湖南省水资源可持续利用的密切值法评价

摘 要:分别介绍了密切值评价模型的原理和算法,在经专家咨询和参考有关文献的基础上,以降水量、地表径流量、地表水资源量、地下水资源量、综合用水量、万元GDP用水量、万元工业用水量、人均水资源量等12项指标构建评价体系,并将其运用到湖南省14个设区市水资源可持续利用评价中,结果表明:怀化市可持续利用水平最好,湘潭市最差,与湖南的水资源现实情况基本吻合,以此为基础,对各地的水资源可持续利用问题进行分析,为水资源利用提供科学依据。

关键词:密切值法;水资源;可持续利用;湖南省

中图分类号:F323.213文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)06-0093-02

水资源作为人类生产生活中一种宝贵的自然资源,在社会经济可持续发展中扮演着非常重要的角色,是世界万物生命延续的基础。随着经济的迅速发展,人口的不断增加,水环境污染问题,水资源浪费问题,变相的消弱了水资源可持续利用的承载力,使水资源短缺越发突出,严重地制约了农业和社会经济的可持续发展。因此,针对水资源可持续利用问题国内外许多专家学者对其进行了许多的科学研究。从现状来看,一般还停留在宏观定性分析上,定量评价的理论和方法还在进一步探索之中,如主成分分析法、模糊人工神经网络、模糊模式识别方法、综合评价指数法、模糊数学评判等。

密切值评价模型是多目标决策的一种数学建模方法,目前广泛应用于医学、生态、水环境质量评价等领域,其原理是将所有决策方案指标值进行规范化处理后,找出方案集的最优点和最劣点,再计算出各方案与最优点、最劣点的距离,即密切值,来排序各决策方案的优劣次序,从而将多指标转化成一个从总体上衡量其优劣的单一综合值进行评价,方法具有简单明了,效率高等特点。另外,对位于我国中部地区的湖南省来说,实现经济崛起,进行水资源可持续利用评价十分重要,就目前情况来看,还处在探索阶段,仅限于改进的三标度层次分析法、层次分析法,采用密切值模型对其进行评价值得探讨。因此,该文通过建立密切值法评价模型,对湖南14个设区市的水资源可持续利用状况作出评价,为水资源有效利用提供科学依据。

1 密切值法模型步骤

1.1 建立指标矩阵

假设影响评价结果的指标有n个,即存在n个评价指标G1,G2,…,Gn,且已拟定了m种方案F1,F2,…,Fm,令第i个决策方案第j个指标的数值为aij,则建立指标矩阵A如下:

A=a11a12…a1n

a21a22…a2n

……aij…

am1am2…anm

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

1.2 将指标进行规范化处理

由于评价指标对评价结果的影响有正向和逆向之分(正向影响:指标数值越大,评价结果越好;逆向影响:指标数值越大,评价结果越差),所以为统一影响方向,将所有原指标数值aij都化成正向指标数值bij,指标矩阵A也相应地转化为正向化矩阵B。又由于各项评价指标的量纲不尽相同,所以需要将有量纲数值bij化为无量纲数值rij,正向化矩阵B也相应地化为规范化矩阵R。即

rij=aij∑mi=1a2ij;当j为正向指标时

-aijaij∑mi=1a2ij;当j为负向指标时(1)

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

可得规范化指标矩阵R为:

R=r11r12…r1n

r21r22…r2n

……rij…

rm1rm2…rmn

1.3 求决策点集(方案集)的最优点和最劣点

“最优点”为各项指标最佳情况(rj+)结合成的虚拟向量,设其为F+;“最劣点”为各项指标最差情况(rj-)结合成的虚拟向量,设其为F-。分别求出各决策方案与最优点和最劣点的距离,即可为方案的综合评价提供一个量的依据。

各项指标最佳情况rj+、最差情况rj-的选择原则为

rj+=max1≤i≤mrij (j=1,2,3,…,n)(2)

rj-=max1≤i≤mrij (j=1,2,3,…,n)(3)

则最优点F+为:F+=(r1+,r2+,…,rn+),最劣点F-为:F-=(r1-,r2-,…,rn-)。

1.4 求各种决策点(方案)与最优点F+和最劣点F-的欧氏距离

设di+表示某种决策点Fi与最优点F+的欧氏距离,称为最优点距;di-表示某种决策点Fi与最劣点F-的欧氏距离,称为最劣点距。则

di+=∑nj=1(rij-rj+)2(4)

di-=∑nj=1(rij-rj-)2(5)

(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)

1.5 求各种决策点Fi的密切值

所谓密切值,就是反映某种决策点Fi接近最优点而远离最劣点的程度,用Ci表示。计算公式为:

Ci=di+d+-di-d-(6)

式中:d+――最优点距的最小值;d-――最劣点距的最大值,即

d+=min1≤i≤mdi+(7)

d-=max1≤i≤mdi-(8)

1.6 根据密切值Ci的大小进行排序

因为di+≥d+,di-≤d-,而且在一般情况下d+≠0,d-≠0,所以Ci≥0,当Ci=0时,为最佳决策点;当Ci>0时,偏离最佳决策点,此时Ci值越小评价结果越好。这样,就可以先对Ci的大小进行排序,然后对各种决策点Fi进行优劣比较。

2 密切值模型在湖南省水资源可持续利用评价中的应用

2.1 湖南省水资源概况

湖南省属亚热带季风气候区,雨量充沛,降水量及为丰富。多年平均降水量为1427mm,全省降雨量折合水资源量在4.154×1011-2.753×1011m3之间,属于我国天然富水区之一。多年地表水(浅层)资源总量为1.68×1011m3,多年地下水资源总量为3.92×1010m3,多年水资源总量为2.07×1011m3,人均占有量为3095.8m3,为全国人均水量的1.3倍。受时空变化特征影响,降水分布不均匀,年内降雨60%以上集中在春夏的三、四个月之内,水旱灾害频繁,而且受水环境污染问题,水资源浪费问题的影响,水资源的有效利用在慢慢缩小,因此,对湖南省水资源可持续利用进行科学评价,有利于进一步分析和解决日益突出的水资源问题,促进经济的可持续发展。

2.2 可持续利用评价指标体系的确定

在现实生产生活中对水资源可持续利用造成影响的因素众多,有人为因素和自然因素,有供水因素和需水因素,有直接的又有间接的。在综观湖南省水资源可持续利用的现实基础上,经专家咨询,初步拟定湖南14个设区市的水资源评价指标为:X1为降水量,;X2为地表径流量,亿立方米;X3地表水资源量,亿立方米;X4地下水资源量,亿立方米;X5人均综合用水量,m3/人;X6万元GDP用水量,m3/万元;X7万元工业增加值用水量,m3/万元;X8人均水资源量,m3/人;X9地均水资源量,万m3/Km2;X10城市居民生活用水,L/人•日;X11农村居民生活用水,L/人•日;X12耕地亩均水资源量,m3/亩;如表1所示。

2.3 评价模型的计算

根据评价模型的规范化指标矩阵的定义,以及指标体系的选择,计算得规范化矩阵

最后由公式(6)求出各设区市的密切值,并对其进行排序(表2)。

表2 密切值评价模型计算排序

名称长沙株洲湘潭衡阳邵阳岳阳常德张家界益阳郴州永州怀化娄底湘西密切

42.4 结果分析

从计算结果可以看出,怀化密切值最小,可持续利用水平最好;湘潭密切值最大,可持续利用水平最差。其可持续利用优劣程度依次为:怀化>郴州>永州>湘西>邵阳>常德>张家界>株洲>益阳>衡阳>岳阳>娄底>长沙>湘潭。其中可持续水平较高的还有郴州、永州、湘西、邵阳。常德、张家界、株洲、益阳、衡阳、岳阳、娄底为中等水平,长沙相对较低,与现实情况基本吻合。

长沙、湘潭在水资源可持续利用评价中体现出较低水平,其密切评价值分别为2.165、2.229,说明其水资源利用程度高,挖掘其潜在的水资源开发能力不大,在未来经济发展中会出现水资源短缺现象,其主要原因是人口多,水利工程投资建设与经济发展不协调,工业污水排放大,净污技术落后,城市供水能力有限等因素所致,在今后的社会发展中应加强人口规模管制,加大水利工程投入,开发节水减排生产新技术,提高废水回收利用率。其中,长沙在万元GDP用水量、万元工业用水量2个指标上为所有设区市中最低,分别为160m3/万元、140m3/万元这与长沙的节水技术和节水意识相对较高分不开,需要积极开发替代水源,提高水资源调蓄能力。湘潭在降水量,地表径流量,地表水资源量为所有设区市中最小的情况下,其万元GDP用水量,万元工业增加值用水量分别达到了389m3/万元,360m3/万元,应转变经营模式,提倡节约用水和废水回收利用,保证水资源可持续发展。

常德、张家界、株洲、益阳、衡阳、岳阳、娄底在可持续利用评价中体现出中等水平,说明这些地区在新形势下,抓住机遇,大力发展城市经济建设,对水资源的开发利用已初具规模,其在水资源挖掘潜力上还存在较大空间,为未来经济的进一步发展对水资源的需求提供了有利条件,但整体形势不容乐观,在今后的社会发展中应加强生产技术改革,引进新工艺,新方法,加大节约用水宣传力度,提高废水利用率。

郴州、永州、湘西、邵阳水资源可持续利用水平高,未来开发潜力巨大,对今后经济发展在水资源的利用上提供了有力保障,形势较为乐观,为水资源的可持续利用提供了良好的资源条件。但是这些地区经济、技术水平相对低下,在污水处理和污水利用技术上还很不成熟,农业灌溉尚未完全摆脱粗放式生产模式,应加大农田水利建设和水环境的保护。

3 结论

湖南水资源可持续利用评价是一个多目标的决策问题。本文在运用密切值法,建立密切值评价模型基础上对湖南各市州的水资源可持续利用进行了综合评价,其方法

作者简介:黄艺(1981-),女,浙江义乌人,浙江义乌工商学院国际贸易系教师,讲师。目的明确,简单易用。得到14个设区市的水资源可持续利用评价结果,其可持续利用优劣程度依次为:怀化>郴州>永州>湘西>邵阳>常德>张家界>株洲>益阳>衡阳>岳阳>娄底>长沙>湘潭。由于对湖南水资源可持续利用进行评价研究还处在探索阶段,在运用该模型进行可持续利用评价过程中,还存在指标体系的构建完善程度,评价结果进行分等定级还没有统一标准等问题,只能对评价对象(水资源)进行简单的定量比较,存在局限性,还有待于进一步研究。

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