況下，安置區(qū)人均用地控制在70 m2左右，學(xué)校用地控制在25 m2左右，實(shí)際建設(shè)時(shí)，需要根據(jù)安置區(qū)的情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿娣e調(diào)整[15]。另外，用電標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為每人150 W，用水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為每人每天90 L。主道路寬度約為6 m，住宅前方道路寬度約為2.5 m。由于篇幅的限制，不對(duì)規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的贅述。

通過(guò)上述過(guò)程完成了水庫(kù)移民安置區(qū)的選擇規(guī)劃。基于粗糙數(shù)據(jù)集理論計(jì)算了安置區(qū)選擇指標(biāo)權(quán)重?cái)?shù)值，能夠增加權(quán)重計(jì)算的客觀性，獲得最佳的選擇結(jié)果，為水庫(kù)移民提供更好的環(huán)境空間，并推動(dòng)水利工程的順利進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證提出方法的應(yīng)用性能，選取基于模糊理論的李家河水庫(kù)農(nóng)村移民安置區(qū)優(yōu)選[16]作為對(duì)比方法，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某水利大壩建設(shè)工程作為實(shí)驗(yàn)背景，為了方便實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，將水庫(kù)建設(shè)位置與可選擇安置區(qū)位置關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化展示，具體見(jiàn)圖3。

圖3 水庫(kù)位置與可選擇安置區(qū)位置關(guān)系示意圖

由圖3可知，水庫(kù)建設(shè)位置是固定的，而可選擇的安置區(qū)位置共有8個(gè)，每個(gè)安置區(qū)的環(huán)境容量均是不同的，需要依據(jù)水庫(kù)移民的數(shù)量與訴求對(duì)安置區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的選擇決策。

獲取可選擇安置區(qū)相關(guān)信息，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行提供便利，具體見(jiàn)表2。

表2 可選擇安置區(qū)相關(guān)信息表

另外，由于水庫(kù)移民安置距離相對(duì)來(lái)說(shuō)較近，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，設(shè)置可選擇安置區(qū)的生產(chǎn)與生活習(xí)俗是相同的，不需要移民進(jìn)行重新的適應(yīng)與學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備內(nèi)容為基礎(chǔ)，進(jìn)行水庫(kù)移民安置區(qū)選擇規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，通過(guò)移民安置區(qū)選擇時(shí)間與安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)顯示提出方法的應(yīng)用性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過(guò)程如下：

其中，水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間計(jì)算公式為：

(7)

式中：t為水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間；TE與TS分別為水庫(kù)移民安置項(xiàng)目的結(jié)束時(shí)間與開(kāi)始時(shí)間；α*為安置區(qū)選擇時(shí)間計(jì)算輔助參數(shù)，取值范圍為[1,10]。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間數(shù)據(jù)圖

由圖4可知，與對(duì)比方法相比較，應(yīng)用提出方法獲得的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間更短，說(shuō)明提出方法的效率更高。

水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)主要是借鑒已有文獻(xiàn)研究成果，其計(jì)算公式為：

(8)

式中：ξ為水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)；xi為安置區(qū)規(guī)劃效果評(píng)估指標(biāo)；ωi為安置區(qū)規(guī)劃效果評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重?cái)?shù)值；β與?為安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)計(jì)算常數(shù)。

根據(jù)已有文獻(xiàn)可知，水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)越大，表明安置區(qū)規(guī)劃效果越好；反之，水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)越小，表明安置區(qū)規(guī)劃效果越差。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)見(jiàn)圖5。

圖5 水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)示意圖

由圖5數(shù)據(jù)可知，與對(duì)比方法相比較，應(yīng)用提出方法獲得的水庫(kù)移民安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)更大，表明安置區(qū)規(guī)劃效果越好。

上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于對(duì)比方法，提出方法獲得的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間更短，安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)更大，充分證實(shí)了提出方法具有較好的安置區(qū)選擇規(guī)劃效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

此研究基于粗糙數(shù)據(jù)集理論設(shè)計(jì)了新的水庫(kù)移民安置區(qū)選擇規(guī)劃方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提出方法的有效性與可行性，極大地縮短了水庫(kù)移民安置區(qū)選擇時(shí)間，提升了安置區(qū)規(guī)劃評(píng)估參數(shù)，為水庫(kù)移民安置提供了更加有效的方法支撐，也為安置區(qū)選擇規(guī)劃研究提供一定的參考。