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        基于層次分析法的五常市水權分配模型研究

        2017-03-21 06:41:28李鐵男徐柳娟高娟娟
        節(jié)水灌溉 2017年12期
        關鍵詞:五常市評判水量

        李鐵男,董 鶴,徐柳娟,高娟娟

        (黑龍江省水利科學研究院, 哈爾濱 150000)

        水資源屬于國家所有,具有重要的生態(tài)功能和資源功能。水權是建立在水資源公有基礎上的一種使用獲益權[1]。本文水權確權工作的主要目的是確定五常市縣域水資源的空間范圍,分清水資源所有權、使用權及確權水量,明晰水權的歸屬關系和權利義務。進行水權分配對健全自然資源資產產權制度、轉變發(fā)展方式、倒逼產業(yè)結構調整、建立健全水市場、節(jié)約集約利用資源、保護水生態(tài)空間具有重要促進作用,對完善現代水治理體系具有重要意義。

        層次分析法是一種實用的多準則決策方法,本文通過構建水量分配數學模型將生活、農業(yè)、非農生產、生態(tài)四類不同性質用水的權重表示為有序的遞階層次結構,通過判斷對決策方案的優(yōu)劣進行排序[2]。

        1 水權分配數學模型

        1.1 建立水量分配指標體系

        初始水權分配在區(qū)域人口、社會、經濟及生態(tài)環(huán)境等協調發(fā)展中起決定性作用。選擇指標體系時應兼顧其代表性、關聯性、獨立性、易于量化、簡單、直觀和實用性等因素[3]。依據上述原則本文共選擇10個指標:產水因素、地域因素、人口增長、糧食安全、產業(yè)結構變動率、現狀供水、經濟發(fā)展、經濟效益、用水效益及合理用水。指標選擇情況見表1。

        表1 評判指標及計算公式

        1.2 水權分配層次結構圖

        組成水權層次結構的有:目標層(水資源總量)、準則層(包括自然準則、社會準則、經濟準則及環(huán)境準則)、評估指標層

        (由表1所列的代表性評判指標體系組成[3])和被評判分區(qū)層(最終分配目標)組成。下圖1[3-5]為初始水權分配層次結構圖。

        圖1 水權分配層次結構圖

        1.3 計算各層元素的相對權重

        本文通過建立水權分配層次結構圖,明確層與層間的隸屬關系。構造判斷矩陣,從而算得“評判準則”、“評判指標”的權系數。

        表2 初始水權分配評判指標的權系數計算公式

        各單項評判指標的最終權重為:Ai·Bj·Ck。

        1.4 評判指標優(yōu)先序等級

        評判指標優(yōu)先序等級即對評判指標進行優(yōu)先程度排序。綜合國內、外初始水權分配的大量理論及實踐經驗,考慮黑龍江省五常市水權分配實際情況,將優(yōu)先權分為:“絕對優(yōu)先”、“優(yōu)先”、“適當優(yōu)先”、“適當置后”、“置后”、“基本無權”6個等級,取值在0~10之間,見表3。

        1.5 評判指標優(yōu)先權權系數計算

        在確定各評判指標的相對權重及優(yōu)先序等級后,即可對評判準則、評判指標的優(yōu)先權系數進行計算,計算公式如下:

        Em=∑AiBjCkDm

        (1)

        式中:Em為第m分區(qū)總優(yōu)先權系數;Ai為第i類準則權數(i=1,2,3);Bj為第j類因素權數(j=1,2,3,…,9);Ck為第k項指標權數(k=1,2,3,…,10);Dm為第m分區(qū)第k項指標優(yōu)先序等級(k=1,2,3,…,10,Dm=0~10);Em/∑E為第m分區(qū)的水權分配比例。

        2 黑龍江省五常市基本情況

        五常市位于黑龍江省南部地區(qū),地域西北傾斜呈狹長形,北部接壤松嫩平原。五常市平均年徑流總量為34 億m3,多年平均降水量為625 mm,年徑流深為500~1 000 mm。五常市是典型的農業(yè)、水利大市,全市共有各類灌區(qū)3 732 處。為適應我國農村水利建設的新形勢,五常市組建了基層水利服務機構和農民用水合作組織,在水資源管理和水利工程運行中發(fā)揮了積極作用。

        表3 評判指標優(yōu)先序等級

        本文通過分析五常市縣域內當地地表水、淺層地下水、域外調水等各種水源情況[6]。以五常市“三條紅線”用水總量控制目標為限定條件,通過收集整理縣域內社會、經濟、水文水資源、供水與用水現狀等詳細資料,建立水權確權工作數據庫,確定縣域內可分配水總量。通過收集資料和對數據進行分析,確定五常市縣域可分配水總量為133 900 萬m3,其中地下水可分配水總量為26 735 萬m3,地表水可分配水總量為107 165 萬m3。

        3 黑龍江省五常市水權分配

        本文針對五常市生活用水、生態(tài)用水、非農生產用水、農業(yè)用水及預留水量進行初始水權分配。

        3.1 評判指標及權重系數計算

        3.1.1 評判指標選擇

        根據黑龍江省五常市水資源特點,本文選取的評判指標為:①“影響水量因素”:地下水水權分配的核心因素,地下水水權依附于土地所屬;②“地域因素”:主要體現在對城鎮(zhèn)供水中,當在城區(qū)以外取水源時,是一個需要考慮的因素;③“人口變化”:是地區(qū)人口增長情況,是比較重要的因素;④“用水安全”:比較重要的因素,是取水安全要考慮的因素,該項指標權重大于地域因素、現狀供水因素;⑤“產業(yè)結構因素”:不是很重要的因素,產業(yè)結構變動率增加會使經濟總量增加;⑥“尊重現狀”:是現狀供水情況,水資源利用情況,是比較重要的因素;⑦“經濟發(fā)展”經濟發(fā)展對供水的影響,主要體現經濟發(fā)展對水利工程的影響,不是一個很重要的因素;⑧“經濟效益”因素:經濟效益的多少與供水條件的好壞有直接關系,是需要適當考慮的因素;⑨“土壤鹽堿化”因素:土地次生鹽堿化對水質的影響,由于地域因素,不是很重要的因素;⑩“水質污染”因素:水質污染的程度直接影響到供水安全,是比較重要的因素。

        3.1.2 權重系數計算

        本文通過構造判斷矩陣,依據層次結構圖分層確定各評判指標的權重系數。并對各評判指標進行兩兩比較,根據比較后的重要程度進行比例標度賦值,最后采用方根法計算判斷矩陣的特征向量W,將評判指標歸一化[7]。計算公式如下:

        (2)

        式中:(AW)i為第i個元素;λmax為最大特征根值。

        通過對判斷矩陣進行一致性檢驗,可評判所構造的判斷矩陣的合理性。按如下步驟進行檢驗:

        (1)一致性指標C.I.。

        (3)

        式中:n為判斷矩陣的階數。

        (2)平均隨機一致性指標。取多次重復進行隨機判斷矩陣特征值的算數平均值。

        (3)一致性比例。

        (4)

        當C.R.≤0.1時,認為判斷矩陣合理,當C.R. >0.1時,需重新構造判斷矩陣,并計算。

        通過比較判斷可得如表4矩陣[8],并計算出特征向量和最大特征值。其中:將B1(自然準則)與B2(社會準則)做比較,B1比B2很重要;將B2(社會準則)與B3(經濟準則)做比較,B2比B3稍重要;將B3(經濟準則)與B4(環(huán)境準則)做比較,B3比B4較重要。

        由計算結果知滿足一致性檢驗標準,對B1、B2、B3、B4進行單排序,優(yōu)先權序為0.6、0.24、0.11、0.05。故層次總排序見表5。

        從排序結果可知:影響水量因素0.48、地域因素0.12、人口變化因素0.04、用水安全因素0.02、產業(yè)結構因素0.14、尊重現狀因素0.03、經濟發(fā)展因素0.03、經濟效益因素0.08、土壤鹽堿化因素0.01、水質污染因素0.04。

        3.2 指標優(yōu)先序等級確定

        按照上述原則,可得評價指標優(yōu)先序等級[9],見表6。

        4 水量分配計算

        通過計算結果確定了總優(yōu)先權系數,再計算各類分配比例,最后得水量分配。并預留一定水量來滿足未來區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略用水需求和保障應急調度[10],也為水權有效期內基本生活和生態(tài)環(huán)境需水的增長提供保障。本文預留水量結合五常市水資源利用現狀和各業(yè)用水情況,采用“三條紅線”確定的五常市用水總量控制目標的5%計算,確定預留水量。故總分配水量為:Q=127 205 萬m3。

        表4 評判指標和權重系數

        表5 層次總排序

        表6 評價指標隸屬度

        由上面計算結果知:生活、農業(yè)、非農、生態(tài)總優(yōu)先權系數分別為:0.28、9.79、0.31、0.11,故分配水權為:

        計算結果見表7。

        表7 用水量分配指標

        [1] 李海紅,趙建世.初始水權分配原則及其量化方法[J]. 應用基礎與工程科學學報,2005,(S):8-14.

        [2] 王為人,屠梅曾.基于層次分析法的流域水資源配置權重測算[J]. 同濟大學學報(自然科學版),2005,33(8):1 133-1 136.

        [3] 謝敬芳.層次分析法在行業(yè)水權分配中的應用[J].南水北調與水利科技,2005,3(S):25-28.

        [4] 張紅亞,方國華,吳文靜,等.初始水權分配數學模型的建立及其應用[J]. 水利水運工程學報,2006,(2):41-46.

        [5] 吳鳳平,葛 敏.水權第一層次初次分配模型[J]. 河海大學學報(自然科學版),2005,33(2):216-219.

        [6] 張寶全,陳才峰,尚瑞朝.河北省水權確權工作的探索與實踐[J]. 中國水利,2015,3(S):3-14.

        [7] 尹云松,孟令杰.基于AHP的流域初始水權分配方法及其應用實例[J]. 自然資源學報,2006,21(4):645-652.

        [8] 胡 潔,徐中民.基于多層次多目標模糊優(yōu)選法的流域初始水權分配——以張掖市甘臨高地區(qū)為例[J]. 冰川凍土,2013,35(3):776-782.

        [9] 陳艷萍,吳鳳平,吳 丹.基于模糊優(yōu)選和TOPSIS法的流域初始水權分配模型[J]. 河海大學學報(自然科學版),2009,37(4):467-471.

        [10] 謝新民,王志璋,王教河,等. 松遼流域初始水權分配中確定政府預留水量的研究[J].中國水利水電科學研究院學報,2006,4(2):128-132.

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