基于AHP和熵权水资源承载力模糊综合评价—以重庆市巴南区为例

基于AHP和熵权水资源承载力模糊综合评价—以重庆市巴南区为例

潘富宏

重庆水投原水资源管理有限公司，重庆，401320)

摘要：从水资源、社会、经济和生态环境四个方面建立起巴南区水资源承载力评价指标体系，采用基于AHP和熵权的模糊综合评价法对巴南区2017-2021年的水资源承载力进行了评价。评价结果表明，巴南区水资源承载力总体处于中等承载水平，仍有提高的空间，与实际情况相符。

关键词：水资源承载力；模糊综合评价；AHP；熵权

Fuzzy comprehensive evaluation of water resources carrying capacity based on AHP and entropy weight: a case study of Banan District

Pan Fuhong

(Chongqing Shuitou Raw Water Resources Management Co. LTD, Chongqing 401320，China)

Abstract:From the four aspects of water resources, society, economy and ecological environment, establish the evaluation index system of water resources carrying capacity in Banan area, evaluate the bearing capacity of 2017-2021years of water resources in Banan region by using the fuzzy comprehensive evaluation method based on entropy weight and AHP.The evaluation results show that the carrying capacity of water resources in Banan area is generally in the middle level, and there is still room for improvement, which is in line with the actual situation.

Keywords:carryingcarrying capacity of water resources;fuzzy comprehensive evaluation;AHP;entropy weight

巴南位于重庆中心城区南部，是重庆生态之城、人文之城的重要组成部分。近年来经济社会飞速发展，城市化进程不断加快，区域生产和生活用水供需矛盾日益突出，对水资源的开发利用提出了更高的要求。因此，研究巴南区的水资源承载力，对于巴南区社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。

1 巴南区水资源承载力评价指标体系

水资源承载力研究的是某区域的水资源在一定经济和社会发展水平下，所能承载的人口及社会经济最大规模，必然涉及到区域水资源、社会、经济及生态环境[1]。因此，根据水资源承载力的定义和内涵，在深入分析水资源承载力影响因素的基础上[2]，结合重庆市巴南区2017-2021年水资源公报及统计年鉴，构建起具有多层递阶结构的水资源承载力评价指标体系。目标层为水资源承载力（U）；准则层有水资源子系统（U1）、社会子系统（U2）、经济子系统（U3）和生态环境子系统（U4）；指标层有人均水资源量（U11）、产水模数（U12）、供水模数（U13）、水资源开发利用率（U14）、人口密度（U21）、人口自然增长率（U22）、城镇化率（U23）、居民生活人均日用水量（U24）、人均GDP（U31）、耕地灌溉率（U32）、万元工业增加值用水量（U33）、万元GDP用水量（U34）、生态用水率（U41）、森林覆盖率（U42）、城镇生活污水处理率（U43）。具体见表1-1。

2 基于AHP和熵权法的巴南区水资源承载力模糊综合评价

  模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。该方法能在对影响水资源承载力的各因素进行单因素评价基础上对其承载力作出多因素综合评价，从而较全面地分析了水资源承载力的状况[3]。

2.1 指标权重确定

评价指标权重的确定是否合理和客观对最终评价结果会产生重要影响。利用层次分析法可以得到各指标的主观权重 ,它考虑了专家经验以及决策者的意向和偏好，指标权重的排序一般具有合理性，但无法避免主观随意性较大的缺陷[4];熵权法能从客观角度发掘出原始数据所蕴含的信息，但没有反映专家经验，有时会使得到的权重与实际情况相偏离。因此，本文采用层次分析法和熵权法相结合的办法来确定指标权重，即先利用层次分析法确定主观权重再利用熵权法确定客观权重，最后得到综合权重。

1)层次分析法确定主观权重

按照层次分析法确定权重的步骤，对各指标层次建立判断矩阵，计算出各指标对应的权重，检验判断矩阵的一致性，如表 2-1 至表 2-5 所示。

表2-1 各子系统之间的判断矩阵

表2-2 水资源子系统的判断矩阵

表2-3 社会子系统的判断矩阵

表2-4 经济子系统的判断矩阵

表2-5生态环境子系统的判断矩阵

上述列表中各判断矩阵均满足CR<0.1，即各层次单排序均满足一致性。将各层次单排序进行汇总，可得到指标层次总排序，见表 2-6。

表2-6 巴南区水资源承载力各指标权重

2)熵权法确定客观权重

按熵权法确定权重的方法，利用表 1-1 中的指标数据，根据不同准则层分别构造构造判断矩阵，对判断矩阵做归一化处理[7]，然后计算出评价指标的熵值为 :

从而得到各子系统层次的指标权重为：

进一步可计算得最高层的指标权重为H

U=(0.2243,0.2981,0.2056,0.2721)

3)综合权重

在利用层次分析法和熵权法分别求得指标权重后,可以按下式计算得指标的综合权重:

式中：

由此可求得层次分析法与熵权法的综合权重，有如下结果 :

U1、U2、U3、U4对总目标 U的权重依次为:0.4599,0.3208,0.1338,0.0855,记为 A=(0.4599,0.3208,0.1338,0.0855);

在水资源子系统内,U11、U12、U13、U14对U1的权重依次为 0.2799,0.4941, 0.1282,0.0978,记为 A1= ( 0.2799,0.4941, 0.1282,0.0978);

在社会子系统内，U21、U22、U23、U24,对U2的权重依次为:0.4748,0.2202,0.0876,0.2174,记为 A2= (0.4748,0.2202,0.0876,0.2174 );

在经济子系统内，U31、U32、U33、U34,对U3的权重依次为 0.4727,0.0561, 0.1633, 0.3078，记为 A3= ( 0.4727,0.0561, 0.1633, 0.3078);

在生态环境子系统内，U41、U42、U43对U4的权重依次为:0.2970,0.0853,0.6177,记为 A4=(0.2970,0.0853,0.6177)

2.2 评价指标分级

参考我国现行水资源评价标准和世界发达国家的水资源规划标准，以及其他学者的研究成果，将上述15个评价指标划分为V1、V2和V3三个等级[5]。V1级属状况较好，表示评价对象的水资源承载力较高，可开发利用的空间及潜力较大；V3属状况较差，表示评价对象的水资源承载力很低，水资源的承载能力已接近于饱和，继续开发利用的潜力较小；V2级情况介于V1与V3之间。各指标的分级值见表2-7。

表2-7 综合评价指标分级值

2.3 隶属度函数确定

采用线性隶属度函数，为使隶属函数在各级之间能平滑过渡，对于V2级，取中点处的隶属度为1，两侧边缘点的隶属度为0.5，中点向两侧线性递减；对于V1和V3两侧区间，令距临界值越远两侧区间的隶属度越大，在临界值上则属于两侧等级的隶属度各为0.5，由此构造出各评价等级隶属度函数的计算式。

令V1和V2级的临界值为k1，V2和V3级的临界值为k3，V2等级区间中点值为k2，且有k2=(k1+k3)/2。对于越小越优型指标，各评价等级隶属度函数计算公式如下：

                             （1）

                            （2）

                             （3）

对于越大越优型指标，只需将上面各式右端区间号“”改为“”、“”改为“”，采用相同的计算式即可。

将表1-1和表2-7的数据代入式（1）至式（3），可得到各指标对应各评分等级的隶属度矩阵R。

2.4 模糊综合评价

根据已算出的指标权重A和隶属度矩阵R求得巴南区2017-2021年水资源承载力综合评价结果矩阵B=AR，并根据计算式a=0.95V1+0.5V2+0.05V3求得相应的水资源承载力综合评分值a，结果见表2-8。

表2-8 巴南区2017-2021年水资源承载力综合评价结果

根据上表，可得巴南区 2017-2021 年水资源承载力综合评分值的变化趋势如图 2-1所示。

图2-1   水资源承载力综合评分值

2.5 评价结果分析

由表2-8可以看出：（1）2017-2021年巴南区水资源承载力综合来看对V2等级的隶属度较大，根据最大隶属度原则能够说明巴南区在这几年的水资源承载力处于中等承载水平，波动范围小，即水资源已开发到了一定程度，不再处于可持续利用度较高的状态，但仍可以为生产和生活提供必要水源。（2）2017年的水资源承载力综合评分值低于其他四年，之所以偏低，是因为该年的水资源总量较其他四年减少，使得水资源承载力降低。评价结果与巴南区2017-2021年水资源承载力现状一致，说明本文方法可行、有效。

3 结语

    为了提高水资源承载力，保证水资源的可持续利用，我们可以从影响水资源承载力的几 个方面来着手[6]。如加强多水源的优化配置、提高水资源供给保障能力、加快推进域外调水，缓解中长期水资源短缺矛盾。加快非常规水供给能力，提高在水资源配置中的比例。加强节水型社会建设、提高水资源高效利用能力，深度实施工业节水。加强水生态环境治理与修复、提高水生态复苏能力、加强水资源保护等。

参考文献

[1]  张海涛，甘泓，汪林，等．有关水资源承载能力基本问题的探讨[J]．中国水利水电科学研究院学报，2013，11(4)：309-313．

[2]  龙腾锐，姜文超，何强．水资源承载力内涵的新认识[J]．水利学报，2004(1)：38-45．

[3]  杨纶标．模糊数学原理及应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2011：24-39．

[4]  陈宏民．系统工程导论[M]．北京：高等教育出版社，2006：199-200．

[5]  孙远斌，高怡，石亚东，等．太湖流域水资源承载能力模糊综合评价[J]．水资源保护，2011，27(1)：20-23，33．

[6]  朱照宇．珠江三角洲经济区水资源可持续利用初步评价[J]．资源科学，2002，24(1)：56-61．

[7]  刘川.万州区水资源承载力综合评价研究[D].重庆交通大学,2016.

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