劉昕

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模糊綜合評價法在水安全評價中的應(yīng)用

劉昕

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，福建 漳州 363000）

在對水安全的概念深刻理解的基礎(chǔ)上，利用多層次多目標(biāo)決策和模糊綜合評價理論，建立了區(qū)域水安全評價的模糊綜合評價模型。以陜西省關(guān)中地區(qū)的5個地市和1個示范區(qū)為例進行水安全綜合評價。結(jié)果表明：各評價區(qū)的水安全形勢從好到壞的排序是寶雞市、楊凌示范區(qū)、西安市、咸陽市、銅川市和渭南市，這與各地的水資源實際情況較為吻合，表明此模型在區(qū)域水安全的評價上具有一定的實用性。

水安全評價；指標(biāo)體系；模糊綜合評價；層次分析法

0 引言

水資源作為一種特殊的自然資源，不僅對人們的生命和健康以及生態(tài)環(huán)境是至關(guān)重要的，而且是國家經(jīng)濟發(fā)展的基本條件之一，但隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，其安全問題業(yè)已引起了國內(nèi)外學(xué)者和政府部門、國際組織的廣泛關(guān)注[1]。水安全問題不僅是一個生態(tài)環(huán)境問題，同時也是一個社會、經(jīng)濟和政治問題，水安全直接關(guān)系到國家的經(jīng)濟安全和社會政治穩(wěn)定。對那些水資源緊張的國家和地區(qū)來說，水資源已成為關(guān)系到生存和發(fā)展的戰(zhàn)略問題，同時也是影響國家安全和國際關(guān)系的一個重要方面[2]。以水資源匱乏、水污染嚴(yán)重、水土流失加劇、洪澇災(zāi)害損失加大為特征的水安全問題已成為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，成為中國建設(shè)小康社會具有基礎(chǔ)性、全局性和戰(zhàn)略性的重大問題，成為國家安全問題的重要組成部分。因此，有必要對水安全進行深入的研究，以便于對水安全所處的狀態(tài)或等級做出決策。本文主要利用多層次多目標(biāo)模糊綜合評判理論對區(qū)域水安全進行綜合評價,建立了水安全評價的模糊綜合評價模型，并應(yīng)用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

1 水安全概念及水安全評價的指標(biāo)體系

所謂水安全應(yīng)包括水質(zhì)安全和水量安全兩個方面，水質(zhì)安全即我們所獲得的水應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如生活用水應(yīng)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)用水應(yīng)符合相應(yīng)的生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)，生物用水應(yīng)符合生物用水標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然每種標(biāo)準(zhǔn)都是不一樣的，其中生活用水標(biāo)準(zhǔn)最高。水量安全即在一定區(qū)域的一定時期，所獲得的水量既能滿足人們的生活和生產(chǎn)需要、又能滿足生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需求，還能保障健康的水循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

對區(qū)域水安全進行分析,指標(biāo)的選取尤為重要。為了對區(qū)域的水安全狀況進行全面的分析和診斷,必須盡可能全面的選取能反映區(qū)域水安全信息的指標(biāo)。一般來說,為了和國際會議上提出的內(nèi)容相一致,評價水安全的指標(biāo)應(yīng)該包括水的供需矛盾、生態(tài)環(huán)境、糧食安全、飲用水安全、控制災(zāi)害、賦予水價值和水資源管理等7個方面。本文從指標(biāo)實際物理意義出發(fā)，分析指標(biāo)間的關(guān)系，選擇能體現(xiàn)水安全內(nèi)涵、主要內(nèi)容和水安全影響因素作用的指標(biāo)，同時參考專家意見進行指標(biāo)篩選，選取6個方面共27個指標(biāo)作為評價區(qū)域水安全狀況的指標(biāo)，并建立了它們之間的層次結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 水安全評價指標(biāo)體系

2 水安全綜合評價方法

模糊綜合評價是一種用于涉及模糊因素的對象系統(tǒng)的綜合評價方法。對某一評價對象集和評價指標(biāo)集，給出各指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度，可得到模糊綜合評價矩陣，模糊綜合評價矩陣與各指標(biāo)的權(quán)向量運算，就得到評價結(jié)果。該方法可以較好地解決綜合評價中的模糊性, 在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

2.1 單層次模糊綜合評價

⑷當(dāng)模糊子集ω和模糊矩陣R均已知時，即可按下式作模糊變換進行模糊評判。

2.2 多層次模糊綜合評價

由最低層向上一層逐層評判，則可得到目標(biāo)層的綜合評價值。

2.3 基于層次分析法的水安全評價指標(biāo)權(quán)重的確定

多目標(biāo)評價決策中的權(quán)重，是指每項指標(biāo)對總目標(biāo)實現(xiàn)的貢獻程度，它反映了各指標(biāo)在評價對象中價值地位的系數(shù)。不同的權(quán)重將導(dǎo)致不同的評價結(jié)果。層次分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。其優(yōu)點是能把其它方法難以量化的評價因素通過兩兩比較加以量化，把復(fù)雜的評價因素構(gòu)成簡化為一目了然的層次結(jié)構(gòu)，能有效地確定多因素評價中各因素的相對重要程度。但因其在進行方案的總體評價時，缺乏一個統(tǒng)一的、具體的指標(biāo)量化方法，因而在實際使用中，大多只用它進行指標(biāo)權(quán)重的分析，然后用其它方法進行指標(biāo)值的量化和歸一化計算。水安全評價指標(biāo)體系是一個由多個因素組成的具有層次結(jié)構(gòu)的評價體系，且體系中既有定量型指標(biāo)又有定性型指標(biāo)，因而本文選用層次分析法進行指標(biāo)權(quán)重的確定。

運用層次分析法確定權(quán)重，可以分為以下幾個步驟[3]：

第一步，建立遞階層次結(jié)構(gòu)。首先把問題條理化、層次化，構(gòu)造出一個層次分析的結(jié)構(gòu)模型。

第二步，構(gòu)造判斷矩陣。對遞階層次結(jié)構(gòu)中各層上的元素可以依次相對與之有關(guān)的上一層元素進行兩兩比較，建立判斷矩陣。判斷矩陣具有下述性質(zhì)

表2 1～9標(biāo)度法

第三步，計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重并進行一致性檢驗。

由于客觀事物的復(fù)雜性以及人們對事物認(rèn)識的模糊性和多樣性，所給出的判斷矩陣不可能完全保持一致，有必要進行一致性檢驗，計算一致性檢驗指標(biāo)CI

式中 n——判斷矩陣階數(shù)。

表3 RI取值

3 實例應(yīng)用——陜西關(guān)中地區(qū)的水安全綜合評價

將不同地區(qū)看作水安全評價的不同方案就可以對各區(qū)域現(xiàn)狀年的水安全狀況進行評價。本文對陜西關(guān)中地區(qū)的五個地市和1個示范區(qū)的水安全情況進行評價,以便說明上述評價模型的應(yīng)用。

以關(guān)中地區(qū)5個地市和1個示范區(qū)2005年的基本資料為基礎(chǔ),確定水安全評價的指標(biāo)現(xiàn)狀值, 對其水安全的狀態(tài)進行評價。

由于各指標(biāo)具體量綱不同，無法進行直接比較，為了消除各評價指標(biāo)的量綱影響，需對各評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法有很多種，本文根據(jù)不同評價指標(biāo)的屬性，將評價指標(biāo)劃分為三種類型：效益型（越大越優(yōu)型）、成本型（越小越優(yōu)型）和中間型（越中越優(yōu)型），根據(jù)不同的指標(biāo)類型選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)化公式進行處理。

對成本型指標(biāo)

或

由標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值作為評價矩陣，由層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見圖1中數(shù)據(jù)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)乘以各自的權(quán)重，然后分層加總，就可以得到水安全的綜合評價值。上一層指標(biāo)值由對應(yīng)的下一層指標(biāo)值及其權(quán)重計算得到，即

逐層計算，便可得到水安全綜合評價值。綜合評價值與水安全呈正相關(guān)，得分越高，水安全形勢越好，反之亦然。

通過計算，陜西省關(guān)中地區(qū)各行政區(qū)目標(biāo)層的綜合評價值及排名次序見表4。根據(jù)綜合排序相應(yīng)的評價結(jié)果進行分析，可知得分由高到低的是寶雞市、楊凌示范區(qū)、西安市、咸陽市、銅川市和渭南市。得分最高的是寶雞市，從各方面綜合來評價，寶雞市的水安全形勢樂觀，得分最低的是渭南市，渭南市的水安全形勢最不容樂觀。

表4 水安全綜合評價值

4 結(jié)論

本文對水安全評價所采用的模糊綜合評價模型具有一定的可行性和實用性,由于在計算中采用層次分析法確定權(quán)重和具有層次結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)體系的結(jié)合,以及采用多層次多目標(biāo)的模糊綜合評價方法,使得對水安全系統(tǒng)的評價由表及里,逐層計算,這樣獲得的信息會更加全面,便于對區(qū)域水安全狀況作全面了解,并可找到區(qū)域水安全所存在的癥結(jié)。

同時應(yīng)用層次分析法進行評價指標(biāo)權(quán)重的確定。由于兩兩比較存在一定的主觀性，權(quán)重系數(shù)可能隨著社會的發(fā)展和專家側(cè)重點的不同而變化，所以應(yīng)當(dāng)盡可能考慮到影響評價的各個因素[4]。

利用上述多層次多目標(biāo)模糊綜合評價模型對各地區(qū)的水安全評價實際上很大程度上是各地區(qū)在水安全方面的對比,而不是各地區(qū)的絕對值。所以有必要對某一個地區(qū)的水安全評價模型繼續(xù)進行深入的研究。

[1] 閔慶文，成升魁.全球化背景下的中國水資源安全與對策[J].資源科學(xué),2002,24(4):49－55.

[2] 王小民.二十一世紀(jì)的水安全[J].社會科學(xué),2001(2):25－29.

[3] 張戈麗，王立本，丁世剛．基于AHP的濟南市水安全評價研究[J].山東師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，22(3)：94－97.

[4] 韓宇平,阮本清,解建倉.多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型在水安全評價中的應(yīng)用[J].資源科學(xué),2003,25(4)：37－42.

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[6] 樊彥芳，劉凌，陳星，等.層次分析法在水環(huán)境安全綜合評價中的應(yīng)[J].河海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004(5)：512－514.

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Application ofFuzzy Comprehensive Evaluation model in Water Security Evaluation

LIU Xin

(Architectural Engineering Department,Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000,China)

On the basis of the concept of water security , Fuzzy comprehensive evaluation model for evaluation of regional water security is established upon multi-objective and multi-level and fuzzy comprehensive evaluationtheory. With the combination of hierarchical evaluation index system of water security and the model established above , water security of Guanzhong region in Shaanxi province are evaluated and the satisfied order was obtained. The region in regard to water security from good to poor in sequence are: Baoji city ,Yangling demonstration zone, Xi’an city, Xianyang city, Tongchuan city and Weinan city, which accord with the actual situation of each region. Its shows the model is applicable on regional water security evaluation.

Water security evaluation；index system；Fuzzy comprehensive evaluation；analytic hierarchy process

2010－09－10

漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研計劃資助項目(ZZY0946)

劉昕（1974－），女，陜西咸陽人，講師，博士研究生，主要從事水資源管理方面的研究。

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1673-1417（2010）04-0025-05