宋桂敏

(遼寧省朝陽市朝陽縣黑牛營子鄉(xiāng)人民政府，遼寧 朝陽 122617)

科學評價水資源承載力對維持水系統(tǒng)良性循環(huán)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等極其重要。當前，如何構(gòu)建系統(tǒng)、完善的水資源承載力評價體系(ISAWRCC)尚未形成統(tǒng)一的標準[1]。本文針對區(qū)域水資源承載力評價信息干擾與重復(fù)問題，圍繞評價檢驗、優(yōu)化和初始三個體系構(gòu)建過程，屬性簡約與相關(guān)分析相耦合的水資源承載力評價體系優(yōu)化方法，并對優(yōu)化結(jié)果利用灰色系統(tǒng)和粗糙集法進行了對比分析。

1 水資源承載力評價體系的構(gòu)建

1.1 初始ISAWRCC

本文利用專家經(jīng)驗和理論分析成果構(gòu)建初始ISAWRCC，該過程主要包括指標內(nèi)涵的界定、參評因子的選取和體系結(jié)構(gòu)的確定。其中，指標內(nèi)涵的界定是對各項參評要素所代表的實際內(nèi)涵按照科學性、通用性原則給予明確的規(guī)定，同時界定其對評價對象的正、負貢獻，明確承載力參評數(shù)據(jù)的方向；參評因子的選取是考慮數(shù)據(jù)實現(xiàn)性和區(qū)域水資源特性，結(jié)合專家經(jīng)驗和相關(guān)理論確定評判要素；體系結(jié)構(gòu)的確定是按照一定的準則和層次分析設(shè)計ISAWRCC指標體系框架[1-7]。

1.2 優(yōu)化ISAWRCC

采用合適的數(shù)學方法篩選評判指標，對于提高評價結(jié)果精確度和簡化評判體系繁雜性具有明顯成效。其中，粗糙集法較數(shù)理統(tǒng)計法具有靈活性強、魯棒性好等優(yōu)點，可有效刪除冗余信息和解決數(shù)據(jù)的不確定問題，而相關(guān)分析法可以準確篩選重復(fù)指標，挖掘數(shù)據(jù)信息中包含的線性關(guān)系。因此，本文將粗糙集法和相關(guān)分析法相結(jié)合構(gòu)建ISAWRCC，用于解決參評信息干擾和重復(fù)問題。

1.3 評價檢驗

判定優(yōu)化方案是否合理的關(guān)鍵是評價檢驗指標體系的優(yōu)化結(jié)果，為解決過多主觀性的不利作用及保證指標權(quán)重的客觀性，要求所選取的評價方法應(yīng)滿足指標賦權(quán)的客觀性，同時不受指標數(shù)量的限制?；疑P(guān)聯(lián)度評價法對于大、小樣本量均具有較好適用性，該方法能夠結(jié)合數(shù)據(jù)的變化趨勢和發(fā)展狀態(tài)賦予相應(yīng)的權(quán)值；以屬性重要度替代指標權(quán)重的粗糙集賦權(quán)法，通過對參評要素的客觀分析和重要度屬性計算，可較為準確合理的確定權(quán)值。所以，考慮將屬性重要度賦權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)法有機結(jié)合，對比分析初始和優(yōu)化的兩套評估體系，為解決評價結(jié)果受參評因子數(shù)量的改變或主觀賦權(quán)的影響提供參考。

2 實例分析

2.1 初始ISAWRCC的建立

遼寧省地處我國東北地區(qū)南部，下轄沈陽市、大連市、撫順市、鐵嶺市、朝陽市、葫蘆島市等14個地級市和2個省管縣，總面積14.8萬km2，地貌形態(tài)大致分為“六山一水三分田”。該區(qū)域為大陸性季風氣候，年均氣溫7.0～11.5 ℃，年降水量600～1100 mm，冬季少雨干暖，夏季氣候涼爽，日照充足，其中每年的6～9月降雨較為集中且多暴雨或強降雨；空間上，東南部與渤海相鄰降水量較多，中部平原地區(qū)降水較少，而西北部降水稀少且風沙干旱嚴重。境內(nèi)分布饒陽河、大凌河、太子河、渾河、遼河等河流，有大鹿島、長興島、石城列島及里長山列島等266座島嶼，全省島岸線長627 km，狹長的海濱平原有“遼西走廊”之稱[8-14]。

本文綜合考慮科技文化差異水平、水環(huán)境狀況及其變化特征、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的不平衡性，結(jié)合區(qū)域水系特點和相關(guān)文獻資料，從水資源、社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境4個方面選擇16項代表性評價因子，按照梯階層次框架建立水資源承載力初始評價體系，如表1。

表1 遼寧地區(qū)水資源承載力初始評價體系

2.2 優(yōu)化ISAWRCC的建立

根據(jù)相關(guān)文獻數(shù)據(jù)資料，利用SPSS統(tǒng)計分析軟件完成水資源承載力評估體系中16項因子的相關(guān)分析，從而構(gòu)建各參評因子的16×16階相關(guān)系數(shù)矩陣。水系統(tǒng)承載力實例中的參評樣本數(shù)n=8，臨界值r在顯著性水平α=0.01時取0.8342，所以相關(guān)系數(shù)Rij≥0.8342的情況下，則判定參評因子i與j間為真高度相關(guān)。結(jié)合相關(guān)系數(shù)法分析結(jié)果，考慮將評價體系中C1、C2、C9指標剔除。

采用Horafa屬性約簡算法對相關(guān)分析剔除了3項重復(fù)指標的評價體系進一步優(yōu)化，然后知識約簡化其它13項因子，從而解決數(shù)據(jù)信息的冗余問題，獲取最小知識表達的水資源承載力系統(tǒng)層信息。采用等距離法將無量綱數(shù)據(jù)劃分為1、2、3、4級，區(qū)分矩陣的構(gòu)造運用Visual C+6.0編程實現(xiàn)，按照Horafa算法流程和建立的區(qū)分矩陣作冗余分析。然后對冗余性干擾指標利用粗糙集的簡約分析，最終刪除了C6、C13、C16這3項指標，優(yōu)化的遼寧地區(qū)ISAWRCC即為約簡后的保留屬性集，如表2。

表2 約簡后的水資源承載力評價體系

2.3 評價檢驗

將粗糙集屬性重要度與灰色關(guān)聯(lián)度評價法有機結(jié)合，對遼寧省水資源承載力利用初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC兩套評估體系分析，以此對優(yōu)化ISAWRCC的科學合理性進行檢驗與分析，結(jié)果如表3。

表3 遼寧省初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC評價值

2.4 結(jié)果分析

通過對比分析可知，初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC評價結(jié)果均屬于Ⅱ級，兩套指標體系的水資源承載力評價等級保持較好的一致性。從橫向?qū)Ρ鹊慕嵌确治鲈u價結(jié)果，優(yōu)化ISAWRCC刪除了冗余指標和高度相關(guān)的參數(shù)。高度相關(guān)的參數(shù)使得綜合評價結(jié)果中統(tǒng)一指標數(shù)據(jù)的線性變化趨勢減弱或增強，其反映的數(shù)據(jù)信息存在重復(fù)，而優(yōu)化的評估體系有效避免了參評信息的重復(fù)，使得各參評因子間保持較好獨立性。另外，刪除冗余指標后的優(yōu)化ISAWRCC改變了賦予權(quán)重的情況，由此提升了不同要素間的可對比性。

所以，優(yōu)化的ISAWRCC較初始ISAWRCC評估體系能夠更好的體現(xiàn)研究區(qū)域水資源狀況，保證評價結(jié)果的客觀真實性。由此可見，在評價指標體系中利用粗糙集和相關(guān)分析加以優(yōu)化，對減少參評因子運算量、干擾信息和重復(fù)信息等均具有較好的實用性。

3 結(jié) 論

(1)將粗糙集屬性約簡和相關(guān)分析法相耦合，有效解決了初始評判體系中信息干擾和重復(fù)的問題，保證了優(yōu)化ISAWRCC的科學合理性。針對冗余性干擾信息、高度線性相關(guān)的重復(fù)指標分別選用粗糙集Horafa算法、相關(guān)分析法進行刪除和約簡，該過程保證了評價指標的顯著性；在此基礎(chǔ)上運用粗糙集屬性重要度與灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合的方法，保證了參評因子的客觀賦權(quán)要求和指標數(shù)量改變的敏感性，評價檢驗了優(yōu)化結(jié)果，為構(gòu)建ISAWRCC提供科學的指導與支持。

(2)對于信息的優(yōu)化屬性約簡和相關(guān)分析法具有科學有效性，對于簡化復(fù)雜龐大的評判體系、降低指標運算量和刪除重復(fù)性干擾信息等具有明顯成效，優(yōu)化ISAWRCC的水資源承載力評價結(jié)果更加合理。通過對水資源承載力的預(yù)測和評價，對于充分利用當?shù)氐乃Y源，減少水環(huán)境污染和水資源浪費，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與水資源空間分布等具有積極意義，為加快推進水生態(tài)文明以及充分發(fā)揮水資源價值提供依據(jù)。