洞庭湖流域水資源論文

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1水資源供需分析

（1）需水分析?？蓪?a href="http://www.baojiexiang.com/lunwen/szylw/47820.html" target="_blank">洞庭湖流域需水部門分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、居民生活、城鎮(zhèn)公共及生態(tài)環(huán)境5種類型，統(tǒng)計(jì)2010年洞庭湖流域14個(gè)主要城市各需水部門用水量，匯總結(jié)果見表1。由表1可看出，在洞庭湖流域14個(gè)主要城市中，長沙市工業(yè)用水量及總用水量最大。

（2）供水分析。2010年洞庭湖流域14個(gè)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(tǒng)計(jì)2010年洞庭湖流域各城市水量情況，結(jié)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(jīng)濟(jì)區(qū)的長株潭城市群水量相對(duì)于其他城市較少，特別是湘潭市，水量僅為48．98×108m3。整個(gè)洞庭湖流域地表水豐富，地下水量遠(yuǎn)少于地表水量，且地表水量幾乎等于總水量，14個(gè)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匯總結(jié)果。洞庭湖流域水資源開發(fā)利用率低，最高值尚不足50％，在洞庭湖流域14個(gè)主要城市中，水資源開發(fā)利用率最高的城市依次為湘潭市、長沙市。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，一方面總用水量逐漸提高，水資源開發(fā)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(fā)利用率較2009年均略有提高。隨著用水量增加，供水設(shè)施建設(shè)規(guī)模及數(shù)量隨之增大，用水消耗量也會(huì)增加，如管道漏水量；另一方面污染越來越嚴(yán)重，水環(huán)境破壞程度加大，水質(zhì)下降嚴(yán)重，總水量中的可用水量日漸減少；由此引發(fā)工程型、設(shè)施型以及污染型水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)。

2評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

以洞庭湖流域水資源短缺特征為依據(jù)，結(jié)合代表性與可操作性相結(jié)合、系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合的指標(biāo)選取原則，建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3循環(huán)組合模型的構(gòu)建

3．1構(gòu)建原理

首先選取幾種評(píng)價(jià)方法分別對(duì)同一問題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，然后用Kendall和諧系數(shù)法檢驗(yàn)這幾種評(píng)價(jià)方法是否具有一致性。因?yàn)閷?duì)同一問題采用不同的方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，應(yīng)該具有一致性。若不具有一致性，則說明權(quán)重有誤，應(yīng)重新計(jì)算或選取評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)，直到具有一致性為止。任何一種組合評(píng)價(jià)方法實(shí)質(zhì)上均可近似視為所涉及的各種評(píng)價(jià)方法的線性加權(quán)組合，其差異僅在于權(quán)系數(shù)確定方法不同。若每種評(píng)價(jià)方法的方差均已知，則可用優(yōu)化的方法一次求出組合權(quán)重系數(shù)，事實(shí)上各種評(píng)價(jià)方法的方差未知，只能采取逐步優(yōu)化的方法以取得合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)驗(yàn)證所選取的幾種評(píng)價(jià)方法具有一致性后，對(duì)單一評(píng)價(jià)結(jié)果排序，基于第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在第j種方法下的排名，分別采用平均值法［6］、Boarda法以及Compeland法3種組合方法進(jìn)行組合評(píng)價(jià)，若3種組合評(píng)價(jià)結(jié)果仍存在差異，按照循環(huán)思路，再將3種組合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行組合，在這個(gè)過程中，3種組合評(píng)價(jià)結(jié)果差異逐漸變小，即標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小，直到標(biāo)準(zhǔn)差為0，3種組合評(píng)價(jià)結(jié)果完全相同，即得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

3．2循環(huán)組合評(píng)價(jià)中單一評(píng)價(jià)

（1）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。正、負(fù)效應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理的計(jì)算公式分別為：pij＝xij－xminjxmaxj－xminj（1）pij＝xmaxj－xijxmaxj－xminj（2）式中，xij為指標(biāo)j在i狀態(tài)下的實(shí)際值；xmaxj、xminj分別為指標(biāo)j的最大實(shí)際值、最小實(shí)際值。

（2）指標(biāo)權(quán)重的確定。本文分別采用主觀評(píng)價(jià)法中的層次分析法（AHP）和客觀評(píng)價(jià)法中的主成分分析法以及熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，并由此對(duì)水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行單一評(píng)價(jià)。（3）風(fēng)險(xiǎn)度F計(jì)算。本文采用的風(fēng)險(xiǎn)度F計(jì)算公式為：F＝∑mj＝1wjpiji＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m（3）式中，wj為權(quán)重值；pij為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值。

3．3Kendall和諧系數(shù)法

W檢驗(yàn)原假設(shè)H0，m種評(píng)價(jià)方法不具有一致性；備擇假設(shè)H1，m種評(píng)價(jià)方法具有一致性。假設(shè)m種評(píng)價(jià)方法對(duì)n個(gè)不同地區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，tij表示第i個(gè)被評(píng)地區(qū)在第j種評(píng)價(jià)方法下的排名，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量W計(jì)算公式為：W＝12∑nj＝1∑mi＝1ti（）j2－3m2n（n＋1）2m2n（n2－1）（4）當(dāng)n＞7時(shí)，可應(yīng)用大樣本近似法計(jì)算卡方值，卡方值計(jì)算公式為：χ2＝m（n－1）W（5）式（5）服從自由度為n－1的"2分布，給定顯著性水平α，當(dāng)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值大于臨界值時(shí)，拒絕原假設(shè)，則認(rèn)為m種評(píng)價(jià)方法具有一致性。

3．4組合評(píng)價(jià)方法

（1）平均值法。若設(shè)tij為第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象在第j種評(píng)價(jià)方法下的排名，將其轉(zhuǎn)換為分?jǐn)?shù)Fij：Fij＝n－tij＋1（6）式中，n為被評(píng)價(jià)對(duì)象總數(shù)。均值法組合評(píng)價(jià)得分為Dij＝1m∑Fij。

（2）Boarda法。Boarda法是一種少數(shù)服從多數(shù)的方法。若評(píng)價(jià)認(rèn)為被評(píng)價(jià)對(duì)象i優(yōu)于被評(píng)價(jià)對(duì)象j的個(gè)數(shù)大于被評(píng)價(jià)對(duì)象j優(yōu)于被評(píng)價(jià)對(duì)象i的個(gè)數(shù)，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(qū)分優(yōu)與劣的方法。若評(píng)價(jià)認(rèn)為被評(píng)地區(qū)i優(yōu)于j，記為qiSqj。若評(píng)價(jià)認(rèn)為被評(píng)地區(qū)j優(yōu)于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(píng)價(jià)對(duì)象按Boarda法和Compeland法組合評(píng)價(jià)得分為Dij＝∑bij。按組合評(píng)價(jià)得分重新排名，得分高排前面，得分低排后面。若重新排序出現(xiàn)排名相同時(shí)，計(jì)算3種評(píng)價(jià)結(jié)果排名標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差小者排前面。

4水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

采用建立的循環(huán)組合模型對(duì)洞庭湖流域14個(gè)主要城市水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)和排名。分別通過層次分析法、主成分分析法及熵值法計(jì)算得到17個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。各指標(biāo)權(quán)重分布集中在0．02～0．20之間，3種賦權(quán)法確定出權(quán)重最高的指標(biāo)分別為年均降水量、水利建設(shè)投資比和水質(zhì)綜合合格率，表明降水、水質(zhì)和水利設(shè)施建設(shè)是引發(fā)水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因子。將17個(gè)指標(biāo)權(quán)重值和標(biāo)準(zhǔn)化值按式（3）進(jìn)行計(jì)算，得到各城市水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)度和排名。層次分析法、主成分分析法和熵值法評(píng)價(jià)洞庭湖流域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)均處于中低水平，但評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定差異，如張家界市，3種評(píng)價(jià)方法得到的排名分別為8、1、5。計(jì)算Kendall和諧系數(shù)W檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)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，卡方值大于臨界值，拒絕原假設(shè)，即3種評(píng)價(jià)方法具有一致性?？蓪?duì)3種單一評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行組合評(píng)價(jià)。首先對(duì)單一評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行第一次組合評(píng)價(jià)，并計(jì)算3種組合評(píng)價(jià)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差。經(jīng)第一次組合評(píng)價(jià)后，14個(gè)城市中8個(gè)城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險(xiǎn)度排名均相同，如郴州市。但還有6個(gè)城市在3種組合方法下排名不完全均相同，標(biāo)準(zhǔn)差不完全為0，其中岳陽市在3種組合評(píng)價(jià)方法下的風(fēng)險(xiǎn)度排名系列標(biāo)準(zhǔn)差最大，為1．886。故還需對(duì)3種組合評(píng)價(jià)排名結(jié)果進(jìn)行再次組合，計(jì)算結(jié)果。經(jīng)第一次循環(huán)組合評(píng)價(jià)后，株洲市風(fēng)險(xiǎn)度在3種組合方法下排名均相同，且14個(gè)城市中10個(gè)城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險(xiǎn)度排名均相同，在3種組合評(píng)價(jià)方法下排名差異更小，此時(shí)，只有長沙市、衡陽市、岳陽市以及張家界市在3種組合評(píng)價(jià)方法下的風(fēng)險(xiǎn)度排名系列標(biāo)準(zhǔn)差不為0，為0．4714。還需對(duì)3種組合評(píng)價(jià)排名結(jié)果進(jìn)行再次組合。經(jīng)第二次循環(huán)組合評(píng)價(jià)后，14個(gè)城市在3種組合方法下得到的風(fēng)險(xiǎn)度排名均相同，得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果即風(fēng)險(xiǎn)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?？梢?4個(gè)城市中水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)度。采用循環(huán)組合優(yōu)化模型得到的風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)狀況一致，說明循環(huán)組合優(yōu)化模型具有較強(qiáng)的適用性。

5結(jié)論

本文采用循環(huán)組合模型對(duì)洞庭湖流域14個(gè)主要城市水資源短缺進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到風(fēng)險(xiǎn)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。盡管洞庭湖流域水量充足，但存在中低水平的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)狀況一致，說明循環(huán)組合優(yōu)化模型具有較強(qiáng)的適用性，值得推廣應(yīng)用。

作者：李章平 周念清 沈新平 劉曉群 單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南省洞庭湖水利工程管理局