遼寧省水資源承載力評(píng)價(jià)

宋桂敏

(遼寧省朝陽(yáng)市朝陽(yáng)縣黑牛營(yíng)子鄉(xiāng)人民政府，遼寧 朝陽(yáng) 122617)

科學(xué)評(píng)價(jià)水資源承載力對(duì)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(dāng)前，如何構(gòu)建系統(tǒng)、完善的水資源承載力評(píng)價(jià)體系(ISAWRCC)尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[1]。本文針對(duì)區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)信息干擾與重復(fù)問(wèn)題，圍繞評(píng)價(jià)檢驗(yàn)、優(yōu)化和初始三個(gè)體系構(gòu)建過(guò)程，屬性簡(jiǎn)約與相關(guān)分析相耦合的水資源承載力評(píng)價(jià)體系優(yōu)化方法，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果利用灰色系統(tǒng)和粗糙集法進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 水資源承載力評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 初始ISAWRCC

本文利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和理論分析成果構(gòu)建初始ISAWRCC，該過(guò)程主要包括指標(biāo)內(nèi)涵的界定、參評(píng)因子的選取和體系結(jié)構(gòu)的確定。其中，指標(biāo)內(nèi)涵的界定是對(duì)各項(xiàng)參評(píng)要素所代表的實(shí)際內(nèi)涵按照科學(xué)性、通用性原則給予明確的規(guī)定，同時(shí)界定其對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的正、負(fù)貢獻(xiàn)，明確承載力參評(píng)數(shù)據(jù)的方向；參評(píng)因子的選取是考慮數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)性和區(qū)域水資源特性，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論確定評(píng)判要素；體系結(jié)構(gòu)的確定是按照一定的準(zhǔn)則和層次分析設(shè)計(jì)ISAWRCC指標(biāo)體系框架[1-7]。

1.2 優(yōu)化ISAWRCC

采用合適的數(shù)學(xué)方法篩選評(píng)判指標(biāo)，對(duì)于提高評(píng)價(jià)結(jié)果精確度和簡(jiǎn)化評(píng)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(jì)法具有靈活性強(qiáng)、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，可有效刪除冗余信息和解決數(shù)據(jù)的不確定問(wèn)題，而相關(guān)分析法可以準(zhǔn)確篩選重復(fù)指標(biāo)，挖掘數(shù)據(jù)信息中包含的線(xiàn)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(píng)信息干擾和重復(fù)問(wèn)題。

1.3 評(píng)價(jià)檢驗(yàn)

判定優(yōu)化方案是否合理的關(guān)鍵是評(píng)價(jià)檢驗(yàn)指標(biāo)體系的優(yōu)化結(jié)果，為解決過(guò)多主觀(guān)性的不利作用及保證指標(biāo)權(quán)重的客觀(guān)性，要求所選取的評(píng)價(jià)方法應(yīng)滿(mǎn)足指標(biāo)賦權(quán)的客觀(guān)性，同時(shí)不受指標(biāo)數(shù)量的限制?；疑P(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)法對(duì)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(shì)和發(fā)展?fàn)顟B(tài)賦予相應(yīng)的權(quán)值；以屬性重要度替代指標(biāo)權(quán)重的粗糙集賦權(quán)法，通過(guò)對(duì)參評(píng)要素的客觀(guān)分析和重要度屬性計(jì)算，可較為準(zhǔn)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(jī)結(jié)合，對(duì)比分析初始和優(yōu)化的兩套評(píng)估體系，為解決評(píng)價(jià)結(jié)果受參評(píng)因子數(shù)量的改變或主觀(guān)賦權(quán)的影響提供參考。

2 實(shí)例分析

2.1 初始ISAWRCC的建立

遼寧省地處我國(guó)東北地區(qū)南部，下轄沈陽(yáng)市、大連市、撫順市、鐵嶺市、朝陽(yáng)市、葫蘆島市等14個(gè)地級(jí)市和2個(gè)省管縣，總面積14.8萬(wàn)km2，地貌形態(tài)大致分為“六山一水三分田”。該區(qū)域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)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(qiáng)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(fēng)沙干旱嚴(yán)重。境內(nèi)分布饒陽(yáng)河、大凌河、太子河、渾河、遼河等河流，有大鹿島、長(zhǎng)興島、石城列島及里長(zhǎng)山列島等266座島嶼，全省島岸線(xiàn)長(zhǎng)627 km，狹長(zhǎng)的海濱平原有“遼西走廊”之稱(chēng)[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(jì)發(fā)展的不平衡性，結(jié)合區(qū)域水系特點(diǎn)和相關(guān)文獻(xiàn)資料，從水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境4個(gè)方面選擇16項(xiàng)代表性評(píng)價(jià)因子，按照梯階層次框架建立水資源承載力初始評(píng)價(jià)體系，如表1。

表1 遼寧地區(qū)水資源承載力初始評(píng)價(jià)體系

2.2 優(yōu)化ISAWRCC的建立

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資料，利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件完成水資源承載力評(píng)估體系中16項(xiàng)因子的相關(guān)分析，從而構(gòu)建各參評(píng)因子的16×16階相關(guān)系數(shù)矩陣。水系統(tǒng)承載力實(shí)例中的參評(píng)樣本數(shù)n=8，臨界值r在顯著性水平α=0.01時(shí)取0.8342，所以相關(guān)系數(shù)Rij≥0.8342的情況下，則判定參評(píng)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(píng)價(jià)體系中C1、C2、C9指標(biāo)剔除。

采用Horafa屬性約簡(jiǎn)算法對(duì)相關(guān)分析剔除了3項(xiàng)重復(fù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系進(jìn)一步優(yōu)化，然后知識(shí)約簡(jiǎn)化其它13項(xiàng)因子，從而解決數(shù)據(jù)信息的冗余問(wèn)題，獲取最小知識(shí)表達(dá)的水資源承載力系統(tǒng)層信息。采用等距離法將無(wú)量綱數(shù)據(jù)劃分為1、2、3、4級(jí)，區(qū)分矩陣的構(gòu)造運(yùn)用Visual C+6.0編程實(shí)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(duì)冗余性干擾指標(biāo)利用粗糙集的簡(jiǎn)約分析，最終刪除了C6、C13、C16這3項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)化的遼寧地區(qū)ISAWRCC即為約簡(jiǎn)后的保留屬性集，如表2。

表2 約簡(jiǎn)后的水資源承載力評(píng)價(jià)體系

2.3 評(píng)價(jià)檢驗(yàn)

將粗糙集屬性重要度與灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)法有機(jī)結(jié)合，對(duì)遼寧省水資源承載力利用初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC兩套評(píng)估體系分析，以此對(duì)優(yōu)化ISAWRCC的科學(xué)合理性進(jìn)行檢驗(yàn)與分析，結(jié)果如表3。

表3 遼寧省初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC評(píng)價(jià)值

2.4 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)比分析可知，初始ISAWRCC和優(yōu)化ISAWRCC評(píng)價(jià)結(jié)果均屬于Ⅱ級(jí)，兩套指標(biāo)體系的水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)保持較好的一致性。從橫向?qū)Ρ鹊慕嵌确治鲈u(píng)價(jià)結(jié)果，優(yōu)化ISAWRCC刪除了冗余指標(biāo)和高度相關(guān)的參數(shù)。高度相關(guān)的參數(shù)使得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果中統(tǒng)一指標(biāo)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性變化趨勢(shì)減弱或增強(qiáng)，其反映的數(shù)據(jù)信息存在重復(fù)，而優(yōu)化的評(píng)估體系有效避免了參評(píng)信息的重復(fù)，使得各參評(píng)因子間保持較好獨(dú)立性。另外，刪除冗余指標(biāo)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(duì)比性。

所以，優(yōu)化的ISAWRCC較初始ISAWRCC評(píng)估體系能夠更好的體現(xiàn)研究區(qū)域水資源狀況，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀(guān)真實(shí)性。由此可見(jiàn)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中利用粗糙集和相關(guān)分析加以?xún)?yōu)化，對(duì)減少參評(píng)因子運(yùn)算量、干擾信息和重復(fù)信息等均具有較好的實(shí)用性。

3 結(jié) 論

(1)將粗糙集屬性約簡(jiǎn)和相關(guān)分析法相耦合，有效解決了初始評(píng)判體系中信息干擾和重復(fù)的問(wèn)題，保證了優(yōu)化ISAWRCC的科學(xué)合理性。針對(duì)冗余性干擾信息、高度線(xiàn)性相關(guān)的重復(fù)指標(biāo)分別選用粗糙集Horafa算法、相關(guān)分析法進(jìn)行刪除和約簡(jiǎn)，該過(guò)程保證了評(píng)價(jià)指標(biāo)的顯著性；在此基礎(chǔ)上運(yùn)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(píng)因子的客觀(guān)賦權(quán)要求和指標(biāo)數(shù)量改變的敏感性，評(píng)價(jià)檢驗(yàn)了優(yōu)化結(jié)果，為構(gòu)建ISAWRCC提供科學(xué)的指導(dǎo)與支持。

(2)對(duì)于信息的優(yōu)化屬性約簡(jiǎn)和相關(guān)分析法具有科學(xué)有效性，對(duì)于簡(jiǎn)化復(fù)雜龐大的評(píng)判體系、降低指標(biāo)運(yùn)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(píng)價(jià)結(jié)果更加合理。通過(guò)對(duì)水資源承載力的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)于充分利用當(dāng)?shù)氐乃Y源，減少水環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源空間分布等具有積極意義，為加快推進(jìn)水生態(tài)文明以及充分發(fā)揮水資源價(jià)值提供依據(jù)。