區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價研究

于雪峰，張鐘元，王永明，劉喜峰

（黑龍江大學 水利電力學院，哈爾濱 150080）

0 引 言

水資源可持續(xù)開發(fā)利用管理涉及區(qū)域水資源優(yōu)化配置和區(qū)域水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評價兩個重要內(nèi)容。在水資源可持續(xù)發(fā)展框架下，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系，前者是在一定約束條件下，以生態(tài)效益、社會經(jīng)濟效益相對最優(yōu)為目標的多目標決策問題，它根據(jù)水資源的特性和系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展原理，對有限的水資源在時空上進行科學、合理的調(diào)配，以提高水資源利用率，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用［1］。后者是對區(qū)域水資源配置方案，以水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展為目標的系統(tǒng)識別問題。它涉及區(qū)域之間基于水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境評價指標的系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價和區(qū)域內(nèi)部水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的評價。兩者之間的聯(lián)系體現(xiàn)在，在水資源優(yōu)化配置中應遵循水資源與社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展的原則，在水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境發(fā)展目標和協(xié)調(diào)發(fā)展原則之間表現(xiàn)為互為條件和目標：當系統(tǒng)要求其協(xié)調(diào)發(fā)展達到一定水平的情況下求解水資源優(yōu)化配置方案時，系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平是水資源優(yōu)化配置的約束條件；當系統(tǒng)要求其生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益滿足一定水平下求解系統(tǒng)最佳協(xié)調(diào)發(fā)展水平時，系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平變成水資源優(yōu)化配置的目標［1－3］。

本文研究現(xiàn)狀區(qū)域水資源開發(fā)利用的系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價問題，判別其系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展狀況，為區(qū)域水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供決策依據(jù)。

目前區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價可分為區(qū)域內(nèi)水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展評價和不同區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展評價，前者研究的是區(qū)域水資源的開發(fā)利用應滿足社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的原則［4－8］；后者是以社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等為評價指標，研究不同區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題［9－13］。本文研究后者，以某區(qū)域的水資源承載能力評價為例，利用二元比較方法確定指標權(quán)重及兩級識別模型對區(qū)域水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平進行評價，并對區(qū)域之間水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平與區(qū)域水資源承載能力關系進行分析。

1 基于兩級模糊識別模型系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型

1．1 子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度模型

根據(jù)文獻 ［2－3］可知系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度是一個模糊概念，且具有相對性。設需要進行協(xié)調(diào)發(fā)展評價的系統(tǒng)由n個子系統(tǒng)組成，各個子系統(tǒng)均有m個指標 （或因子）特征值表示其特征，則n個子系統(tǒng)的指標 （或因子）特征值矩陣為：

式中xij為子系統(tǒng)j指標i的特征值，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n。

式中xip為p子系統(tǒng)就指標i的特征值；xiq為q子系統(tǒng)就指標i的特征值。

設子系統(tǒng)p與q就指標i的協(xié)調(diào)度icpq的權(quán)重為iwpq，則權(quán)重矩陣為：

則子系統(tǒng)p與q間的協(xié)調(diào)度模型為：

1．2 子系統(tǒng)與總系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型

利用式 （6）的求解方法求得子系統(tǒng)p與總系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度為：

1．3 總系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型

利用式 （6）求得n個子系統(tǒng)對總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)向量：

設子系統(tǒng)p對總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度cp的權(quán)重為wp，則得出總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度：

式 （9）稱為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度模型。

2 實 例

某區(qū)域水資源人均、1hm2平均占有量偏低，水少、人多、地多，水資源與人口、耕地等資源的匹配嚴重失衡。并且由于不合理的開發(fā)利用使其水環(huán)境惡化，水資源可利用量較少［14－15］。

［14］，本文采用人均水資源量xi1（m3／人）、單位GDP耗水量xi2（m3／百元）、單位耕地占有水資源量xi3（m3／km2）和單位面積水資源量xi4（104m3／km2）4項指標對該區(qū)域17個地市水資源承載能力進行研究，利用式 （6）、式（7）、式 （9）系統(tǒng)協(xié)調(diào)模型對所研究區(qū)域17個地市水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進行評價。首先，計算指標相對隸屬度見表1。

表1 指標相對隸屬度Table 1 Standardized indicator of water resource

根據(jù)工程模糊集理論［16］的二元比較權(quán)重確定方法，得系統(tǒng)協(xié)調(diào)評價4項指標的二元比較矩陣如下：

根據(jù)上面矩陣，確定4項指標權(quán)重向量為：

以地市1為例，根據(jù)式 （2），計算得到地市1的4項指標相對該區(qū)域其它地市的協(xié)調(diào)度矩陣：

根據(jù)式 （6）和矩陣 （12）得出地市1對該研究區(qū)域其他城市的協(xié)調(diào)度向量為：

同理可求得該區(qū)域其余16個地市與其它地市的協(xié)調(diào)度向量，從而得到17個地市之間的對稱協(xié)調(diào)矩陣，根據(jù)式 （7）可求得各城市對該區(qū)域的協(xié)調(diào)度向量為：

根據(jù)公式 （9）可求得總的協(xié)調(diào)度為0．482 8。

3 結(jié)論與分析

根據(jù)以上計算結(jié)果，得出承載力相對較高的一類區(qū)域 （地市2、3、4、5、7、8、9、10、15、17）的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度＞0．5，相對較低的二類區(qū)域（地市1、6、11、12、13、14、16）的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度＜0．5。說明該研究區(qū)域水資源承載力越高，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性越好。

本例中，各地市的協(xié)調(diào)水平與該區(qū)域總體協(xié)調(diào)水平在 ［0．260 6，0．587 0］之間，總體協(xié)調(diào)度是區(qū)域之間發(fā)展的相互協(xié)調(diào)程度的度量，協(xié)調(diào)度越高說明總體發(fā)展協(xié)調(diào)程度好，協(xié)調(diào)度小則說明協(xié)調(diào)性差，需要進行及時調(diào)整。該區(qū)域總的協(xié)調(diào)度為0．482 8，不算高，水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展還有一定的空間。為了提高總體協(xié)調(diào)性，對協(xié)調(diào)性差異較大的區(qū)域可以根據(jù)實際情況提高水資源承載力來提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平。

參考文獻：

［1］于雪峰，李忠華，張曉煒，等．基于系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的三江平原水資源優(yōu)化配置研究 ［C］／／變化環(huán)境下的水資源響應與可持續(xù)利用——中國水利學會水資源專業(yè)委員會2009學術(shù)年會論文集，2009．

［2］于雪峰．工程模糊集理論在水資源系統(tǒng)中應用研究［D］．大連：大連理工大學，2004．

［3］劉喜峰．智能決策在水資源優(yōu)化配置中的應用研究［D］．哈爾濱：黑龍江大學，2012．

［4］王愛苓，嚴永路，尹 崧，等．經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以保定市為例 ［J］．中國農(nóng)學通報，2012，28 （23）：171－176．

［5］魏榮榮，成官文，羅介均，等．柳州市社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展評價 ［J］．廣州環(huán)境科學，2009，24（1）：40－44．

［6］謝志忠，黃初升，趙 瑩．福建省社會、經(jīng)濟、人口與環(huán)境資源發(fā)展的協(xié)調(diào)度分析 ［J］．經(jīng)濟與管理評論，2012，（1）：133－137．

［7］方錦文．佛山市社會、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)度測度研究［D］．廣州：暨南大學，2010．

［8］郁 晶，陳 婷，凌 虹．蘇州市社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究 ［J］．環(huán)境科學與管理，2009，34 （5）：130－134．

［9］聶春霞，何倫志，甘昶春．城市經(jīng)濟、環(huán)境與社會協(xié)調(diào)發(fā)展評價——以西北五省會城市為例 ［J］．干旱區(qū)地理，2012，35 （3）：517－525．

［10］耿慧娟，延軍平．陜西省經(jīng)濟—社會—環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)性研究 ［J］．資源開發(fā)與市場，2011，27 （3）：199－201．

［11］岳曉燕，周 軍．城市經(jīng)濟、社會與環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以15個副省級城市為例 ［J］．江淮論壇，2011，（5）：37－41．

［12］曹 優(yōu)．浙江省新農(nóng)村經(jīng)濟—社會—資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究 ［D］．杭州：浙江工業(yè)大學，2008．

［13］李秀娟，吉林省國有林區(qū)經(jīng)濟社會環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價研究 ［D］．北京：北京林業(yè)大學，2008．

［14］王好芳，吳 美，陳文艷．模糊聚類分析在區(qū)域水資源承載能力評價中的應用 ［J］．山東大學學報：工學版，2009，39 （3）：139－143．

［15］許延生，劉興芳．模糊聚類迭代模型在水資源承載能力評價中的應用 ［J］．山東大學學報：工學版，2007，37 （3）：100－105．

［16］陳守煜．工程模糊集理論與應用 ［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1998．

［17］ ［澳］Daniel Connell．水政治 ［M］．謝永剛譯．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011：26－42．