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中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià)

文檔作者：王成麗韓宇平阮本清解建倉文檔來源： 1．中國水利水電科學(xué)研究院 2．華北水利水電學(xué)院 3．西安理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月23日
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第8卷第1期 中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào) v。1
． 8 N。．1
竺! 型 ! of Water Res。urces踟d Hydmp。w Research March，2010
文章編號：1672—3031(2010)01—0034—05
中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià)
王成麗 ，韓宇平2阮本清 ，解建倉。
(1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2．華北水利水電學(xué)院，河南鄭州450045；
3．西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西西安710048)
摘要：在對水安全度定義的基礎(chǔ)上，選取水供需矛盾、生態(tài)環(huán)境、糧食安全、飲用水安全和控制災(zāi)害等評價(jià)指
標(biāo)，采用多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選理論方法，建立了區(qū)域發(fā)展水安全測度模型。并利用層次分析法(AHP)確定各評
價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合水安全評價(jià)指標(biāo)體系和所建模型，對我國區(qū)域發(fā)展的水安全狀況進(jìn)行了分析評價(jià)，取得了較
為滿意的結(jié)果，可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。
關(guān)鍵詞：區(qū)域發(fā)展；水安全；多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型；AHP法
中圖分類號：TV213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 研究背景
水是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)健康發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源，也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)持續(xù)良性循環(huán)的控
制性要素。水安全是水資源、水環(huán)境和水災(zāi)害的綜合效應(yīng)，兼有自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人文的屬性。
目前水安全已經(jīng)成為21世紀(jì)現(xiàn)代水利的主要目標(biāo)，成為資源環(huán)境學(xué)科研究的重要前沿問題 。
由于我國水資源人均占有量低，時(shí)空分布變異性大，水資源的分布與人口、生產(chǎn)力、耕地、礦
產(chǎn)資源和生態(tài)環(huán)境的需求不相協(xié)調(diào) ，許多學(xué)者從不同側(cè)面對我國各省區(qū)的可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行了詳
細(xì)研究 ，但在注重區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的同時(shí)，卻較少見到從水安全的角度對全國區(qū)域發(fā)展進(jìn)行
評價(jià)的報(bào)道。盡管國內(nèi)在水安全的度量、評價(jià)和保障體系等方面已有一些相關(guān)研究 。 ，但隨著社會(huì)
經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的變化，區(qū)域水安全問題始終是人們關(guān)心的重大問題，本文提出的水安
全度的概念，建立的水安全多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型，旨在對我國的區(qū)域發(fā)展所面臨的區(qū)域水安
全進(jìn)行對比分析，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。
2 水安全評價(jià)模型
水安全是一個(gè)涉及多方面內(nèi)容的綜合概念，水安全評價(jià)則是對其體系中存在的危險(xiǎn)程度進(jìn)行分
析評估，并以水安全度對水安全狀況做出定量表示，它反映了一定經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段對水的認(rèn)識(shí)水平和
價(jià)值判斷。
2．1 水安全度對空間維上的模糊概念“水安全”的相對隸屬度稱為水安全度，在區(qū)域水安全評價(jià)中
水安全度相當(dāng)于決策優(yōu)屬度。
由于目前對水安全難以給出一個(gè)絕對的定義，所以水安全度也只是一個(gè)相對概念，它難于測算
區(qū)域水安全度的絕對值，而只能進(jìn)行方案比較或區(qū)域比較。如對全國區(qū)域水安全進(jìn)行評價(jià)時(shí)，可分
別選取各區(qū)域中水安全狀況最好和最差的區(qū)域作為理想和最不理想值，而其它地區(qū)對理想值的相對
隸屬程度作為區(qū)域的水安全度。由水安全度的定義可知，其計(jì)算模型可采用多目標(biāo)模糊優(yōu)選理論。
收稿13期：2009—12—25
作者簡介：王成麗(1960一)，女，安徽界首人，高級工程師，主要從事農(nóng)田水利、水文學(xué)及水資源和編輯學(xué)等方面研究。
E-mail：wangcl@iwhr．com
· - - — — 34 ---——
中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià) 王成麗韓宇平 阮本清解建倉
2．2 區(qū)域水安全多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型設(shè)多目標(biāo)決策問題的方案集為D=(Dl，D2，? ，D )， 目標(biāo)集為
G=(G1，G2，? ，G )，方案D 對指標(biāo) 的屬性值記為 ( 1，2，?n；j=2，2，?m)，矩陣 =( ) 表示
個(gè)目標(biāo)對n個(gè)決策評價(jià)的目標(biāo)特征值矩陣：
=
X11 X12
X21 X22
m1 m2
將式(1)中的特征指標(biāo)值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指標(biāo)相對隸屬度。
對越大越優(yōu)型指標(biāo)，其隸屬度構(gòu)造為
— mj”／
‘
一
．n
對越小越優(yōu)型指標(biāo)，其隸屬度構(gòu)造為
Xi 一
則式(I)轉(zhuǎn)化為指標(biāo)隸屬度矩陣為：
R=
r11 r12
r21 r22
rm1 r仃L2
(1)
(2)
(3)
(4)
若定義各評價(jià)指標(biāo)的理想屬性值(水很安全)為E=(E ，E ，? ，E ) ，各評價(jià)指標(biāo)的非理想屬性
值(水不安全)為日=(曰．，B ，? ，B ) =(0，0，? ，0) ，同時(shí)采用層次分析法b 求出各目標(biāo)權(quán)重向
量A=(A，，A ， ? ，A )，利用模糊優(yōu)選理論模型 求得決策優(yōu)屬度為
r ， ，1—2，p
u =l +I莖 i 1-rij)] L u一 ，／?莖 (A r ) Jl Jl (5)
式中：P為距離參數(shù)，P=1海明距離，P=2歐氏距離。
決策優(yōu)屬度u 便是相對的區(qū)域水安全度。在滿足約束的決策集D中，水安全度u 從大到小的排
列次序稱為滿意排序。
2．3 區(qū)域水安全度評價(jià)方法 設(shè)系統(tǒng)分解為日層(最高層為日)，若第】層(最底層)有m個(gè)并列單元
系統(tǒng)，由于決策系統(tǒng)分為m個(gè)子系統(tǒng)，可根據(jù)式(5)得模糊矩陣為：
U=
lu g2
2“
● ● ●
m
u
1“ gn
2M
● ● -
M
m gn
顯然式(6)與式(4)相當(dāng)，令 u ，便得到高一決策層次的模糊矩陣：
R =
r11 r12
r21 r22
rml r
m2
? rl
? r2
“
● ● ● ● ● ●
? r
m n
(6)
(7)
設(shè)m個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)向量為A=(A ，A2，? ，A ) ， 由式(5)可解得n個(gè)系統(tǒng)方案的決策優(yōu)屬度。求
出的決策優(yōu)屬度可進(jìn)行上層次中單元系統(tǒng)的計(jì)算。如此從底層向高層：進(jìn)行模糊優(yōu)選計(jì)算，直至最
高層次。由于最高層次只有一個(gè)系統(tǒng)單元，可得到最高層單元系統(tǒng)的輸出一決策或方案-『的水安全
度向量：
= (ul，“2，? ，uo) (8)
n ～ 塒
～ ～ ～ 一
～
～ ～ ～ ～
中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià) 王成麗 韓宇平 阮本清 解建倉
求解式(8)后按方案的優(yōu)屬度從大到小可以選擇多層次系統(tǒng)的滿意決策與決策的滿意排序。
對于具有3層結(jié)構(gòu)的水安全評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)可以利用上述方法求其各層決策優(yōu)屬度，從而可以得到
水安全評價(jià)的滿意排序。
2．4 水安全度評價(jià)指標(biāo)的確定評價(jià)指標(biāo)的確定要遵循可比性、相關(guān)性、整體性和簡捷性的原
則。水安全評價(jià)體系涉及因素很多，考慮到資料來源的可行性，參考文獻(xiàn)[8]，選取5個(gè)方面共22類
指標(biāo)作為區(qū)域水安全的評價(jià)指標(biāo)，其層次結(jié)構(gòu)見圖1。
第3層 第2層 第1層 指標(biāo)層
水安全評價(jià)
水供需矛盾(0．5132)
生態(tài)環(huán)境(0．2133)
水資源條件(0．5565)
供水潛力(0．3320)
用水量(0．1115)
水環(huán)境(0．4480)
生態(tài)安全(0．5520)
』人均水資源(0．5031)
J 1
l畝均水資源(0．4969)
{ f地表水利用程度(0．53o4)
I地下水利用程度(0．4696)
f工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量(0．3103)
{農(nóng)業(yè)用水綜合定額(0．3103)
1人均用水量(0．3794)
f單位面積c0D排放量(0．3330)
{工業(yè)廢水處理排放達(dá)標(biāo)率(0．3330)
lⅣ級以上河流水質(zhì)級別占河長的比例(0．3340)
f侵蝕模數(shù)指數(shù)(0．2103)
{荒漠化指數(shù)(0．47o4)
I森林覆蓋率指數(shù)(0．3193)
糧食安全(O．1334)——糧食供給{糧食單產(chǎn)(0．1553
0 2219
)
1人均口糧( ． )
l灌溉面積率(0．6228)
控制災(zāi)害(0．1298)
自然災(zāi)害(0．4450)
控制措施(0．5550)
『洪水受災(zāi)面積率(0．3452)
{干旱受災(zāi)面積率(0．3776)
I區(qū)域工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值密度(0．2772)
【單位面積蓄水總庫容(0．4431)
I地方保護(hù)耕地面積率(0．5569)
圖1 水安全評價(jià)的指標(biāo)體系(括號中數(shù)字為用AHP法計(jì)算出來的各層次指標(biāo)權(quán)重)
3 我國區(qū)域發(fā)展的水安全綜合評價(jià)
本文以2001年中國統(tǒng)計(jì)年鑒和2000年水資源公報(bào)數(shù)據(jù)為例，選取各地區(qū)水安全評價(jià)指標(biāo)，其中
部分指標(biāo)如侵蝕模數(shù)指數(shù)、荒漠化指數(shù)、森林覆蓋指數(shù)參考了文獻(xiàn)[6]，并經(jīng)過歸一化處理，均為越
小越優(yōu)型指標(biāo)。在評價(jià)指標(biāo)中屬越大越優(yōu)型的指標(biāo)有人均水資源量、畝均水資源量、工業(yè)廢水處理
排放達(dá)標(biāo)率、人均口糧、糧食單產(chǎn)、灌溉面積率、單位面積蓄水工程總庫容和堤防保護(hù)耕地面積
率。其余的指標(biāo)均為越小越優(yōu)型指標(biāo)。
根據(jù)水安全評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)(分解為3個(gè)層次)，采用AHP法確定其各自指標(biāo)權(quán)重值 ，爾后結(jié)合多
目標(biāo)模糊優(yōu)選模型和方法由底層到高層逐層次計(jì)算其決策優(yōu)屬度 。各層次各指標(biāo)權(quán)重見圖1，決
策優(yōu)屬度見表2。
由表2可知：(1)從水安全的總體評價(jià)來看，西藏的水安全形勢最好，寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、新
疆、青海和山西等省區(qū)水安全狀況較差。(2)從水供需矛盾方面分析，天津的決策優(yōu)屬度排在倒數(shù)第
l位，其水供需矛盾較為突出；而西藏水供需矛盾的決策優(yōu)屬度排在全國第1位。其它各省區(qū)的水供
需矛盾決策優(yōu)屬度則介于上述二者之間。(3)從生態(tài)環(huán)境方面分析，決策優(yōu)屬度排在后面的幾個(gè)省區(qū)
基本上屬于西部省份，如新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、西藏和青海等，這與實(shí)際情況比較吻合；生態(tài)環(huán)境
一36 —
中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià)王成麗 韓宇平 阮本清解建倉
表2 中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià)第1、第2層次決策優(yōu)屬度和水安全度
第水安
1層次決策優(yōu)屬度 第2層次決策優(yōu)屬度 全度
霪 用水量水環(huán)境 霎蓑 吳 薯 水矛供盾需 環(huán)生境態(tài) 控災(zāi)制害 安糧全食 飲安用全水
北京 O．【x】0 0．768 0．693 0．761 0．641 0．104 0．590 0．828 0．895 0．181 0．8；94 0．896 0．104 0．895 0．271
天津 0．o00 O．o0O 0．697 0．768 0．585 0．049 0．519 0-213 0．807 0．014 0．814 0．816 0．049 0．807 0．166
河北 0．OOHD 0．870 0．70l 0．754 0．344 0．427 0．421 0．244 0．427 0．220 0．353 0．353 0．427 0．427 O．115
山西 0．00H0 0．984 0．686 0．724 0．146 0．108 0．472 0．582 0．008 0．263 0．1 12 0．110 0．108 0．008 O．O94
內(nèi)蒙 O．000 0．995 0．7o0 0．687 0．429 0．785 0．303 0．oo0 0．024 0．267 0．046 0．045 0．785 0．024 0．092
遼寧 O．0H0O 0．950 0．670 0．749 0．226 0．146 0．665 0．772 0．323 0．250 0．427 0．423 0．146 0．323 0．152
吉林 O．00O 0．993 0．645 0．748 0．363 0．941 0．737 0．649 0．096 0．266 0．299 0．294 0．94l 0．096 0．128
黑龍江 O．ooO 0．988 0．452 0．743 0．271 0．958 0．749 0．539 0．045 O．26l 0．2：81 0．276 0．958 0．045 0．1I9
上海 0．0o0 0．984 0．681 0．484 0．213 0．144 0．486 1．000 0．422 0．263 0．3；96 0．395 0．144 0．422 0．160
江蘇 0．0o0 0．997 0．667 0．763 0．342 0．580 0．497 0．694 0．795 0．268 0．792 0．795 0．580 0．795 0．304
浙江 0．000 1．000 0．658 0．761 0．516 0．204 0．800 0．990 0．577 0．269 0．786 0．784 0．204 0．577 0．293
安徽 0．001 0．999 0．669 0．755 0．292 0．531 0．609 0．968 0．199 0．268 0．277 0．273 0．531 0．199 0．128
福建 0．000 1．000 0．548 0．747 0．702 0．160 0．9o9 0．957 0．059 0．268 0．381 0．375 0．160 0．059 0．149
江西 0．003 1．000 0．515 0．719 0．773 0．486 0．837 0．974 0．117 0．266 0．2174 0．368 0．486 0．1 17 0．147
山東 0．000 0．945 0．697 0．764 0．183 0．585 0．502 0．982 0．725 0．249 0．743 0．746 0．585 0．725 0．268
河南 0．000 0．990 0．687 0．753 0．262 0．626 0．569 0．360 0．480 0．265 0．530 0．529 0．626 0．480 O．2O4
湖北 0．000 1．000 0．6l0 0．743 0．602 0．432 0．678 0．948 038l 0．268 0．498 0．495 0．432 0．38 1 0．191
湖南 0．001 1．000 0．61 1 0．716 0．682 0．606 0．776 0．962 0．081 0．268 0315 O．310 0．606 0．O81 0．133
廣東 0．o01 1．000 0．574 0．737 0．680 0．1 14 0．787 0．986 0．3 l l 0．267 0．5；00 0．495 0．114 0．311 0．189
廣西 0．001 1．000 0．369 0．715 0．405 0．317 0．694 0．998 0．017 0．265 0．236 0．232 0．3 17 0．017 0．114
海南 0．002 1．000 0．4_45 0．739 0．740 0．1l1 0．947 0．945 0．125 0．266 0．44l 0．436 0．1 1 1 0．125 0．165
重慶 0．001 1．000 0．656 0．753 0．673 0．364 0．706 0．972 0．003 0．269 0．238 0．234 0．364 0．o03 0．1I8
四川 0．000 1．000 0．604 0．717 0．670 0．532 0．647 0．989 0．cHD3 0．268 0．2o4 0．201 0．532 0．o03 O．1I1
貴卅l 0．000 1．000 0．498 0．695 0．664 0-271 0．602 0．979 0．003 0．266 0．178 0．175 0．271 O．003 0．11)5
云南 0．001 1．000 0．594 0．722 0．674 0．303 0．687 0．984 0．0o3 0．268 0．227 0．223 0．303 0．0o3 O．1l5
西藏 1．000 1．000 0．424 0．500 0．708 0．409 0．301 0．780 0．037 0．995 0．047 0．046 0．409 0．037 0．852
陜西 0．000 0．996 0．670 0．727 0．281 0．19l 0．621 0．467 0．oo3 0．267 0．189 0．186 0．191 O．003 0．11)8
甘肅 0．000 0．997 0．570 0．702 0．775 0．140 0．276 0．625 0．001 0．266 0．036 0．035 0．140 0．0o1 0．090
青海 0．005 1．00O 0．539 0．728 0．713 0．018 0．327 0．678 0．O31 0．268 0．055 0．054 0，018 0．031 0．094
寧夏 0．000 0．699 0．278 0．632 0．150 0．617 0．191 0．594 0．057 O．146 0．260 0．327 0．617 0．057 O．071
新疆 0．001 0．999 0．623 0．680 0．745 0．539 0．184 0．426 0．129 0．268 0．03 1 0．03 1 0．539 0．129 0．093
方面決策優(yōu)屬度排在前3位的是北京、天津和江蘇，這與當(dāng)?shù)刂匾暽鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)實(shí)力有
關(guān)。(4)從控制災(zāi)害方面分析，全國在控制災(zāi)害方面的決策優(yōu)屬度變化和上面的生態(tài)環(huán)境狀況基本吻
合。這是由于生態(tài)環(huán)境狀況惡化的地區(qū)往往受旱災(zāi)的威脅較大，同時(shí)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)又滯后導(dǎo)致控
制災(zāi)害的能力偏低的原因。(5)從糧食安全方面分析，全國糧食安全程度最高的地區(qū)是黑龍江，最低
的地區(qū)是青海，這與當(dāng)?shù)氐乃翖l件和人口有關(guān)。(6)從飲用水安全方面分析，甘肅的狀況是全國最
差的，北京則是全國最好的，說明甘肅當(dāng)?shù)氐姆^(qū)人數(shù)比例太高，需要在飲用水安全方面花大力
氣解決當(dāng)?shù)厝丝谒媾R的氟病威脅。
4 結(jié)語
本文在對水安全度定義的基礎(chǔ)上建立了水安全度的測算模型，在水安全度的定義和測算模型中
注重其在各區(qū)域之間的比較性，是一個(gè)相對的概念，并不能對某一區(qū)域單獨(dú)測算水安全度，而只能
一37 一一
中國區(qū)域發(fā)展的水安全評價(jià)王成麗韓宇平 阮本清解建倉
在不同區(qū)域之間比較時(shí)采用這一概念。通過采用2000年數(shù)據(jù)對我國各省區(qū)的水安全度進(jìn)行測算可以
比較定量的反映各區(qū)域發(fā)展中所面臨的水安全狀況。綜合上述的研究分析，可以有以下幾點(diǎn)初步結(jié)
論：(1)水安全度總體上可以反映區(qū)域水資源開發(fā)和利用中所面臨的安全狀況；(2)總體上講我國的
水安全狀況較差，這與我國目前正在進(jìn)行的現(xiàn)代化建設(shè)不相協(xié)調(diào)。又由于我國水資源存在著巨大的
時(shí)空分布不均、各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不盡相同及節(jié)水意識(shí)不同，使得各地的水安全狀況存在著巨大
的差異；(3)各地區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中應(yīng)該及時(shí)評估當(dāng)?shù)氐乃踩珷顩r，經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模應(yīng)該和水安
全狀況相適應(yīng)，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)注意改善區(qū)域水安全狀況，做到水安全度的提高與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相
協(xié)調(diào)。
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W ater safety evaluation for regional development in China
WANG Cheng—li ，HAN Yu—ping ，RUAN Ben-qing。，XIE Jian-cang3
(1．China Institute ofwaterResources andHydropowerResearch，Beijing 100038，China；
2．North ChinaUniversityofWaterResources andElectricPower，Zhengzhou 450045，China；
3．Xi’an University ofTechnology，Xi’an 710048，China)
Abstract： In this paper， the status of water safety for regional development in China
contents of water safety evaluation involve discrepancy between water supply and demand，
is evaluated． The
food security， drinking water security and calamity mitigation． After defining water safety degree， a
multi'level and multi—objective fuzzy optimization model is adopted to establish a water safety degree
evaluation mode1．The Analytic Hierarchy Process(AHP)method is used to judge the weights of each index．
The model is applied for the water safety degree evaluation for regionat development in China and a
satisfactory result is obtained．
Key words：regional development；water safety；multi—level and multi—objective fuzzy optimization model；
Analytic Hierarchy Pmcess(AHP)method
(責(zé)任編輯：王成麗)
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