關於洞庭湖流域水資源論文
關於洞庭湖流域水資源論文
１水資源供需分析
（１）需水分析。可將洞庭湖流域需水部門分為農業、工業、居民生活、城鎮公共及生態環境５種類型，統計２０１０年洞庭湖流域１４個主要城市各需水部門用水量，彙總結果見表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。統計２０１０年洞庭湖流域各城市水量情況，結果見圖２。由圖２可看出，洞庭湖流域水量充足，但作為湖南核心經濟區的長株潭城市群水量相對於其他城市較少，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，地下水量遠少於地表水量，且地表水量幾乎等於總水量，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彙總結果。洞庭湖流域水資源開發利用率低，最高值尚不足５０％，在洞庭湖流域１４個主要城市中，水資源開發利用率最高的城市依次為湘潭市、長沙市。但隨著社會經濟的加速發展和城鎮化程序不斷推進，一方面總用水量逐漸提高，水資源開發利用率逐漸提高，如２０１０年洞庭湖流域總用水量和水資源開發利用率較２００９年均略有提高。隨著用水量增加，供水設施建設規模及數量隨之增大，用水消耗量也會增加，如管道漏水量；另一方面汙染越來越嚴重，水環境破壞程度加大，水質下降嚴重，總水量中的可用水量日漸減少；由此引發工程型、設施型以及汙染型水資源短缺風險。
２評價指標的選取
以洞庭湖流域水資源短缺特徵為依據，結合代表性與可操作性相結合、系統性與層次性相結合的指標選取原則，建立了風險評價指標體系。
３迴圈組合模型的構建
３．１構建原理
首先選取幾種評價方法分別對同一問題進行綜合評價，然後用Ｋｅｎｄａｌｌ和諧係數法檢驗這幾種評價方法是否具有一致性。因為對同一問題採用不同的方法進行綜合評價，應該具有一致性。若不具有一致性，則說明權重有誤，應重新計算或選取評價方法進行評價和檢驗，直到具有一致性為止。任何一種組合評價方法實質上均可近似視為所涉及的各種評價方法的線性加權組合，其差異僅在於權係數確定方法不同。若每種評價方法的方差均已知，則可用最佳化的方法一次求出組合權重係數，事實上各種評價方法的方差未知，只能採取逐步最佳化的方法以取得合理的評價結果。當驗證所選取的幾種評價方法具有一致性後，對單一評價結果排序，基於第ｉ個評價物件在第ｊ種方法下的排名，分別採用平均值法［６］、Ｂｏａｒｄａ法以及Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法３種組合方法進行組合評價，若３種組合評價結果仍存在差異，按照迴圈思路，再將３種組合評價結果進行組合，在這個過程中，３種組合評價結果差異逐漸變小，即標準差逐漸減小，直到標準差為０，３種組合評價結果完全相同，即得到最終評價結果。
３．２迴圈組合評價中單一評價
（１）指標標準化。正、負效應指標標準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ｊ在ｉ狀態下的實際值；ｘｍａｘｊ、ｘｍｉｎｊ分別為指標ｊ的最大實際值、最小實際值。
（２）指標權重的確定。本文分別採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權重，並由此對水資源短缺的風險度進行單一評價。（３）風險度Ｆ計算。本文采用的風險度Ｆ計算公式為：Ｆ＝∑ｍｊ＝１ｗｊｐｉｊｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｍ（３）式中，ｗｊ為權重值；ｐｉｊ為標準化處理後的值。
３．３Ｋｅｎｄａｌｌ和諧係數法
Ｗ檢驗原假設Ｈ０，ｍ種評價方法不具有一致性；備擇假設Ｈ１，ｍ種評價方法具有一致性。假設ｍ種評價方法對ｎ個不同地區進行評價，ｔｉｊ表示第ｉ個被評地區在第ｊ種評價方法下的排名，檢驗統計量Ｗ計算公式為：Ｗ＝１２∑ｎｊ＝１∑ｍｉ＝１ｔｉ（）ｊ２－３ｍ２ｎ（ｎ＋１）２ｍ２ｎ（ｎ２－１）（４）當ｎ＞７時，可應用大樣本近似法計算卡方值，卡方值計算公式為：２＝ｍ（ｎ－１）Ｗ（５）式（５）服從自由度為ｎ－１的"２分佈，給定顯著性水平α，當檢驗統計值大於臨界值時，拒絕原假設，則認為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ｔｉｊ為第ｉ個被評價物件在第ｊ種評價方法下的排名，將其轉換為分數Ｆｉｊ：Ｆｉｊ＝ｎ－ｔｉｊ＋１（６）式中，ｎ為被評價物件總數。均值法組合評價得分為Ｄｉｊ＝１ｍ∑Ｆｉｊ。
（２）Ｂｏａｒｄａ法。Ｂｏａｒｄａ法是一種少數服從多數的方法。若評價認為被評價物件ｉ優於被評價物件ｊ的個數大於被評價物件ｊ優於被評價物件ｉ的個數，記為ｑｉＳｑｊ。定義Ｂｏａｒｄａ矩陣為：Ｂ＝（ｂｉｊ）ｎ×ｎ（７）其中ｂｉｊ＝１ｑｉＳｑｊ０｛其他
（３）Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法。Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法是一種區分優與劣的方法。若評價認為被評地區ｉ優於ｊ，記為ｑｉＳｑｊ。若評價認為被評地區ｊ優於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被評價物件按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，得分低排後面。若重新排序出現排名相同時，計算３種評價結果排名標準差，標準差小者排前面。
４水資源短缺風險評價結果與分析
採用建立的迴圈組合模型對洞庭湖流域１４個主要城市水資源短缺的風險度進行評價和排名。分別透過層次分析法、主成分分析法及熵值法計算得到１７個評價指標權重。各指標權重分佈集中在０．０２～０．２０之間，３種賦權法確定出權重最高的指標分別為年均降水量、水利建設投資比和水質綜合合格率，表明降水、水質和水利設施建設是引發水資源短缺風險的關鍵因子。將１７個指標權重值和標準化值按式（３）進行計算，得到各城市水資源短缺的風險度和排名。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險均處於中低水平，但評價結果存在一定差異，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和諧係數Ｗ檢驗統計量值得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，卡方值大於臨界值，拒絕原假設，即３種評價方法具有一致性。
可對３種單一評價結果進行組合評價。首先對單一評價結果進行第一次組合評價，並計算３種組合評價結果標準差。經第一次組合評價後，１４個城市中８個城市在３種組合方法下得到的風險度排名均相同，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，標準差不完全為０，其中嶽陽市在３種組合評價方法下的'風險度排名系列標準差最大，為１．８８６。故還需對３種組合評價排名結果進行再次組合，計算結果。
經第一次迴圈組合評價後，株洲市風險度在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險度排名系列標準差不為０，為０．４７１４。還需對３種組合評價排名結果進行再次組合。
經第二次迴圈組合評價後，１４個城市在３種組合方法下得到的風險度排名均相同，得到最終評價結果即風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。可見１４個城市中水資源短缺風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險度。採用迴圈組合最佳化模型得到的風險度評價結果與現實狀況一致，說明迴圈組合最佳化模型具有較強的適用性。
５結論
本文采用迴圈組合模型對洞庭湖流域１４個主要城市水資源短缺進行風險評價，得到風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。儘管洞庭湖流域水量充足，但存在中低水平的水資源短缺風險。評價結果與現實狀況一致，說明迴圈組合最佳化模型具有較強的適用性，值得推廣應用。