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        洪水資源化的水權(quán)分配模型構(gòu)建

        2015-07-29 13:12:50王建麗
        對(duì)外經(jīng)貿(mào) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:層次分析法

        王建麗

        [摘 要]基于多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選理論,采用層次分析法對(duì)大慶地區(qū)洪水資源化過(guò)程中的水權(quán)進(jìn)行了分配,得出結(jié)論:洪水資源化的水權(quán)應(yīng)較多地用于生態(tài)環(huán)境用水而非工農(nóng)業(yè)用水,以此來(lái)達(dá)到資源化洪水的合理配置,促進(jìn)洪水資源使用的利益最大化。

        [關(guān)鍵詞]層次分析法;水權(quán)分配;大慶地區(qū)

        [中圖分類號(hào)]F062.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3283(2015)06-0074-06

        一、資源化水權(quán)分配模型

        資源化水權(quán)的分配是一個(gè)復(fù)雜的決策問(wèn)題,涉及到所在地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等多方面的因素,同時(shí)影響這些因素的指標(biāo)又有很多,故可采用多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選方法來(lái)分配水權(quán)。

        (一)用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重

        1.層次分析法的概念

        層析分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出的一種層次權(quán)重決策分析方法,該方法將定量分析與定性分析結(jié)合起來(lái),用決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷各衡量目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對(duì)重要程度,并合理地給出每個(gè)決策方案的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)數(shù),利用權(quán)數(shù)求出各方案的優(yōu)劣次序,比較有效地應(yīng)用于那些難以用定量方法解決的課題,適用于水權(quán)分配模型建立的要求。

        2.建立層次結(jié)構(gòu)模型

        在對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各方面系統(tǒng)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,將目標(biāo)準(zhǔn)則體系所包含的因素劃分為不同層次,構(gòu)建梯級(jí)層次結(jié)構(gòu)模型。將決策的目標(biāo)、考慮的因素(決策準(zhǔn)則)和決策對(duì)象按它們之間的相互關(guān)系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層,繪出層次結(jié)構(gòu)圖。

        (1)構(gòu)造判斷矩陣

        按照層次結(jié)構(gòu)模型,從上到下逐層構(gòu)造判斷矩陣。每一層元素都以相鄰上一層次各元素為準(zhǔn)則,按1~9標(biāo)度方法構(gòu)造。表1中所列各級(jí)標(biāo)度,在數(shù)值上給出兩元素相對(duì)重要程度的等級(jí),根據(jù)1~9標(biāo)度,就可以構(gòu)造出判斷矩陣A=(aij)n×n。

        (2)模型的檢驗(yàn)——進(jìn)行層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

        ①根據(jù)實(shí)際情況,用不同方法求解判斷矩陣的最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量,經(jīng)過(guò)歸一化處理后,即得層次單排序權(quán)重向量。

        在層次分析法中,用定義計(jì)算判斷矩陣的特征值和特征向量比較麻煩,尤其是在階數(shù)比較高的情況。我們注意到,判斷比較矩陣是通過(guò)定性比較得到的相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果,對(duì)它的精密計(jì)算是沒(méi)有必要的,所以用近似計(jì)算即可,主要有“和法” “冪法”和“根法”。

        因“和法”是其中最簡(jiǎn)便、最常用的方法,因此本文采用此法,主要步驟如下:

        第一步:先求出判斷矩陣的每一元素每一列的總和;

        第二步:求標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣,方法是把判斷矩陣的每一元素除以其相對(duì)應(yīng)列的總和;

        第三步:求每個(gè)方案的權(quán)重,方法是計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣的每一行的平均值。

        ②層次單排序要進(jìn)行一致性檢驗(yàn),檢驗(yàn)不合格的要修正判斷矩陣,直到符合一致性標(biāo)準(zhǔn)。判斷矩陣一致性檢驗(yàn)步驟是:

        第一步:利用公式CI=λmax-nn-1求出一致性指標(biāo),其中λmax為判斷矩陣的最大特征值;

        第二步:查表得到平均隨機(jī)一致性指標(biāo)尺RI;

        第三步:計(jì)算一致性比率CR=CIRI,當(dāng)C.R.≤0.01時(shí)接受判斷矩陣,否則修正判斷矩陣。

        (3)模型的檢驗(yàn)——進(jìn)行層次總排序及其一致性檢驗(yàn)

        層次總排序是從上到下逐層進(jìn)行的,設(shè)相鄰兩層次中,層次A包含有m個(gè)元素A1,…,Am,層次B包含有n個(gè)元素B1,…,Bn。上一層元素總排序權(quán)重分別為w1,…,wn,下一層次關(guān)于上一層次元素Aj的層次單排序權(quán)重向量為(bij,…,bnj),層次B的總排序權(quán)重計(jì)算值中的第i個(gè)值為:mj=1wjbij。同樣的,層次總排序的一致性檢驗(yàn)也是從上到下逐層進(jìn)行。

        (二)用模糊決策理論構(gòu)造方案層評(píng)價(jià)矩陣

        1.定量指標(biāo)評(píng)價(jià)值的確定

        對(duì)于定量目標(biāo),正指標(biāo)(越大越優(yōu)型指標(biāo))的評(píng)價(jià)值計(jì)算公式為

        γij =fij -fimin d(1)

        負(fù)指標(biāo)(越小越優(yōu)型指標(biāo))的評(píng)價(jià)值計(jì)算公式為

        γij =fi max -fij d(2)

        式中:d為級(jí)差值,d=fimax-fimin

        fij為j決策的第i個(gè)指標(biāo)值,γij為第i個(gè)指標(biāo)對(duì)第j個(gè)決策的評(píng)價(jià)值

        2.定性目標(biāo)優(yōu)屬度確定

        當(dāng)fij為定性指標(biāo)時(shí),評(píng)定值模糊矩陣R可由專家評(píng)議確定??蓪⒅笜?biāo)對(duì)用水戶的影響分為9個(gè)等級(jí),分別為:最大、很大、大、較大、中、較小、小、很小、最小,可按下面表中的賦值標(biāo)準(zhǔn)給出評(píng)定值。當(dāng)指標(biāo)介于兩個(gè)等級(jí)之間時(shí),評(píng)定值在這兩個(gè)等級(jí)評(píng)定值之間,見(jiàn)表2。

        二、水權(quán)分配案例研究——以大慶地區(qū)為例

        (一)可資源化利用的洪水總量分析

        大慶地區(qū)地處北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),每年的4—11月均有降水,但主要集中在6、7月份,根據(jù)2013年降雨量數(shù)據(jù),計(jì)算得出當(dāng)年蓄水量約為4億m3。根據(jù)歷史資料,維持各滯洪區(qū)合理庫(kù)容約需要3億m3的水量。因此去掉維持合理庫(kù)容必須的水量,能資源化的洪水總量約為1億m3,即水權(quán)分配中可分配水量為1億m3。

        (二)水權(quán)分配及計(jì)算

        1.水權(quán)分配原則

        結(jié)合大慶地區(qū)實(shí)際情況,我們確定大慶地區(qū)資源化水權(quán)分配的原則有:尊重現(xiàn)狀原則、優(yōu)先考慮水資源生態(tài)需求原則、可持續(xù)原則、效率性原則和公平性原則。

        2.建立層次結(jié)構(gòu)圖

        大慶地區(qū)洪水資源化利用的水權(quán)分配的層次結(jié)構(gòu)圖(見(jiàn)圖1)。

        指標(biāo)層各指標(biāo)的解釋如下:

        (1)B11用水量:根據(jù)用水量來(lái)分配水權(quán),尊重、承認(rèn)和維護(hù)各用水戶的用水背景與用水現(xiàn)狀,給予實(shí)際用水量較多的用水戶以相應(yīng)較多的資源化水權(quán)。

        (2)B12缺水量:根據(jù)缺水量來(lái)分配資源化水權(quán)有利于促進(jìn)各行業(yè)之間的和諧發(fā)展。缺水量較大的用水戶,應(yīng)該給予更多的水權(quán),這樣可以把有限的洪水資源進(jìn)行高效利用。endprint

        (3)B13用水投資額:資源化水權(quán)本質(zhì)上是一種商品水,如果一個(gè)用水戶無(wú)法承擔(dān)相應(yīng)配額水權(quán)的水價(jià),那么這種水權(quán)分配就是無(wú)效的。對(duì)水費(fèi)預(yù)算額較大的用水可給予較多的水權(quán),反之則給予較少的水權(quán),是市場(chǎng)化水權(quán)分配方法的要求。

        圖1 層析分析法結(jié)構(gòu)圖

        (4)B21綠化覆蓋率:城市綠化過(guò)程中要大量用到水資源,因此對(duì)綠化專門給予一定的水權(quán)有利于城市生存環(huán)境的改善。

        (5)B22土地沙化:該指標(biāo)作為水權(quán)分配的定性指標(biāo)來(lái)對(duì)待。對(duì)受土地沙化影響較大的用水戶,給予較多的水權(quán),反之給予較少的水權(quán),以此激勵(lì)用水戶治理土地沙化。

        (6)B23地下漏斗:為激勵(lì)地下漏斗的治理,對(duì)受地下漏斗影響較大的用水戶給予較多的水權(quán),以此通過(guò)人工回灌等方法恢復(fù)地下水位。

        (7)B24土壤鹽堿化:對(duì)受土壤鹽堿化影響較大的用水戶,給予較多的水權(quán),以此激勵(lì)用水戶治理土壤鹽堿化。

        (8)B25濕地面積:大慶作為“百湖之城”,城中有大量的濕地,其水位補(bǔ)給需要大量的水源。

        (9)B26水體污染狀況:對(duì)污染嚴(yán)重的行業(yè)給予較少的水權(quán),對(duì)污染較輕或排污工作完成較好的行業(yè)給予較多的水權(quán),以此來(lái)激勵(lì)用水戶重視污染治理問(wèn)題。

        (10)B31萬(wàn)元產(chǎn)值用水量:對(duì)于萬(wàn)元產(chǎn)值用水量較低的行業(yè)給予較多的水權(quán),反之則給予較多的水權(quán),體現(xiàn)效率優(yōu)先的原則,同時(shí)在一定程度上能引導(dǎo)水資源向利用效率高的行業(yè)流動(dòng)。

        (11)B32水資源利用率:對(duì)水資源利用效率較高的用水戶給予較多的水權(quán),反之則給予較少的水權(quán),以此來(lái)激勵(lì)用水戶提高水資源利用效率。

        (12)B33產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率:指的是工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生態(tài)等不同產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率,為了更好地體現(xiàn)效率原則的要求,對(duì)貢獻(xiàn)率較大的產(chǎn)業(yè)給予較多的水權(quán),反之則給予較少的水權(quán)。

        (13)B41最低需水量:該指標(biāo)對(duì)三大用水戶的具體含義有所不同,對(duì)工業(yè)來(lái)講,本文所指的最低用水量是維持油田及石化基本生產(chǎn)需要的用水量;對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)講,是指維持農(nóng)田基本灌溉用水所需要的水量;對(duì)生態(tài)來(lái)講,就是維持生態(tài)平衡的最低需水量。

        不同用水戶的最低需水量不同,對(duì)需水量較大的用水戶給予較多的水權(quán),反之則給予較少的水權(quán),有利于維護(hù)各用水戶之間的平衡發(fā)展,體現(xiàn)了公平原則的要求。

        (14)B42水價(jià)計(jì)價(jià)方式:對(duì)不同用水戶采取不同的水價(jià)計(jì)價(jià)方式,有利于促進(jìn)水資源的合理、高效利用,避免水資源的浪費(fèi)。本文中的水價(jià)計(jì)價(jià)方式被作為一種定性指標(biāo)來(lái)衡量其對(duì)不同用水戶間的影響。

        (15)B43政策因素:國(guó)家政策的頒布與實(shí)施對(duì)水權(quán)分配有較大的影響,例如國(guó)家倡導(dǎo)不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)來(lái)謀求經(jīng)濟(jì)發(fā)展,在水權(quán)分配時(shí),就要將適當(dāng)比例的水權(quán)分配到生態(tài)用水中,而不是全部分配給經(jīng)濟(jì)用水。

        3.指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

        構(gòu)造判斷矩陣最重要的就是要確定的值,即確立各個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度,主要是采用向?qū)<易稍兊姆椒?,必要時(shí)需成立專家組背靠背打分,綜合專家組的意見(jiàn)確定判斷矩陣的各元素。本文在確定各個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度時(shí),采用向?qū)<液痛髴c地區(qū)防洪工程管理處工作人員咨詢的辦法。

        (1)準(zhǔn)則層權(quán)重的計(jì)算

        第一,構(gòu)造準(zhǔn)則層判斷矩陣。

        第二,采用“規(guī)范列平均法”對(duì)矩陣B做歸一化處理,得出

        第三,對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

        矩陣相乘得BW=0.43651.66851.04900.9821利用公式λmax=1n∑ni=1(BW)iWi

        得出最大特征值:λmax=4.1154

        利用公式C.I.=λmax-nn-1(其中λmax=4.1154,n=4)

        計(jì)算得C.I.=0.0384,查表1-3可知R.I.=08931

        (3)總排序一致性檢驗(yàn)

        層次總排序一致性檢驗(yàn)公式為:

        C.R.=∑4k=1BkC.I.k∑4k=1BkR.I.k

        其中Bk為各準(zhǔn)則層的相對(duì)權(quán)重,C.I.k和R.I.k為各個(gè)準(zhǔn)則層下一致性檢驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果,總排序一致性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

        經(jīng)計(jì)算得C.I.=0.00498,R.I.=0.80569,C.R.=0.0062<0.1。

        故層次總排序通過(guò)一致性檢驗(yàn),可將Ni j 作為指標(biāo)的系統(tǒng)權(quán)重。

        4.構(gòu)造方案層的評(píng)價(jià)矩陣

        在構(gòu)造方案層的評(píng)價(jià)矩陣時(shí),首先把指標(biāo)分為直接指標(biāo)和間接指標(biāo)兩類,直接指標(biāo)是指該指標(biāo)權(quán)重可以直接歸屬于某一用水戶(本文中直接分給生態(tài)用水),而間接指標(biāo)是指該指標(biāo)權(quán)重需要分配到各用水戶。直接指標(biāo)不需要再進(jìn)行評(píng)價(jià),而是直接用其層次總排序權(quán)重與可分配水量的乘積得出模型分配水權(quán),劃歸到某一特定用

        水戶(本文指生態(tài)用水)。間接指標(biāo)采用流域水權(quán)分配的方法,分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        本研究中的直接指標(biāo)指B21綠化覆蓋率和B25濕地面積,其余13個(gè)指標(biāo)均為間接指標(biāo)。直接指標(biāo)分水量用WIZ表示,間接指標(biāo)分水量用WIJ表示。

        (1)根據(jù)直接指標(biāo)計(jì)算生態(tài)優(yōu)先分水量

        綠化覆蓋率層次總排序權(quán)重N21=0.0918,濕地面積層次總排序權(quán)重N25=0.1341,可分配的洪水資源總量WI=1億m3,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出綠化覆蓋率指標(biāo)分得的資源化水量為WI·N21=918萬(wàn)m3,濕地面積指標(biāo)分得的資源化水量為WI·N25=1341萬(wàn)m3,如表7所示。

        因此,直接指標(biāo)的總分水量WIZ=918+1341=2259萬(wàn)m3。

        (2)根據(jù)間接指標(biāo)構(gòu)造方案層評(píng)價(jià)值模糊矩陣

        間接指標(biāo)一共有13個(gè),其中用水量、缺水量、用水投資額、萬(wàn)元產(chǎn)值用水量、水資源利用率、產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率、最低需水量7個(gè)指標(biāo)為定量指標(biāo);土地沙化、地下漏斗、土壤鹽堿化、水體污染情況、水價(jià)計(jì)價(jià)方式、政策因素8個(gè)為定性指標(biāo)。endprint

        ①定量指標(biāo)評(píng)價(jià)值的確定

        第一:對(duì)每個(gè)定量指標(biāo)要做資料收集的工作,以此確定的水量分配判別指標(biāo)的量化值如表8所示。

        資料來(lái)源:黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程資料匯編,中國(guó)水資源公報(bào),大慶市2013年統(tǒng)計(jì)年鑒。

        第二:確定定量指標(biāo)的正負(fù)屬性,根據(jù)公式(3.1)和(3.2)計(jì)算其評(píng)價(jià)值。

        根據(jù)前文對(duì)各指標(biāo)的具體解釋,我們確定“萬(wàn)元產(chǎn)值用水量”為負(fù)指標(biāo),其余6個(gè)定量指標(biāo)均為正指標(biāo),也就是說(shuō)用水量越大、缺水量越大、用水投資額越大、萬(wàn)元產(chǎn)值用水量越少、水資源利用率越高、產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率越大、最低需水量越大,分配到的水權(quán)就越多。計(jì)算的結(jié)果如表9所示。

        ②定性指標(biāo)優(yōu)屬度確定

        每個(gè)定性指標(biāo)需要結(jié)合部分已有研究和結(jié)合專家咨詢法根據(jù)表2中的賦值標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行打分,根據(jù)打分結(jié)果得到表10。

        根據(jù)表6,去掉兩個(gè)直接指標(biāo)的權(quán)重(N21和 N25),得到各間接指標(biāo)的層次總權(quán)重排序矩陣:

        對(duì)直接指標(biāo)和間接指標(biāo)結(jié)合進(jìn)行分析得出最終的分水量:

        直接指標(biāo)已經(jīng)分配的生態(tài)水量WIZ=2259萬(wàn)m3

        間接指標(biāo)可分配的總水量為:WIJ=WI-WIZ=7741萬(wàn)m3

        根據(jù)公式(1.3)各用水戶的分水量為:WI1=WIJ·e1=3097.31萬(wàn)m3

        三、結(jié)論

        表11的計(jì)算結(jié)果表明:大慶地區(qū)資源化的洪水應(yīng)主要用于補(bǔ)給生態(tài)環(huán)境,其次可以用來(lái)支持工農(nóng)業(yè)發(fā)展,這是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求,有利于改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,緩解已有的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

        [參考文獻(xiàn)]

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        (責(zé)任編輯:郭麗春)endprint

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