惠 蕾，梁 曦

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001）

1 研究背景

用水水平評價是一個多層次多指標的系統(tǒng)整體分析評價問題，用于測評的指標多且關(guān)系復(fù)雜；用水水平又是水資源高效利用的主要表征之一，把握流域的用水情況，對流域綜合用水水平進行合理的評價，有利于了解流域發(fā)展與用水需求之間的矛盾，從而從用水方加強管理，改善流域用水結(jié)構(gòu)和用水方案，提高水資源利用效率，促進流域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好循環(huán)，保障節(jié)水型社會的建立。當前采用的用水水平的評價有多層次灰色關(guān)聯(lián)綜合評價方法[1]、物元模型[2]、屬性識別模型[3]、層次分析法（AHP）[4]、集對分析[5]、模糊綜合評價[6]等多種單一的評價方法。層次分析法是常用的一種主觀評價方法，評價模型以人的主觀判斷作為賦權(quán)基礎(chǔ)，主觀因素太多；熵權(quán)系數(shù)法評價模型中，消除了人為確定權(quán)重的主觀誤差，各項指標的權(quán)重由樣本數(shù)據(jù)計算得到，但僅單純地反映客觀。對同一評價問題，每一種單一評價方法都只是從某種角度對被評價對象做出綜合評價，存在不可避免的局限性。因此，本文將采用基于協(xié)商定權(quán)的組合評價模型，充分利用層次分析法和熵權(quán)法所提供的信息，將主客觀方法相結(jié)合，實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補，盡可能地提高評價水平，使評估結(jié)果更為科學(xué)、合理和準確。

2 協(xié)商定權(quán)理論

由于流域氣候水文特性及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等不同，不同區(qū)域有不同的用水特點，使得用水水平評價涉及因素復(fù)雜，評價指標較多。權(quán)重反映用水水平指標的相對重要程度，一般而言，由于從不同方面考慮，衡量指標因素對用水水平的影響程度會有差異，指標權(quán)重的取值也不盡相同。在單一的主觀評價或客觀評價的定權(quán)方法中，權(quán)重取值易受到專家的偏好和經(jīng)驗等主觀因素影響，使得單人定權(quán)的權(quán)值不符合實際。為避免這種影響，將主客觀相結(jié)合，可考慮使用群組定權(quán)的方法來結(jié)合大家意見，通過群組定權(quán)方法將個人的偏好和愛好集結(jié)為群體的偏好和愛好，使權(quán)值科學(xué)、合理[7]。協(xié)商定權(quán)屬于群組定權(quán)中的一種，在定權(quán)者看法不一致或利益沖突時，各方通過協(xié)商將各指標的權(quán)重確定下來[8]，該方法簡潔方便，本文使用此方法來完成群組定權(quán)。

設(shè)定權(quán)者共有 ng(≥2)個，分別為 P1，P2，…，Png。Pi(i=1,2,…,

群協(xié)商因子為：，φj＝φ（Dj）=mp（Dj）+εj·l（Dj）,j=1,2,…m（1）協(xié)商區(qū)間的寬度。εj為協(xié)商系數(shù)，可采用最小損失法確定。定義損失函數(shù)：

尋找權(quán)重的問題轉(zhuǎn)化為求解下面的非線性優(yōu)化問題，

式中：ypk是根據(jù)第k個定權(quán)者給出的權(quán)重采用權(quán)重系數(shù)法得到的第i個對象的評價值；yi即根據(jù)協(xié)商定權(quán)得到的第i個對象的評價值。

3 基于協(xié)商定權(quán)的組合評價數(shù)學(xué)模型

Step1 基于層次分析法(AHP)的流域水資源用水水平評

（1）判斷矩陣建立

針對評定指標層中各有關(guān)元素相對重要性的狀況，對目標層逐項進行兩兩評價比較，根據(jù)專家意見確定各評價指標的相對重要性并賦以相應(yīng)的分值，其比較結(jié)果以T.L.Saaty的1～9標度法表示（見表1），可以得到兩兩比較判斷矩陣 A=（αij）n×n。

（2）各評價指標的相對權(quán)重

采用和積法計算權(quán)向量 ω=（ω1，ω2，……，ωn）為：

最大特征值λmax為：

（3）一致性檢驗

式中：CR為判斷矩陣的隨機一致性系數(shù)；CI為判斷矩陣的一般為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，對于1～10階判斷矩陣，RI的值對應(yīng)如表2。

CR＜0.1，即表示判斷矩陣具有令人滿意的一致性；否則，調(diào)整判斷矩陣，直止?jié)M意。

（1）特征矩陣中的特征值進行歸一化處理。對參與評價的越大越優(yōu)型、越小越優(yōu)型各項指標歸一化方法如下：

（2）第i個評價指標的權(quán)重：

表2 隨機一致性指標RI值表

（3）各樣本的綜合評價值：

采用協(xié)商定權(quán)法求解綜合評價中權(quán)重，將問題轉(zhuǎn)化為如式（3）的非線性規(guī)劃問題。當指標個數(shù)比較多時,上述優(yōu)化問題是一個多維非線性問題，使用傳統(tǒng)運籌學(xué)中的優(yōu)化方法很難找到全局最優(yōu)解。遺傳算法借鑒了生物進化論的自然選擇思想和遺傳學(xué)中生物進化機制，利用隨機技術(shù)來指導(dǎo)對被編碼的參數(shù)空間進行高效率搜索，是一種全局隨機搜索算法，具有全局優(yōu)化性、隱含并行性和智能性，使用簡單的特點[9]。本文采用遺傳算法求解上述非線性規(guī)劃問題得到協(xié)商系數(shù)，最終計算出群定最優(yōu)組合權(quán)重系數(shù)，從而利用組合賦權(quán)法將主客觀方法結(jié)合起來。

4 實例研究

灤河流域位于華北平原東北部，全長888 km，流域面積44750 km2，主要支流有小灤河、興州河、伊遜河、武烈河、老牛河、柳河、瀑河、灑河、長河、青龍河等。近年來，隨著灤河流域水資源經(jīng)濟區(qū)天津、唐山、秦皇島等城市的發(fā)展迅速，人口增幅較大，水量需求不斷上升。據(jù)用水部門統(tǒng)計，2007年灤河流域承德市總用水量達到9.34億m3，唐山市總用水量達到33.32億m3，秦皇島市總用水量達到10.54億m3，其中灤河流域承德區(qū)域、唐山市、秦皇島市的河道外生態(tài)用水量分別為0.25億m3、4.15億m3、1.38億m3。各用水部門中，承德市農(nóng)業(yè)用水占該區(qū)總用水74.3%，唐山市農(nóng)業(yè)用水占總用水56.5%，秦皇島市農(nóng)業(yè)用水占總用水62.3%。

4.1 用水水平評價指標體系建立

針對河北省灤河流域的特點，選取流域內(nèi)承德、唐山、秦皇島作為研究區(qū)域，建立基于水資源的各分區(qū)用水水平評價指標體系，具體指標選取及2007年各指標值見表3。其中，目標層為區(qū)域用水水平，用以衡量灤河流域水資源系統(tǒng)支撐整個流域可持續(xù)發(fā)展的綜合用水水平，準則層分為區(qū)域生活用水水平、區(qū)域農(nóng)業(yè)用水水平、區(qū)域工業(yè)用水水平，區(qū)域生態(tài)環(huán)境用水水平分別反映研究區(qū)域各用水戶水資源利用情況。

表3 灤河流域用水水平評價指標及指標值

4.2 應(yīng)用分析

各指標不同方法評價計算結(jié)果見表4～表6。

表4 指標層3種方法評價結(jié)果

表5 目標層三種方法評價結(jié)果

表6 熵權(quán)法各區(qū)域指標評價結(jié)果

由指標層評價結(jié)果可以看出三種方法評價結(jié)果基本一致，指標層各指標綜合評價值在0.3～0.6左右，處于中等發(fā)展水平，說明灤河流域三市水資源仍有較大節(jié)水潛力，尤其是農(nóng)業(yè)用水節(jié)水潛力巨大；各計算指標權(quán)重客觀反映了各指標對水資源用水水平影響程度，從表4分析可得生態(tài)用水因素在灤河流域三市用水中影響程度最高，其次是工業(yè)用水重復(fù)利用率和生活用水；從表5可以看出農(nóng)業(yè)仍是主要用水大戶，其次是工業(yè)、生活、生態(tài)；從表6可看出各區(qū)域用水綜合評價中，唐山用水水平最高，承德最低，這與灤河流域唐山、承德、秦皇島三市的實際情況是相符的。

5 結(jié)論

（1）針對河北省灤河流域的特點，建立了灤河流域基于水資源的各分區(qū)用水水平評價指標體系，分別采用AHP法、熵權(quán)法評判各個分區(qū)生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)用水水平的高低。

（2）為將主觀客觀結(jié)合，本文采用了基于協(xié)商定權(quán)法的組合組合評價模型，將其應(yīng)用于灤河流域用水水平綜合評價，組合評價法評價結(jié)果既考慮了主觀信息又考慮了客觀信息，確定出的評價指標權(quán)重更科學(xué)，評價結(jié)果與實際相符，說明該模型能有效地對流域用水水平進行評價。

（3）各計算指標權(quán)重客觀反映了各指標對水資源用水水平影響程度，得出用水水平排序，從而掌握各區(qū)水資源開發(fā)利用程度及其節(jié)水潛力，為灤河流域水資源開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

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