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基于AHP熵权法的郑州市水资源承载力评价研究

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第31卷第2期圆园19年4月黄河水利职业技术学院学报

允燥怎则灶葬造燥枣再藻造造燥憎砸蚤增藻则悦燥灶泽藻则增葬灶糟赠栽藻糟澡灶蚤糟葬造陨灶泽贼蚤贼怎贼藻灾燥造援31晕燥援2Apr援圆园19基于AHP-熵权法的郑州市水资源承载力评价研究宋浩静员袁张

河南郑州(员援河南广播电视大学,

宾圆

源缘园园园远)

河南郑州源缘园园源远;圆援郑州市水利建筑勘测设计院,

针对水资源承载力评价涉及因素众多的特点袁从水资源尧社会尧经济尧生态源个方面入手袁选摘要:

取员缘项指标袁建立综合评价指标体系袁并结合郑州市圆园园苑耀圆园员远年统计资料袁运用层次分析法和熵权法相结合的主客观赋权法计算指标综合权重袁最后采用野模加和冶法对郑州市水资源承载力进行综合评价遥结果表明院圆园园苑耀圆园员猿年袁郑州市水资源承载力整体呈下降趋势袁圆园员员年有所回升袁圆园员猿年后趋于稳定遥

关键词院郑州市曰水资源承载力曰综合评价曰主客观赋权法曰层次分析法曰熵权法;法“模加和”中图分类号:栽灾131.4

文献标识码:A

凿燥蚤院员园援员猿远愿员辕躁援糟灶噪蚤援糟灶源员原员圆愿圆辕贼增援圆园员9援园2援园01市水资源承载力变化的主要因素咱7暂遥

实现水资源的可持续利用咱1暂遥为更好地解决水资源的供需失调问题袁处理好水资源的开发利用与保护的关系袁需要全面分析社会经济发展尧生态系统保护与水资源短缺之间的矛盾遥水资源承载力是在一定条件下袁区域自身水资源能够承载经济社会发展的合经济尧社会尧人口尧生态系统进行研究咱2暂遥截至目前袁系统动力学尧模糊层次分析法尧生态足迹法等多种方法被广泛应用于水资源承载力的研究中遥张兰采用系统动力学模型仿真模拟了苏州市趋势型尧节水是提高水资源承载力的根本途径咱3暂遥徐中民等根并用该模型分析了张掖地区各规划水平年的水资源津市水资源承载力预警体系袁并与模糊综合评判法承载力咱4暂遥史毅超运用改进的可变模糊法建立了天水型尧开源型猿种不同方案的水资源承载力袁发现节最大规模遥它不仅要考虑水资源自身的影响袁还要结

圆园员员年中央一号文件特别指出袁要划定水资源管理的野三条红线冶袁实行最严格的水资源管理制度袁

引言

郑州市是混合型缺水型城市袁造成其水资源短

缺的主要原因有水资源总量不足尧水环境恶化尧工程决郑州市水资源的短缺问题咱8暂袁单一指标也不能综合反映其水资源承载力现状遥笔者试以水资源保护匀蚤藻则葬则糟澡赠孕则燥糟藻泽泽袁简称粤匀孕冤和熵权法建立了一套综合评价指标体系袁利用主客观赋权相结合的方法袁综合评价郑州市水资源的承载力状况袁以掌握当前郑州市水资源的缺水状态和严重程度袁进而为郑州市水资源的合理开发袁实现水资源的可持续利用提供参考遥

与可持续利用为目标袁应用层次分析法渊粤灶葬造赠贼蚤糟措施落后或管理不到位等遥因此袁单一措施并不能解

据多目标决策分析技术建立了水资源承载力模型袁

员援员综合评价指标体系的构建

水资源承载力评价指标的选取需要考虑诸多因素的影响遥根据水资源承载力理论和可持续发展原理袁并查阅相关参考文献和咨询专家意见袁结合郑州市的社会尧经济尧生态等状况袁建立了如表员所示的综合评价指标体系咱9耀10暂遥该评价体系以郑州市水资源承载力评价为第一层次渊目标层冤袁以郑州市水资源尧社会尧经济尧生态系统为第二层次渊准则层冤袁选取员缘个有代表性尧针对性比较强的指标为第三层次渊指标层冤遥

员评价模型的建立

进行比较袁验证了模型的合理性咱5暂遥余灏哲在山东省水足迹计算的基础上袁基于杂孕粤原灾云杂模型对山东省水资源承载力进行了评价袁得到了水资源承载力的时空变化规律咱6暂遥周亮广等运用主成分分析法和熵权法分析了贵阳市水资源承载力袁得出了影响贵阳

收稿日期院圆园员愿原员圆原圆苑

基金项目院郑州市社会科学调研课题院郑州市水资源承载力提升对策研究渊在杂蕴载圆园员愿猿园苑冤遥

作者简介院宋浩静渊员怨愿怨原冤袁女袁河南开封人袁助教袁硕士袁主要从事水利水电工程专业的教学与研究工作袁研究方向为水资

源安全评价与风险分析遥

1

黄河水利职业技术学院学报

表员郑州市水资源承载力综合评价指标体系

栽葬遭援员目标层

圆园19年第2期

宰葬贼藻则则藻泽燥怎则糟藻糟葬则则赠蚤灶早糟葬责葬糟蚤贼赠糟燥皂责则藻澡藻灶泽蚤增藻藻增葬造怎葬贼蚤燥灶蚤灶凿藻曾泽赠泽贼藻皂燥枣在澡藻灶早扎澡燥怎悦蚤贼赠

准则层

指标层

U12产水模数/渊万m3/km2冤U11人均水资源量/渊m3/人冤计算公式

水资源总量/行政区域总面积水资源总量/行政区域总人口数水资源系统U1

社会系统U2

水资源承载力U

经济系统U3

U41生态环境用水率/%

生态系统U4

U42城市污水处理率/%

U34农田灌溉亩均用水量/m3

U33万元工业增加值用水量/渊m3/万元冤

U32万元GDP用水量/渊m3/万元冤

U31人均GDP/元

U24人均生活用水量/渊m3/人冤U23城镇化率/%

U22人口自然增长率/译

U21人口密度/渊人/km2冤U14供水模数/渊万m3/km2冤U13水资源开发利用率/%

供水总量/水资源总量

供水总量/行政区域总面积年人口自然增长数/年均人口数城镇人口数/行政区域总人口数生活用水总量/总人口数GDP/总人口数用水总量/GDP

行政区域总人口/行政区域总面积灌溉用水量/灌溉面积

工业用水量/工业总产值

生态环境用水量/供水总量污水处理量/污水排放总量水功能区达标数/水功能区总数

U43水功能区水质达标率/%

权法袁它主要依据专家知识和经验判断各个指标对目标的重要程度袁从而确定指标的权重遥因此袁它的主观性较强遥粤匀孕计算主观权重主要分为以下猿个步骤遥

渊员冤成立专家小组袁在综合评价指标体系的基础上袁对同层次元素按照怨级标度法确定两两指标的重要性程度袁构造判断矩阵U=渊uij冤n伊n遥

渊圆冤根据公式UW忆=姿maxW忆计算判断矩阵的最大特征值和对应特征向量袁并进行一致性检验遥

渊猿冤对特征向量进行归一化处理袁得到权重向量

员援圆粤匀孕计算主观权重

粤匀孕是一种定量和定性分析相结合的主观赋

小值尧最大值曰rij忆为标准化后的数据遥

渊圆冤根据信息熵的定义袁确定各指标熵值遥第蚤个指标的熵可用式渊猿冤计算遥

ei=-渊lnm冤-1移fijlnfijj=1mm值曰min嗓rij瑟尧max嗓rij瑟分别为第蚤个指标皂年的最

jj式渊员冤和式渊圆冤中院rij为第蚤个指标第皂年统计

渊猿冤渊源冤

式中院枣蚤躁可根据式渊源冤计算遥枣蚤躁=渊1+rij忆冤/移渊1+rij忆冤

j=1W忆=蓘W1忆袁W2忆袁噎袁Wn忆蓡遥员援猿熵权法计算客观权重

渊猿冤根据灶个评价指标的熵值袁计算权重袁计算式为式渊缘冤遥

wi义=渊1-ei冤/渊n-移ei冤

i=1n熵权法是一种客观赋权法袁能够避免人为的干扰遥通过信息论的原理可知袁熵反应了信息的无序化程度袁熵值越小袁系统无序程度越小袁利用价值越大袁则权重越大遥熵权法确定指标权重可分为以下猿步遥渊员冤根据灶个评价指标皂年的数据资料构造判断矩阵R=渊rij冤n伊m袁并对数据进行处理袁消除量纲尧数渊员冤进行归一化处理遥对于限制类指标渊越小越优型冤袁按式渊圆冤进行归一化处理遥

渊缘冤

由各指标权重袁根据式渊远冤计算出上一层准则层

权重遥

W义=蓘wi义渊1-ei冤蓡/员援源

组合赋权与综合评价

蓘移

ni=1wi义渊1-ei冤

蓡渊远冤

量级的影响遥对于发展类指标渊越大越优型冤袁按式

按照式渊苑冤将主观权重和客观权重计算结果进行综合袁可得各指标权重遥

wi=渊wi忆wi义冤/渊移wi忆wi义冤

i=1n2

嗓rij瑟-rij蓡/蓘max嗓rij瑟-min嗓rij瑟蓡rij忆=蓘maxjjj嗓rij瑟蓡/蓘max嗓rij瑟-min嗓rij瑟蓡rij忆=蓘rij-minjjj渊员冤渊圆冤

渊苑冤

出水资源承载力值咱员1暂袁计算式为式渊愿冤遥

根据计算的综合权重袁采用野模加和冶法可计算

Z=

化处理后的数值遥

式中院wi为各指标的综合权重袁rij忆为各指标归一

姨移ni=1宋浩静袁等院基于AHP-熵权法的郑州市水资源承载力评价研究

wirij忆渊愿冤

要的综合交通枢纽尧中原经济区核心城市袁总面积的苑源源远援圆噪皂圆袁总人口怨苑圆援源万人遥郑州市属暖温带要北亚热带过渡型大陆性季风气候袁冷暖适中袁四季分明袁春季干旱少雨袁夏季炎热多雨袁秋季晴朗日照长袁冬季寒冷少雨遥根据郑州市统计年鉴尧郑州市水资源公报袁将郑州市圆园园苑耀圆园员远年评价指标数据进行整理袁结果如表圆所示遥

圆援员构建评价指标体系

郑州市地处华北平原南部尧黄河下游袁是国家重

栽葬遭援圆指标U11/渊m3/人冤U13/%

U12/渊万m3/km2冤U14/渊万m3/km2冤U21/渊人/km2冤U22/译U23/%

郑州市水资源承载力评价

表圆郑州市圆园园苑耀圆园员远年水资源承载力评价指标数据

宰葬贼藻则则藻泽燥怎则糟藻糟葬则则赠蚤灶早糟葬责葬糟蚤贼赠藻增葬造怎葬贼蚤燥灶蚤灶凿藻曾凿葬贼葬燥枣在澡藻灶早扎澡燥怎悦蚤贼赠枣则燥皂圆园园苑贼燥圆园员远

2007139.9713.8

2008113.3211.3

2009126.3712.8

2010111.1415.3

2011158.3718.8

201299.9712.1

201383.2710.8

201485.542.23011.3

201596.0313

201699.4513.7

21.440

1.551

9884.7

21.877

1.933

999

23.397

1.833

U24/渊m3/人冤U31/渊元冤U32/渊m3/万元冤U34/m3U41/%U42/%

34068

48.619

61.3

U33/渊m3/万元冤

63.8

40736

49.996

62.3

4.8

101063.44.9

27.169116363.65.2

1.774

21.817

1.158

1189

22.877

1.887

174.26.66831.4

46.2

54.2

44206

49.349

16.661

120

32

52.7

49800

47.592

U43/%0.0014.2947.2

14.040

177.145.6

33

40.2

56560

50.747

64.8

5.3

121366.35.5

24.714123467.15.6

2.293

25.229125968.35.9

25.860

1.992

1285

27.81713066.671

2.034

25.26547.43.45125.2

29.8

32.6

61685

52.375

24.7

30.7

68021

55.113

11.827

115

24.6

28.4

72993

58.334

0.0057.5

11.756

110

6.9048.27.4113.076

153.4

17.9

26.5

77179

59.553

69.7

5.8

22.756

12.25194.940.9153.2

18.1

16

8411414.816.8173

60.538

11.68697.237.5156

19

14.33098.0357.12圆援圆主观权重计算

为准确评价郑州市水资源承载力袁课题组邀请水资源领域的专业技术人员和科研人员依据郑州市实际水资源情况构造综合评价指标体系袁以准则层为例袁建立如式渊怨冤所示的判断矩阵哉遥

哉=

杉山山山山山山山山山山山山山删

渊员冤耀渊远冤计算指标层权重和准则层权重袁结果为院

W1义=蓘0.26610.24210.21670.2751蓡袁W2义=蓘0.32030.17630.22710.2763蓡袁W3义=蓘0.24370.23260.18440.3393蓡袁

W义=蓘0.22960.25790.24820.2643蓡遥圆援源组合赋权

将采用层次分析法计算的主观权重与采用熵权法计算的客观权重按照公式渊苑冤结合起来袁得到各指标的综合权重袁如表猿所示遥

圆援缘综合评价

将各指标组合权重和归一化处理后的数据按照公式渊愿冤进行计算袁先由指标层数据计算准则层评价值袁再由准则层评价值计算目标层评价值袁可得出郑州市圆园园苑耀圆园员远年水资源承载力评价值袁结果如表源所示遥与此同时袁绘制出郑州市圆园园苑耀圆园员远年各系统评价值的变化趋势图渊即图员冤和水资源承载力综合评价值的变化趋势图渊即圆冤遥

3

W4义=蓘0.20550.38780.4067蓡袁

1

1/31/4

3

W忆=蓘0.53570.21870.14390.1018蓡袁一致性指标CR=0.0303<1遥所以袁矩阵哉具有较好的一致性遥经计算袁指标层各指标的特征向量和一致性指标为院W1忆=蓘0.47470.16300.25510.1072蓡袁CR1=0.0171曰W4忆=蓘0.49340.31080.1958蓡袁CR4=0.0521遥圆援猿客观权重计算

W2忆=蓘0.40130.09740.16380.3375蓡袁CR2=0.0116曰W3忆=蓘0.10890.35120.35120.1887蓡袁CR2=0.0039曰

1/41/21/21

采用酝粤栽蕴粤月软件计算出准则层的特征向量

1/2

1

4

2

4

1

2

2

煽衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫闪

渊怨冤

根据表圆中的数据袁建立判断矩阵袁并按照公式

黄河水利职业技术学院学报

表猿各指标综合权重

栽葬遭援猿

准则层

准则层权重

Comprehensiveweightofeachindex

指标层

U12产水模数/渊万m3/km2冤U14供水模数/渊万m3/km2冤社会系统U2

0.2330

U22人口自然增长率/译U23城镇化率/%

U24人均生活用水量/渊m3/人冤U21人口密度/渊人/km2冤U13水资源开发利用率/%U11人均水资源量/渊m3/人冤圆园19年第2期

指标层权重0.50420.15750.22060.11770.46550.06220.13470.33760.11200.34460.27330.27010.33630.39970.2641水资源系统U1

0.5082

U31人均GDP/元

经济系统U3

0.1476

U32万元GDP用水量/

U34农田灌溉亩均用水量/m3

生态系统U4

0.1112

U41生态环境用水率/%U42城市污水处理率/%

U33万元工业增加值用水量/渊m3/万元冤

U43水功能区水质达标率/%

表源郑州市水资源承载力评价结果

栽葬遭援源宰葬贼藻则则藻泽燥怎则糟藻糟葬则则赠蚤灶早糟葬责葬糟蚤贼赠藻增葬造怎葬贼蚤燥灶则藻泽怎造贼泽燥枣在澡藻灶早扎澡燥怎悦蚤贼赠

系统水资源社会经济生态综合评价

20070.83770.98650.35170.00000.7757

20080.62550.95080.72560.58440.7247

20090.70690.94140.53860.46740.7263

20100.62330.83400.77730.66950.7060

20110.99650.74510.85490.53080.8793

20120.55490.67100.86830.47650.6308

经济系统

20130.23940.57770.80210.60690.4928

20140.29170.43210.80290.81910.5065

生态系统20150.47280.31730.83030.81170.5586

20160.46470.00000.79650.89570.5409

水资源系统1.21.00.80.60.40.20.0

200720082009社会系统2010201120122013201420152016年份

图1郑州市2007耀2016年各系统评价值的变化趋势图

Fig.1

ChangetrendofeachsystemevaluationvalueofZhengzhouCityfrom2007to2016

4

宋浩静袁等院基于AHP-熵权法的郑州市水资源承载力评价研究

1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

2007200820092010201120122013201420152016年份

图2郑州市2007耀2016年水资源承载力综合评价值的变化趋势图

Fig.2悦澡葬灶早藻贼则藻灶凿燥枣憎葬贼藻则则藻泽燥怎则糟藻糟葬则则赠蚤灶早糟葬责葬糟蚤贼赠糟燥皂责则藻澡藻灶泽蚤增藻藻增葬造怎葬贼蚤燥灶增葬造怎藻燥枣在澡藻灶早扎澡燥怎悦蚤贼赠枣则燥皂

圆园园苑贼燥圆园员远

圆援远评价结果分析

由表源尧图员和图圆可知院渊员冤圆园园苑耀圆园员远年袁郑州市水资源系统承载力评价值波动较大袁有升有降袁但整体呈下降趋势遥圆园员员年袁水资源系统评价值最高遥这主要是由于当年属于偏丰水年袁全市年降水量为苑圆员援圆皂皂袁比多年平均降水量远猿缘援远皂皂多员猿援缘豫袁而用水量相对较少遥圆园员猿年袁水资源系统评资源总量不足遥圆园员源年袁水资源系统评价值较低袁这是由于当年用水量相对较大袁水资源开发利用率不高遥渊圆冤研究期内袁郑州市社会系统承载力评价值整体上呈下降趋势遥这主要是由于随着城镇化进程的加快袁郑州市人口总数不断增加袁人口密度已从圆园园苑年的怨愿愿人辕噪皂圆增加到员猿园远人辕噪皂圆遥另外袁随着人们圆园园苑年的源愿援远圆皂猿辕人增加到远园援缘源皂猿辕人遥这在很大程度上降低了社会子系统的承载力评价值遥渊猿冤研究期内袁郑州市经济系统承载力评价值整体呈上升趋势遥这主要是由于伴随着经济的快速发展尧科学技术的飞速进步袁郑州市万元郧阅孕用水量尧万元工业增加值用水量都有显著的降低遥而且袁随着灌溉效率的提高袁农田灌溉亩均用水量也在减少遥因此袁随着郑州市用水结构的不断优化袁经济子系统承载力评价值逐步提高遥渊源冤研究期内袁郑州市生态系统承载力评价值整体呈上升趋势遥这主要是由于近年来人们的环保意识不断加强袁生态环境用水量有明显的增加袁城市污水处理率有明显提高袁水环境治理方面的投资也在不断增加遥但是袁生态环境污染形势依然严峻袁稍有不慎袁就会出现反复遥因此袁环境污染治理工生活水平和消费水平的提高袁人均年生活用水量也从

作应该持之以恒遥渊缘冤研究期内袁郑州市水资源承载力综合评价值在圆园员员年出现最高点遥这主要是由于当年为偏丰水年袁水资源总量较为丰富袁因此在下降过程中出现上升峰值点遥圆园园苑耀圆园员猿年整体呈下降趋势袁造成这种趋势的原因是由于这几年郑州市城镇化处于加速发展阶段袁工业规模不断壮大袁郑州市人口急剧增长袁尽管用水结构不断优化尧水资源效率有所提高尧污水处理技术持续进步袁但不足以与规模宏大的用水量相抗衡遥圆园员猿年之后袁城镇化进程逐步稳定袁人口增长速率降低袁所以水资源承载力评价值趋于稳定遥

价值较低袁这是由于圆园员猿年为特枯年袁降水量小袁水

猿结语

本文综合经济尧社会尧生态等状况袁通过构建郑州市水资源承载力评价指标体系袁采用层次分析法计算指标主观权重袁在此基础上袁引入熵权法对主观权重进行修正袁克服了层次分析法主观性过强和熵权法不能反映专家知识经验的缺点袁使权重计算结果更加合理尧准确遥最后袁运用野模加和冶法得出评价结果遥将该方法用于郑州市圆园园苑耀圆园员远年水资源承载力评价袁符合郑州市的实际情况遥参考文献院

咱员暂360百科援三条红线咱EB/OL暂.渊2018-11-02冤https院//

baike.so.com/doc/6956593-7179025.html.

咱2暂施雅风袁曲耀光援乌鲁木齐河流域水资源承载力及其合

理利用咱酝暂援北京院社会科学出版社袁员怨怨圆院员员圆原员员缘援咱3暂张兰援区域水资源承载力研究及其应用咱阅暂援南京院河海

大学袁圆园园远援

咱4暂徐中民袁程国栋援运用多目标决策分析技术研究黑河流

5

黄河水利职业技术学院学报

域中游水资源承载力咱允暂援兰州大学学报袁圆园园园袁猿远渊圆冤院员圆圆原员猿圆援

咱5暂史毅超袁唐德善援基于改进可变模糊方法的区域水资源

承载力预警模型咱允暂援水电能源科学袁圆园员愿袁猿远渊员冤院猿远原猿怨援咱6暂余灏哲援基于杂孕粤耦合模型的山东省水资源承载力及提

升对策研究咱阅暂援济南院山东师范大学袁圆园员苑援

咱7暂周亮广袁梁虹援基于主成分分析法和熵的喀斯特地区水

资源承载力动态变化研究咱允暂援自然资源学报袁圆园园远袁圆员渊缘冤院愿圆苑原愿猿圆援

咱8暂赵勇袁裴源生援我国城市缺水研究咱允暂援水科学进展袁

圆园园远袁员苑渊猿冤院猿愿怨原猿怨源援

圆园19年第2期

咱9暂李小萌援郑州市水资源承载力评价研究咱阅暂援开封院河南

大学袁圆园员远援

咱10暂李罡援湖北省水资源承载力评价研究咱阅暂援武汉院中国地

质大学袁圆园员员援

咱员1暂李磊袁贾磊援层次分析法要熵值定权法在城市水环境承

载力评价中的应用咱允暂援长江流域资源与环境袁圆园员源袁圆猿渊源冤院源缘远原源缘怨援

[责任编辑杨明庆]

砸藻泽藻葬则糟澡燥灶宰葬贼藻则砸藻泽燥怎则糟藻悦葬则则赠蚤灶早悦葬责葬糟蚤贼赠耘增葬造怎葬贼蚤燥灶燥枣在澡藻灶早扎澡燥怎

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黄河水院3门课程喜获2018年国家精品在线开放课程

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