宋云峰，楊 丹，林洪孝*

1.泰安市水文局，山東 泰安 2710181 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018

1 引言

2011年中央一號(hào)文件明確提出實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，并在文件第六章深入闡述了“建立用水總量控制制度，建立用水效率控制制度，建立水功能區(qū)限制納污制度，建立水資源管理責(zé)任和考核制度”等水資源管理內(nèi)容。幾年來，在全國(guó)水利系統(tǒng)的一致努力下，最嚴(yán)格水資源管理制度在我國(guó)已從最初的設(shè)想逐步走向了成熟，明確了以“三條紅線”為核心的“四項(xiàng)制度”作為其基本構(gòu)架。

在四項(xiàng)制度中，水資源管理責(zé)任和考核制度是指對(duì)各地區(qū)水資源開發(fā)利用、節(jié)約保護(hù)主要指標(biāo)的落實(shí)情況進(jìn)行考核，但是由于最嚴(yán)格水資源管理制度推行時(shí)間短，省、市、縣三級(jí)行政區(qū)域水資源管理紅線指標(biāo)體系尚未建立，最嚴(yán)格水資源管理“三條紅線”評(píng)價(jià)考核制度理論研究和實(shí)踐尚處于探索階段[1]，缺乏系統(tǒng)的方法對(duì)各城市的水資源管理能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了構(gòu)建系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，本文首先建立了區(qū)域水資源管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后構(gòu)建了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的改進(jìn)TOPSIS模型，最后以濟(jì)南市為實(shí)例，對(duì)濟(jì)南市2006—2011的水資源管理狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，為強(qiáng)化最嚴(yán)格水資源管理監(jiān)督考核提供技術(shù)支撐。

2 “三條紅線”水資源管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

要對(duì)水資源管理進(jìn)行科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)，首先要建立一套評(píng)價(jià)體系。在遵循系統(tǒng)性、目的性、可行性、代表性等指標(biāo)體系構(gòu)建原則下[2]，根據(jù)最嚴(yán)格水資源管理“三條紅線”之間的相互關(guān)系，初步構(gòu)建了“三條紅線”水資源管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后以區(qū)域水資源管理的現(xiàn)狀和特點(diǎn)為基礎(chǔ)，結(jié)合專家打分表結(jié)果，采用層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了篩選，最終確立了由用水總量、用水效率、水功能區(qū)限制納污3個(gè)領(lǐng)域、16個(gè)指標(biāo)組成的指標(biāo)體系，見表1。

3 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的改進(jìn)TOPSIS模型

TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)是逼近理想解排序法，常被用于規(guī)劃綜合決策等領(lǐng)域。該方法根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較，通過描述不同方案與理想方案之間的貼近程度，達(dá)到評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的目的[3]。然而傳統(tǒng)TOPSIS方法存在兩點(diǎn)不足，一是指標(biāo)權(quán)重是事先確定的，具有一定的隨意性；二是當(dāng)兩個(gè)方案關(guān)于正負(fù)理想解的連線對(duì)稱時(shí)，由于歐式距離相等無法比較兩個(gè)方案的優(yōu)劣[4]。本文提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析的改進(jìn)TOPSIS的模型，采用AHP—熵權(quán)法計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重，權(quán)重值客觀可信；同時(shí)采用灰色關(guān)聯(lián)分析法說明各方案指標(biāo)值與正負(fù)理想方案的區(qū)別, 根據(jù)各方案與正負(fù)理想解的灰色關(guān)聯(lián)度得出的關(guān)聯(lián)相對(duì)貼進(jìn)度來進(jìn)一步評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣，既保留了TOPSIS 法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了TOPSIS 法存在的兩個(gè)缺點(diǎn)。

基于灰色關(guān)聯(lián)分析的改進(jìn)TOPSIS模型對(duì)“三條紅線” 區(qū)域水資源管理能力評(píng)價(jià)的步驟：(1)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；(2)計(jì)算正負(fù)理想解；(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)度；(4)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源管理情況。

表1 區(qū)域“三條紅線”水資源管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.1 計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

3.1.1 指標(biāo)矩陣的建立和規(guī)范化 將m年，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值的原始數(shù)據(jù)構(gòu)成指標(biāo)矩陣，即：

(1)

各評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義、單位和數(shù)值均不同，為了消除不同指標(biāo)間量綱的差異，采用極差變換法，按照公式(2)、(3)對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行歸一化處理，形成新的無量綱指標(biāo)矩陣B=(bij)m×n。

(2)

(3)

經(jīng)過極差變換之后，標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)滿足0≤bij≤1 ，并且正、逆向指標(biāo)均化為正向指標(biāo)，最優(yōu)值為1，最劣值為0[5]。

3.1.2 AHP—熵權(quán)法確定權(quán)重 分析問題時(shí)需要將主觀和客觀結(jié)合起來，利用熵值法進(jìn)行客觀賦權(quán)可以客觀分析指標(biāo)間的聯(lián)系，但考慮到各項(xiàng)水資源管理指標(biāo)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)其他方面的影響差異，采用AHP專家打分法對(duì)得出的權(quán)重進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性修正。

(1)熵權(quán)法：第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值公式為：

(4)

計(jì)算出第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵之后，根據(jù)公式(5)算出其熵權(quán)。

(5)

(2)AHP法：根據(jù)專家評(píng)比給出的數(shù)量標(biāo)度構(gòu)建判斷矩陣，對(duì)于每一個(gè)成對(duì)比較陣計(jì)算最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量，利用隨機(jī)一致性指標(biāo)做一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過，采用方根法計(jì)算各層元素的權(quán)向量，計(jì)算方法見公式(6)(7)；若不通過，需重新構(gòu)造成對(duì)比較陣。

(6)

(7)

(3)AHP—熵權(quán)法：根據(jù)以上兩種方法算出的結(jié)果，按式(8)將兩者結(jié)合得出綜合權(quán)重值：

(8)

3.2 計(jì)算正負(fù)理想解

AHP—熵權(quán)法得出的指標(biāo)與規(guī)范化后的指標(biāo)矩陣相乘，得到新的權(quán)重矩陣C=(cij)m×n，根據(jù)此矩陣可構(gòu)造正理想解方案C+和負(fù)理想解方案C-。

(9)

(10)

3.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)權(quán)重矩陣C=(cij)m×n，計(jì)算正理想解C+(參考序列)與各年度指標(biāo)值的絕對(duì)差值，形成絕對(duì)差值矩陣ΔC+.

(11)

式中△0i(j)=|c0(j)-ci(j)|,i=1,2,L,m;j=1,2,L,n

(12)

進(jìn)一步計(jì)算得出第i年與正理想解的灰色關(guān)聯(lián)度為：

(13)

(14)

3.4 區(qū)域水資源管理能力評(píng)價(jià)

(15)

按Si的大小分析歷年來區(qū)域水資源管理情況的變化，Si越大，表明第i年越貼近正理想解，水資源管理能力狀況越好；Si越小，表明第i年越貼近負(fù)理想解，水資源管理能力狀況越差。

4 模型應(yīng)用

4.1 濟(jì)南市水資源管理現(xiàn)狀

濟(jì)南市屬于資源性缺水城市，年內(nèi)降雨分配不均，在水資源總量有限的情況下，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)水的需求不斷增長(zhǎng)，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度不斷加大，面對(duì)全市嚴(yán)峻的水資源短缺形勢(shì)，建立了濟(jì)南市水資源開發(fā)利用、用水效率和水功能區(qū)限制納污三條“控制紅線”的管理制度，對(duì)用水總量、用水效率、納污總量從嚴(yán)管理。

為了對(duì)近年來濟(jì)南市水資源管理能力的實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)用本文提出的模型對(duì)濟(jì)南市2006～2011年的“三條紅線”水資源管理進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過分析評(píng)價(jià)結(jié)果推斷濟(jì)南市水資源管理中存在的主要問題，以利考核督查水資源管理責(zé)任和制度實(shí)施效果。

4.2 模型應(yīng)用及結(jié)果

(1)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重：通過收集2006～2011年的《濟(jì)南市水資源公報(bào)》，將2006～2011年濟(jì)南市的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)列于表2中，在指標(biāo)數(shù)據(jù)詳實(shí)、可靠、完備的情況下，根據(jù)式(1)構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣A，然后通過式(2)、(3)將矩陣規(guī)范化，形成新的無量綱指標(biāo)矩陣B=(bij)6×16。

使用AHP—熵權(quán)法，按照公式(4)～(8)計(jì)算出“三條紅線” 水資源管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重，見表3。

(2)計(jì)算正負(fù)理想解：將各指標(biāo)權(quán)重與B=(bij)6×16相乘，得到新權(quán)重矩陣的C=(cij)6×16，將此矩陣按照公式(9)(10)分別構(gòu)造出正理想解方案C+和負(fù)理想解方案C-，見表4。

表2 濟(jì)南市“三條紅線”水資源管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

表3 濟(jì)南市“三條紅線”水資源管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

表4 濟(jì)南市“三條紅線”水資源管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系理想解集

表5 濟(jì)南市年度水資源管理能力評(píng)價(jià)結(jié)果

(4)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源管理情況：根據(jù)表5所示的濟(jì)南市歷年水資源管理能力評(píng)價(jià)結(jié)果，濟(jì)南市2006～2011年水資源管理水平一直呈上升趨勢(shì)，到2011年為止，濟(jì)南市的水資源管理狀況對(duì)最優(yōu)評(píng)價(jià)集的灰色關(guān)聯(lián)度從0.6251提升到了0.8818，對(duì)最劣評(píng)價(jià)集的灰色關(guān)聯(lián)度從0.8750降低到了0.6070?；疑鄬?duì)貼近度從2006年的0.4167上升到了2011年的0.5923，尤其從2009年起明顯提高，反應(yīng)了濟(jì)南市實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度的進(jìn)程。

結(jié)合濟(jì)南市的水資源管理實(shí)際情況和表2中V1～V16各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)可知，從2006年到2011年，濟(jì)南市在用水效率和水功能區(qū)限制納污方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)都呈現(xiàn)較大幅度的改善，用水總量從15.511×108m3上升到17.558×108m3，雖然年均增長(zhǎng)約3%，但仍在用水總量控制指標(biāo)以內(nèi)，為進(jìn)一步考慮今后社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水，需進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)用水總量的控制管理，遵循科學(xué)配置、以供定需的原則，統(tǒng)籌利用區(qū)域外調(diào)水、地表水、地下水，促進(jìn)地下水采補(bǔ)平衡，保障水資源可持續(xù)利用，將最嚴(yán)格水資源管理制度落實(shí)到實(shí)處。

5 結(jié)語

(1)本模型使用AHP-熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，將主觀因素和客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時(shí)引入灰色關(guān)聯(lián)分析根據(jù)被評(píng)價(jià)對(duì)象到正負(fù)理想解的歐式距離來計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度，并最終采用TOPSIS模型中的關(guān)聯(lián)相對(duì)貼近度對(duì)歷年來濟(jì)南的水資源管理能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，模型具有有較好的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(2)本文對(duì)濟(jì)南市的評(píng)價(jià)主要建立在客觀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)結(jié)果與近年來濟(jì)南市水資源管理的實(shí)際情況基本相吻，說明該方法具有一定的可行性和可靠性。

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