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1水資源供需分析
(1)需水分析??蓪?a href="http://m.saumg.com/lunwen/szylw/47820.html" target="_blank">洞庭湖流域需水部門分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、居民生活、城鎮(zhèn)公共及生態(tài)環(huán)境5種類型,統(tǒng)計2010年洞庭湖流域14個主要城市各需水部門用水量,匯總結(jié)果見表1。由表1可看出,在洞庭湖流域14個主要城市中,長沙市工業(yè)用水量及總用水量最大。
(2)供水分析。2010年洞庭湖流域14個主要城市總供水量為1907.00×108m3,比2009年偏多36.20%,比多年平均偏多12.90%,其中地表水為1899.31×108m3,地下水為7.69×108m3。統(tǒng)計2010年洞庭湖流域各城市水量情況,結(jié)果見圖2。由圖2可看出,洞庭湖流域水量充足,但作為湖南核心經(jīng)濟(jì)區(qū)的長株潭城市群水量相對于其他城市較少,特別是湘潭市,水量僅為48.98×108m3。整個洞庭湖流域地表水豐富,地下水量遠(yuǎn)少于地表水量,且地表水量幾乎等于總水量,14個主要城市供水水源幾乎全部來自地表水,基本不考慮地下水供水。
(3)缺水分析。洞庭湖流域水資源供需平衡匯總結(jié)果。洞庭湖流域水資源開發(fā)利用率低,最高值尚不足50%,在洞庭湖流域14個主要城市中,水資源開發(fā)利用率最高的城市依次為湘潭市、長沙市。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn),一方面總用水量逐漸提高,水資源開發(fā)利用率逐漸提高,如2010年洞庭湖流域總用水量和水資源開發(fā)利用率較2009年均略有提高。隨著用水量增加,供水設(shè)施建設(shè)規(guī)模及數(shù)量隨之增大,用水消耗量也會增加,如管道漏水量;另一方面污染越來越嚴(yán)重,水環(huán)境破壞程度加大,水質(zhì)下降嚴(yán)重,總水量中的可用水量日漸減少;由此引發(fā)工程型、設(shè)施型以及污染型水資源短缺風(fēng)險。
2評價指標(biāo)的選取
以洞庭湖流域水資源短缺特征為依據(jù),結(jié)合代表性與可操作性相結(jié)合、系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合的指標(biāo)選取原則,建立了風(fēng)險評價指標(biāo)體系。
3循環(huán)組合模型的構(gòu)建
3.1構(gòu)建原理
首先選取幾種評價方法分別對同一問題進(jìn)行綜合評價,然后用Kendall和諧系數(shù)法檢驗這幾種評價方法是否具有一致性。因為對同一問題采用不同的方法進(jìn)行綜合評價,應(yīng)該具有一致性。若不具有一致性,則說明權(quán)重有誤,應(yīng)重新計算或選取評價方法進(jìn)行評價和檢驗,直到具有一致性為止。任何一種組合評價方法實質(zhì)上均可近似視為所涉及的各種評價方法的線性加權(quán)組合,其差異僅在于權(quán)系數(shù)確定方法不同。若每種評價方法的方差均已知,則可用優(yōu)化的方法一次求出組合權(quán)重系數(shù),事實上各種評價方法的方差未知,只能采取逐步優(yōu)化的方法以取得合理的評價結(jié)果。當(dāng)驗證所選取的幾種評價方法具有一致性后,對單一評價結(jié)果排序,基于第i個評價對象在第j種方法下的排名,分別采用平均值法[6]、Boarda法以及Compeland法3種組合方法進(jìn)行組合評價,若3種組合評價結(jié)果仍存在差異,按照循環(huán)思路,再將3種組合評價結(jié)果進(jìn)行組合,在這個過程中,3種組合評價結(jié)果差異逐漸變小,即標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小,直到標(biāo)準(zhǔn)差為0,3種組合評價結(jié)果完全相同,即得到最終評價結(jié)果。
3.2循環(huán)組合評價中單一評價
(1)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。正、負(fù)效應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理的計算公式分別為:pij=xij-xminjxmaxj-xminj(1)pij=xmaxj-xijxmaxj-xminj(2)式中,xij為指標(biāo)j在i狀態(tài)下的實際值;xmaxj、xminj分別為指標(biāo)j的最大實際值、最小實際值。
(2)指標(biāo)權(quán)重的確定。本文分別采用主觀評價法中的層次分析法(AHP)和客觀評價法中的主成分分析法以及熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,并由此對水資源短缺的風(fēng)險度進(jìn)行單一評價。(3)風(fēng)險度F計算。本文采用的風(fēng)險度F計算公式為:F=∑mj=1wjpiji=1,2,…,n;j=1,2,…,m(3)式中,wj為權(quán)重值;pij為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值。
3.3Kendall和諧系數(shù)法
W檢驗原假設(shè)H0,m種評價方法不具有一致性;備擇假設(shè)H1,m種評價方法具有一致性。假設(shè)m種評價方法對n個不同地區(qū)進(jìn)行評價,tij表示第i個被評地區(qū)在第j種評價方法下的排名,檢驗統(tǒng)計量W計算公式為:W=12∑nj=1∑mi=1ti()j2-3m2n(n+1)2m2n(n2-1)(4)當(dāng)n>7時,可應(yīng)用大樣本近似法計算卡方值,卡方值計算公式為:χ2=m(n-1)W(5)式(5)服從自由度為n-1的"2分布,給定顯著性水平α,當(dāng)檢驗統(tǒng)計值大于臨界值時,拒絕原假設(shè),則認(rèn)為m種評價方法具有一致性。
3.4組合評價方法
(1)平均值法。若設(shè)tij為第i個被評價對象在第j種評價方法下的排名,將其轉(zhuǎn)換為分?jǐn)?shù)Fij:Fij=n-tij+1(6)式中,n為被評價對象總數(shù)。均值法組合評價得分為Dij=1m∑Fij。
(2)Boarda法。Boarda法是一種少數(shù)服從多數(shù)的方法。若評價認(rèn)為被評價對象i優(yōu)于被評價對象j的個數(shù)大于被評價對象j優(yōu)于被評價對象i的個數(shù),記為qiSqj。定義Boarda矩陣為:B=(bij)n×n(7)其中bij=1qiSqj0{其他
(3)Compeland法。Compeland法是一種區(qū)分優(yōu)與劣的方法。若評價認(rèn)為被評地區(qū)i優(yōu)于j,記為qiSqj。若評價認(rèn)為被評地區(qū)j優(yōu)于i,記為qjSqi。定義Compeland矩陣為:B=(bij)n×n(8)其中bij=1qiSqj0其他-1qjSq烅烄烆i被評價對象按Boarda法和Compeland法組合評價得分為Dij=∑bij。按組合評價得分重新排名,得分高排前面,得分低排后面。若重新排序出現(xiàn)排名相同時,計算3種評價結(jié)果排名標(biāo)準(zhǔn)差,標(biāo)準(zhǔn)差小者排前面。
4水資源短缺風(fēng)險評價結(jié)果與分析
采用建立的循環(huán)組合模型對洞庭湖流域14個主要城市水資源短缺的風(fēng)險度進(jìn)行評價和排名。分別通過層次分析法、主成分分析法及熵值法計算得到17個評價指標(biāo)權(quán)重。各指標(biāo)權(quán)重分布集中在0.02~0.20之間,3種賦權(quán)法確定出權(quán)重最高的指標(biāo)分別為年均降水量、水利建設(shè)投資比和水質(zhì)綜合合格率,表明降水、水質(zhì)和水利設(shè)施建設(shè)是引發(fā)水資源短缺風(fēng)險的關(guān)鍵因子。將17個指標(biāo)權(quán)重值和標(biāo)準(zhǔn)化值按式(3)進(jìn)行計算,得到各城市水資源短缺的風(fēng)險度和排名。層次分析法、主成分分析法和熵值法評價洞庭湖流域水資源短缺風(fēng)險均處于中低水平,但評價結(jié)果存在一定差異,如張家界市,3種評價方法得到的排名分別為8、1、5。計算Kendall和諧系數(shù)W檢驗統(tǒng)計量值得0.624,卡方值得24.333,給定顯著性水平0.05,查得臨界值為22.362,卡方值大于臨界值,拒絕原假設(shè),即3種評價方法具有一致性??蓪?種單一評價結(jié)果進(jìn)行組合評價。首先對單一評價結(jié)果進(jìn)行第一次組合評價,并計算3種組合評價結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差。經(jīng)第一次組合評價后,14個城市中8個城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險度排名均相同,如郴州市。但還有6個城市在3種組合方法下排名不完全均相同,標(biāo)準(zhǔn)差不完全為0,其中岳陽市在3種組合評價方法下的風(fēng)險度排名系列標(biāo)準(zhǔn)差最大,為1.886。故還需對3種組合評價排名結(jié)果進(jìn)行再次組合,計算結(jié)果。經(jīng)第一次循環(huán)組合評價后,株洲市風(fēng)險度在3種組合方法下排名均相同,且14個城市中10個城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險度排名均相同,在3種組合評價方法下排名差異更小,此時,只有長沙市、衡陽市、岳陽市以及張家界市在3種組合評價方法下的風(fēng)險度排名系列標(biāo)準(zhǔn)差不為0,為0.4714。還需對3種組合評價排名結(jié)果進(jìn)行再次組合。經(jīng)第二次循環(huán)組合評價后,14個城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險度排名均相同,得到最終評價結(jié)果即風(fēng)險度高低排名依次為湘潭市>婁底市>長沙市>衡陽市>張家界市>岳陽市>益陽市>株洲市>常德市>邵陽市>郴州市>湘西自治州>永州市>懷化市??梢?4個城市中水資源短缺風(fēng)險度最高的城市依次為湘潭市、婁底市、長沙市,最低的城市依次為懷化市、永州市、湘西自治州。洞庭湖流域雖然水量充足,但存在中低水平的風(fēng)險度。采用循環(huán)組合優(yōu)化模型得到的風(fēng)險度評價結(jié)果與現(xiàn)實狀況一致,說明循環(huán)組合優(yōu)化模型具有較強(qiáng)的適用性。
5結(jié)論
本文采用循環(huán)組合模型對洞庭湖流域14個主要城市水資源短缺進(jìn)行風(fēng)險評價,得到風(fēng)險排名最高的城市依次為湘潭市、婁底市、長沙市,最低的城市依次為懷化市、永州市、湘西自治州。盡管洞庭湖流域水量充足,但存在中低水平的水資源短缺風(fēng)險。評價結(jié)果與現(xiàn)實狀況一致,說明循環(huán)組合優(yōu)化模型具有較強(qiáng)的適用性,值得推廣應(yīng)用。
作者:李章平 周念清 沈新平 劉曉群 單位:同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南省洞庭湖水利工程管理局