主成分分析耦合集對分析的區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價

吳振 徐丹丹 王開然 張欣 王薇 傅世東

摘 要：科學合理的初始水權(quán)分配效果后評價對于充分發(fā)揮市場在水資源高效利用與優(yōu)化配置中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用、促進水權(quán)交易具有重要意義。針對區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價中存在的指標體系定量賦權(quán)的客觀性以及確定性與不確定性間的關(guān)聯(lián)問題，采用主成分分析（ＰＣＡ）法對指標賦權(quán)，并基于集對分析（ＳＰＡ）理論，建立了ＰＣＡ－ＳＰＡ 耦合的區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價方法。將該方法應用于濱州市初始水權(quán)分配效果后評價，結(jié)果表明：鄒平市、無棣縣和博興縣的初始水權(quán)分配效果為“優(yōu)秀”，惠民縣的初始水權(quán)分配效果為“良好”且升級到“優(yōu)秀”的趨勢較強，濱城區(qū)、沾化區(qū)和陽信縣的初始水權(quán)分配效果為“一般”。

關(guān)鍵詞：區(qū)域初始水權(quán)分配；后評價；主成分分析；集對分析

中圖分類號：ＴＶ２１３．４ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１１

引用格式：吳振，徐丹丹，王開然，等．主成分分析耦合集對分析的區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１０）：６２－６６．

隨著全球氣溫日趨升高，我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展面臨日益嚴峻的水資源供需矛盾［１］ ，各類水源性、工程性和水質(zhì)性缺水問題并存［２］ 成為經(jīng)濟社會健康良性協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。構(gòu)建最嚴格的水資源管理制度和技術(shù)標準體系，是從嚴、從細優(yōu)化利用水資源的關(guān)鍵［３］ 。將水權(quán)交易納入水資源管理體系，結(jié)合政策、制度支持與科學系統(tǒng)管理手段，鼓勵多種形式的水權(quán)交易，對創(chuàng)新水資源高效利用方式、支撐經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義［４］ 。科學合理的初始水權(quán)分配［５－７］ ，是充分發(fā)揮市場在水資源高效利用與優(yōu)化配置中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用、推進水權(quán)交易制度建設的重要前提條件［８］ 。對區(qū)域初始水權(quán)分配效果進行科學的后評價，則是客觀分析水權(quán)分配效益和可持續(xù)發(fā)展水平、為后續(xù)水資源管理水平的提升和相關(guān)政策措施的制定提供技術(shù)依據(jù)的重要支撐。多年來，國內(nèi)學者對區(qū)域初始水權(quán)分配開展了較多研究，但對區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價的研究較少。丁零［９］ 采用模糊可變評價模型，對廣東省水權(quán)交易試點廣州、河源兩市的初始水權(quán)分配合理性進行評價，得到區(qū)域初始水權(quán)分配的合理性等級；吳丹等［１０］ 構(gòu)建了初始水權(quán)分配效果的耦合評價模型，并對大凌河流域初始水權(quán)分配效果進行評價，驗證了模型的適用性和合理性；周曄等［１１］ 構(gòu)建基于層次分析法和多級模糊的綜合評價模型，對大凌河流域各區(qū)域的初始水權(quán)分配等級進行了評價。目前的相關(guān)研究多圍繞初始水權(quán)分配后評價的確定性［１２］ 展開，涉及后評價指標體系的確定性與不確定性隨機集成問題［１３］ 的研究成果較少；此外，指標權(quán)重的客觀性確定具有鮮明的區(qū)域特點，但適用性不足。

只有全面客觀地了解初始水權(quán)分配效果的制約因素，并對未來的發(fā)展趨勢作出合理判斷，才能制定有效措施，促進水資源可持續(xù)利用。

因此，綜合確定性和不確定性因素對區(qū)域初始水權(quán)分配效果進行后評價，以及進行區(qū)域初始水權(quán)分配效果等級的轉(zhuǎn)化趨勢研究十分必要。本文基于主成分分析（ＰＣＡ）和集對分析（ＳＰＡ）［１４－１６］ 耦合模型，對區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價開展研究。首先采用ＰＣＡ對區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價指標賦權(quán)，再采用ＳＰＡ 得到各區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價指標聯(lián)系度和等級，耦合指標權(quán)重值，最終得到區(qū)域初始水權(quán)分配效果綜合評價結(jié)果。

２．２ 后評價指標體系構(gòu)建和評價標準確定

參考文獻［９－１０］，建立包括水資源、利用效率、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境４ 個子系統(tǒng)１１ 個指標的初始水權(quán)分配效果后評價指標體系（見表１），指標數(shù)據(jù)來源于《２０２０ 年濱州市水資源公報》和《２０２１ 年濱州統(tǒng)計年鑒》。根據(jù)濱州市初始水權(quán)分配現(xiàn)狀和各縣（區(qū)）水資源水平，參考文獻［９－１３］的分級標準，確定初始水權(quán)分配效果４ 個等級的劃分標準。

２．３ 區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價結(jié)果分析

利用式（１） ～式（４）計算得到濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果后評價指標權(quán)重（見表２）。由表２指標權(quán)重大小可知，分配水量使用率（Ａ１ ）、人均水資源量（Ａ２ ）、灌溉水有效利用系數(shù)（Ａ３ ）、耕地灌溉率（Ａ４）、生態(tài)環(huán)境用水量占比（Ａ９ ）和水功能區(qū)達標率（Ａ１１）是濱州市區(qū)域初始水權(quán)分配效果的主要影響因素，與濱州市初始水權(quán)分配實際情況相符，體現(xiàn)了主成分分析賦權(quán)的適用性和合理性。利用式（５） ～ 式（１２），運用Ｍａｔｌａｂ２０１４ 編程計算濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果后評價指標對應等級的聯(lián)系度，結(jié)果見表２。

濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果后評價指標的等級評價結(jié)果見表３。由表３ 可知，濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果影響因素主要為萬元工業(yè)增加值用水量下降率（Ａ５ ）、每公頃農(nóng)田灌溉用水量（Ａ６）、萬元ＧＤＰ 用水量（Ａ７ ）、萬元工業(yè)增加值用水量（Ａ８）、生態(tài)環(huán)境用水量占比（Ａ９）等。濱州市工業(yè)不發(fā)達，水源污染不嚴重，但其鹽漬化地區(qū)以水壓堿的現(xiàn)實需求，使得農(nóng)業(yè)用水量占比較大。分析可知，評價結(jié)果能夠體現(xiàn)濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果的實際情況。濱州市各縣（區(qū)、市）分配水量使用率（Ａ１ ）、灌溉水有效利用系數(shù)（Ａ３ ）、水功能區(qū)達標率（Ａ１１ ）基本屬于Ⅰ級和Ⅱ級，說明濱州市農(nóng)田節(jié)水改造工程建設和農(nóng)業(yè)管理型節(jié)水工作取得一定成效，但是仍有較大節(jié)水空間；水功能區(qū)管理得到長足發(fā)展，農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護力度較大，監(jiān)督管理取得成效。社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的指標等級主要為Ⅲ級，可見濱州市初始水權(quán)分配效果仍未得到充分發(fā)揮。

濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果綜合評價結(jié)果見表４。由表４ 可知，鄒平市、無棣縣和博興縣的初始水權(quán)分配效果為Ⅰ級，惠民縣的初始水權(quán)分配效果為Ⅱ級，濱城區(qū)、沾化區(qū)和陽信縣的初始水權(quán)分配效果為Ⅲ級。濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果存在地區(qū)差異性，這與濱州市復雜的地形條件、各縣（區(qū)、市）社會經(jīng)濟發(fā)展水平、水資源優(yōu)化配置以及節(jié)水工作開展情況等緊密相關(guān)。濱州市的工業(yè)主要集中在鄒平市，該市用水效率和節(jié)水水平較高，盡管其實際用水總量超過了初始水權(quán)分配指標，但其水權(quán)分配與其社會經(jīng)濟發(fā)展之間體現(xiàn)了較好的匹配性。無棣縣和博興縣在水權(quán)管理方面取得顯著成效，用水效率得到極大提高。濱城區(qū)、沾化區(qū)和陽信縣水資源節(jié)約保護能力有待提升，黃河水資源承載能力對其經(jīng)濟社會發(fā)展的制約作用進一步凸顯。因此，濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果后評價充分反映了當?shù)貙嶋H情況，結(jié)果可靠度較高。

由表３ 和表４ 可知：鄒平市初始水權(quán)分配效果的主要限制因素是萬元工業(yè)增加值用水量下降率（Ａ５ ）、每公頃農(nóng)田灌溉用水量（Ａ６ ）、萬元ＧＤＰ 用水量（Ａ７ ）、萬元工業(yè)增加值用水量（Ａ８ ）。目前鄒平市大型企業(yè)正向云南省轉(zhuǎn)移部分原鋁產(chǎn)能，ＧＰＤ 將大幅度下降且農(nóng)業(yè)用水效率較低，這將不利于鄒平市工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，另外鄒平市初始水權(quán)分配效果的最高綜合聯(lián)系度和次高綜合聯(lián)系度之間距離很小（０．０４６），若不采取有效措施，將不利于鄒平市初始水權(quán)分配效果的發(fā)揮。

惠民縣初始水權(quán)分配效果的主要限制因素是萬元工業(yè)增加值用水量下降率（Ａ５）、萬元ＧＤＰ 用水量（Ａ７）、生態(tài)環(huán)境用水量占比（Ａ９ ），惠民縣初始水權(quán)分配效果的最高聯(lián)系度和次高聯(lián)系度之間距離很小（０．０７３），從Ⅱ級升級到Ⅰ級的趨勢較強，因此加大企業(yè)節(jié)水技術(shù)和設備升級改造力度、限制高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推行水循環(huán)梯級利用等工業(yè)節(jié)水措施，推進生態(tài)文明建設可以有效發(fā)揮初始水權(quán)分配效果、高效利用水資源；沾化區(qū)初始水權(quán)分配效果的主要限制因素是萬元ＧＤＰ 用水量（Ａ７）和萬元工業(yè)增加值用水量（Ａ８），因此大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、提高工業(yè)用水效率等可提升初始水權(quán)利用效率。從分配水量使用率角度看，各縣（區(qū)、市）用水量與當?shù)兀牵模?發(fā)展不甚匹配。從生態(tài)環(huán)境角度看，濱州市位于黃河下游，生態(tài)環(huán)境用水量的分配性價比較低，相同水量的投入不能獲得更好的生態(tài)效果。其他縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果評價的最高聯(lián)系度和次高聯(lián)系度之間的距離較大，將在短期內(nèi)維持各自的等級不變。

３ 結(jié)論

本文針對區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價研究的科學性和合理性問題，建立了基于ＰＣＡ 耦合ＳＰＡ 的區(qū)域初始水權(quán)分配效果后評價模型。將其應用于濱州市各縣（區(qū)、市）初始水權(quán)分配效果后評價，結(jié)果表明：分配水量使用率、人均水資源量、灌溉水有效利用系數(shù)、耕地灌溉率、生態(tài)環(huán)境用水量占比和水功能區(qū)達標率是區(qū)域初始水權(quán)分配效果的主要影響因素，與濱州市初始水權(quán)分配實際情況相符；鄒平市、無棣縣和博興縣的初始水權(quán)分配效果為“優(yōu)秀”，惠民縣的初始水權(quán)分配效果為“良好”，其他縣（區(qū)、市）的初始水權(quán)分配效果為“一般”，且惠民縣從“良好”升級到“優(yōu)秀”的趨勢較強。

本文所提出的耦合方法計算過程清晰、指標體系明確，能夠?qū)崿F(xiàn)客觀指標賦權(quán)，克服確定性和不確定性的關(guān)聯(lián)問題，并能描述評價區(qū)域的等級轉(zhuǎn)化趨勢，具有良好的適用性，但評價等級劃分標準可能存在一定的偏差，有待后續(xù)研究進一步完善。

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【責任編輯 張華興】