基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究-张成凤.pdf

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1、自然资源学报，2017，32(6)：10531063Journal of Natural Resourceshttp：|W3nraccnDOI：1 01 1 849zrzyxb201 60639基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究张成凤86，粟晓玲8，蔡焕杰毛扩(西北农林科技大学a水利与建筑31程学院，b旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌712100)摘要：城市水资源优化配置后，对配置方案进行后效和谐性评价以确定配置模型及配置方案的适应性具有重要意义，同时也是促进人水和谐的有效途径之一。影响水资源配置系统和谐性的因素繁多，评价方法也较多，但各类方法在评价过程的模糊性、

2、指标权重的模糊性及评价精度方面均有不足。论文将区间数与层次分析法相结合，用区间数表示各指标表征值及专家的评价意见，对榆林市榆阳区水资源配置系统的后效和谐性进行评价研究，采用区间数特征根法求出各个指标层因素的区间权重，并进行一致性检验。研究结果表明，经水资源优化配置后，榆阳区水资源配置系统的和谐性整体提升，且系统内的各子系统和谐性也均有不同程度的提升；与目前常用的评价方法相比，区间层次分析法体现了评价过程的模糊性、权重的模糊性与评价精度，使评价结果具有柔性化特征，更加合理可靠。关键词：水资源配置系统；和谐性评价；区间层次分析法；区间数中图分类号：TV213 文献标志码：A 文章编号：100030

3、37(2017)06105311城市水资源的和谐状况与人类息息相关，研究水资源系统的和谐性，深入揭示水系统内各子系统的相互关系是促进人水和谐的有效途径。人水和谐思想是我国政府自1999年以来坚持的指导治水思想之一u，体现的是人文系统与水系统之问的关系，是人们认识人水关系、解决人水矛盾的根本理论与方法口，。影响人水和谐的两个重要因素是水资源系统与人类社会系统，其中，水资源系统是一个十分复杂的不确定性系统，普遍存在着随机性、模糊性、灰色性和未知性n-。水资源配置系统和谐性是指在一定条件下，通过规划、设计或调控等技术手段，对一定量及质的水资源根据不同用户需水要求进行科学有效的配置，达到总体平衡和相对

4、合理的指标【4，。目前对水资源配置系统的评价研究中，效益评价、承载力评价较多，而对水资源配置系统的整体和谐性评价研究较少，也不能有效揭示系统内部各子系统的和谐程度，导致水资源配置系统的评价研究缺乏系统性和准确性带，。在配置系统的和谐性评价研究方面，常用评价方法有层次分析法、模糊综合评价法、灰色关联度分析法、主成分分析法等，王济干等州运用区间分析法对山西省某地区水资源配置系统和谐性进行了研究，体现了配置过程的不确定性；朱厚华嘲运用层次分析法对唐山市水资源配置实施效果进行了后效评价以确定配置方案的合理性；收稿日期：20160620；修订日期：2016-1027。基金项目：国家自然科学基金资助项目(

5、51279166)。【Foundation item：National Natural Science Foundation ofChina，No51279166】第一作者简介：张成风(1978一)，女，山东潍坊人，博士，主要从事水资源优化配置研究。E-mail：zcf7838163eom+通信作者简介：蔡焕杰(1962一)，教授，博士生导师，主要从事农业水土工程、水资源优化配置方面研究。E-mail：camjnwsuafeducn万方数据自然资源学报 32卷王强等71运用层次分析法对某市现状年水资源配置系统的和谐性进行了研究；何国华等p】建立了熵权和谐性模糊综合评价模型对水资源配置和谐性进行

6、评判，体现了评价模糊性特征。以上研究有些方法体现了水资源配置系统评价的模糊性，却忽视了指标权重的模糊性，且对水资源优化配置方案的后效和谐性研究不足，配置方案是否合理缺乏有效的理论依据。区间数理论是以区间数形式来表征综合信息、个人偏好、实际情况等的模糊性陋1，本文将其与层次分析法(AHP)相结合，建立区间层次分析模型(IAHP)，从水资源配置系统整体和谐性角度出发，以榆阳区水资源配置方案为例，对其水资源配置系统和谐性进行评价研究，指标权重及评价结果均以区间数的形式表示，为水资源优化配置提供理论依据，实现水资源优化配置研究的系统性和完整性。1榆阳区水资源配置系统现状榆阳区位于10805811002

7、4E，37049 738。58 7N，区内多年年平均降水量为3689lilnl。该区水资源主要由地表水、地下水构成，水资源总量为68 097万m3，大部分河川径流集中在79月，河流泥沙含量大，时空分布不均及难以利用的情况造成水资源利用率仅为5644。随着榆阳区城镇化进程加快，工业和第三产业迅速发展，榆阳区水资源配置系统的矛盾日益突出。目前区内水资源管理体制不到位、水污染程度加剧、节水效率低等原因加深了这一矛盾，对榆阳区水资源配置系统进行和谐性评价，深入揭示其内部存在的问题，为榆阳区水资源管理及合理配置提供可靠理论依据，是促进榆阳区社会经济可持续发展的重要手段之一。2研究方法21区间层次分析法A

8、HP是Satty于1977年提出的一种多准则决策方法p1，1982年引入我国”“，原理是通过要素间两两比较，用相对标度的方法将人的主观判断标量化。”，但是在实际判断中，由于信息不完备，两两比较中会出现模糊的主观判断，采用标度中确定的数字点值显然不合适，为了有效解决这一问题，1995年吴育华等将区间数引入AHP，提出IAHP“21。AHP可以理解为IAHP的一类特例，即求解结果的区间上下限相等，退化为一个点值嘲。IAHP主要步骤如下“3。141：1)建立层次结构将需要解决问题的因素进行分析归类，构造各个因素之间相互联接的层次结构模型，本文水资源配置系统中，层次结构分为3层：目标层、准则层、指标层

9、。2)构建区间判断矩阵假定目标层为彳，准则层为曰。，指标层为Cf，则通过决策者询问在准则层召。下元素C，对元素C，的优劣比较，构造层次分析法判断矩阵。在IAHP中，如果认为C；与C，相比介于“稍微”、“明显”到“强烈”之间，通过查阅标度含义表，可将以上专家判断比较的语言描述标量化，结果为区间数4，6。由此可以建立一个以区间数表示不确定性的两两判断的互反层次判断矩阵。形式如下：万方数据6期 张成凤等：基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究f1，1 6-2，6+2】4：j啪1，1Ip二，6：li眵三，6匀，蝴，6习1，1式中：bF2p；，6扫且吉钙6；9；b；2去；A24一，A+，

10、A一2(6；)。，A+2(6轨。 。Ut3)区间数矩阵一致性检验及权重计算区间数19标度互反性判断矩阵的一致性可分为完全一致、弱一致和不一致3种情况，在评判专家两两比较判断过程中，若比较量超过2个，就可能出现不一致的判断。本文采用文献16】的区间特征根法计算特征根，采用文献17的方法进行一致性检验。计算过程简述如下：计算判断矩阵(1)中相对应A一和A+的最大特征根相对应的特征向量五一和五+；进行判断矩阵一致性检验，由公式尼= 和m= 计算k和m的值，当且仅当0尼1m时，区间判断矩阵么的一致性较好，如果|1或者m1，该区间判断矩阵一致性较好。对判断矩阵彳。似，最大特征值A一=4060 4，层次排

11、序一致性指标C=0020 1，层次排序随机一致性指标彤=o9，层次排序随机一致性比例CR=002 2。当CR小于o12哪蚴懈呦蝴知驺如000OO3305237=456GqG012GGGG万方数据6期 张成凤等：基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究时，判断矩阵具有满意的一致性。依据同样方法，求得二级指标E(i=1，2，3，4)的权重区间，见表4。33和谐度计算依据公式(2)至(4)，对榆阳区现状年2013年及规划水平年2020、2030年水资源配置系统进行和谐度计算并评价，计算结果见表5。由表5中计算结果可知，AHP与IAHP对榆阳区水资源配置系统和谐性评价的隶属等级基本一致，

12、且子系表3一级指标判断矩阵A，(IAHPAHP)Table 3 First level indexjudgment matrixAl(IAHPAHP)统的和谐性隶属等级也基本一致，但是AHP无法体现评价精度，IAHP则能够很好地体现评价精度。表4二级指标判断矩阵届(IAHPAHP)Table 4 Second level indexjudgment matrix B,(nHPtAHP)4讨论1)从榆阳区水资源配置系统和谐度方面分析对社会系统和谐性评价，现状年的水资源配置方案考虑社会效益相对较少，和谐指数低于05，隶属不和谐，所以在规划水平年的水资源配置方案中，优先保证生活用水，2020年社会系

13、统和谐度有所提升，虽然隶属等级仍为不和谐，但是趋近O5，到2030年，水资源配置的社会效益才有了明显提升，隶属和谐等级。万方数据自然资源学报 32卷表5基于IAHP、AHP的榆阳区2013、2020、2030年水资源配置系统和谐度计算结果Table 5 The harmony evaluation results ofwater resources allocation system in Yuyang Districtin the year of2013，2020 and 2030 based on IAHP andAHP对经济系统和谐性评价，现状年的水资源配置方案考虑经济效益较多，其和谐程

14、度是所有子系统内最高的，但是因为经济结构存在问题，产业调整不到位，其和谐程度隶属不和谐。在规划水平年，随着产业结构的不断调整，其和谐程度逐步提升，规划水平年2020年隶属度为一般，2030年隶属度为不和谐但趋近于一般。对生态系统和谐性评价，现状年，榆阳区作为工业城市，煤化工产业较多，污水处理及污水利用不达标，决策层多关注经济发展，忽视了生态环境的保护和治理，导致生态供水不足及生态环境日益恶化，使得和谐性评价最低，隶属不和谐。在规划水平年，水资源配置方案优先保证了生态用水，使得2020及2030年生态系统和谐度提升较快，分别隶属一般与较和谐两个等级。对工程管理系统和谐性评价，工程管理系统是与政策

15、相关最为直接的子系统，也是决策最为矛盾的一个系统，现状年，由于居民节水意识不强，新增水源几乎没有利用，配套政策措施不到位，资金投入不足，导致工程管理系统和谐度为不和谐，在规划年2020与2030年，为了保障经济发展，榆阳区逐步加大资金投入，提升节水器使用率与新增水源利用率，使得工程管理系统的和谐性逐步提升。从榆阳区水资源配置系统的整体和谐度来分析，榆阳区水资源合理配置方案M。(2030年)优于M2(2020年)优于M。(2013年)，评价结果符合榆阳区实际规划。经水资源系统的优化配置，2013-2030年，榆阳区水资源系统的和谐度逐步提升，系统内部各子系统的和谐度也均有不同程度的提升，尤其是社

16、会系统和谐度与生态系统和谐度提升较快，充分说明配置方案的合理性及应用的配置模型具有较好的适应性。2)从评价方法方面分析对比表5中IAHP的区间中值AHP的计算结果，可以发现AHP与IAHP都能很好地体万方数据6期 张成凤等：基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究 1061现水资源配置系统现状年及规划年的和谐隶属等级状况，两类方法评价的隶属等级基本一致，且在子系统的和谐性体现方面，隶属等级也基本一致。但是AHP无法体现评价精度，IAHP则能够很好地体现评价精度。从评价的过程来看，IAHP更加能够体现专家判断的模糊性及指标权重的模糊性，使得评价结果更加柔性化。5结论1)经水资源优化

17、配置后，榆阳区整体和谐度提升，由现状年的不和谐等级提升至规划年的一般等级，且系统内部各子系统的和谐度也均不同程度提升，说明配置方案具有合理性及较好的适应性。2)针对水资源配置系统在社会、经济、生态、管理四方面的综合性及评价本身具有的模糊性特点，将区间数判断矩阵应用于水资源配置系统的和谐性评价中，体现了专家主观判断的模糊性及指标权重的模糊性，为水资源配置系统和谐性评价提供了一种新的研究思路，评价结果更加具有柔性化特征，具有重要的实际意义和参考价值。参考文献(References)：【1】左其亭，胡德胜，窦明，等基于人水和谐理念的最严格水资源管理制度研究框架及核心体系J】资源科学，2014，36(

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31、1Research on three hierarchies evaluation index system of carrying capacity of water resourcesJournal ofWater Resources and Water Engineering，2006，17(3)：131721卞建民，杨建强水资源可持续利用评价的指标体系研究【J水土保持通报，2000，20(4)：43-45BIAN J M，YANGJ QComprehensive evaluation index system and application of sustainable utiliza

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34、ng-fen98，SU Xiaolin98，CAI Huan-jie89(aCollege ofWater Resources and Architectural Engineering，bKey Laboratory ofAgrieu|tural Soil and Water EngineeringinArid and SemiaridAreas，MinistryofEducation，NorthwestA&FUniversity,Yangling 712100，China)Abstract：After optimally allocating the urban water resourc

35、es，1t is of great importance toevaluate the post-allocanon harmony of the water resources system in order to determine theadaptability of the allocation model and the allocation schemaMeanwhile，it is one of theeffective ways to promote the harmonic relationship between human and waterThere are manyf

36、actors influencing the harmony of water resources system which therefore lead to a variety ofevaluation methodsCurrent methods all suffer from the vagueness of the evaluation processand the vagueness of the index weightThis paper evaluated the postallocation harmony ofwater resources system in Yuyan

37、g District of Yulin city by analytic hierarchy process couplingwith interval number which represents the characterization value of indices and expertsoptionsThis method employed the characteristic root of the interval number to obtain theinterval weights for each layer of factorsThen，the consistency

38、 checking was conductedTheresults showed that after the optimal water resources allocation，the overall harmony of waterresources system in Yuyang District upgraded，as well as the subsystems within the systemComparing with other common used evaluation methods，the method of analytic hierarchyprocess c

39、oupling with interval number could reflect the vagueness in the process of evaluationand the vagueness of the index weight，which made the evaluation results more flexible，reasonable and reliableKey words：water resources allocation system；harmony evaluation；interval analytic hierarchyprocess；interval number万方数据