洞庭湖流域水资源论文　

１水资源供需分析

（１）需水分析。可将洞庭湖流域需水部门分为农业、工业、居民生活、城镇公共及生态环境５种类型，统计２０１０年洞庭湖流域１４个主要城市各需水部门用水量，汇总结果见表１。由表１可看出，在洞庭湖流域１４个主要城市中，长沙市工业用水量及总用水量最大。

（２）供水分析。２０１０年洞庭湖流域１４个主要城市总供水量为１９０７．００×１０８ｍ３，比２００９年偏多３６．２０％，比多年平均偏多１２．９０％，其中地表水为１８９９．３１×１０８ｍ３，地下水为７．６９×１０８ｍ３。统计２０１０年洞庭湖流域各城市水量情况，结果见图２。由图２可看出，洞庭湖流域水量充足，但作为湖南核心经济区的长株潭城市群水量相对于其他城市较少，特别是湘潭市，水量仅为４８．９８×１０８ｍ３。整个洞庭湖流域地表水丰富，地下水量远少于地表水量，且地表水量几乎等于总水量，１４个主要城市供水水源几乎全部来自地表水，基本不考虑地下水供水。

（３）缺水分析。洞庭湖流域水资源供需平衡汇总结果。洞庭湖流域水资源开发利用率低，最高值尚不足５０％，在洞庭湖流域１４个主要城市中，水资源开发利用率最高的城市依次为湘潭市、长沙市。但随着社会经济的加速发展和城镇化进程不断推进，一方面总用水量逐渐提高，水资源开发利用率逐渐提高，如２０１０年洞庭湖流域总用水量和水资源开发利用率较２００９年均略有提高。随着用水量增加，供水设施建设规模及数量随之增大，用水消耗量也会增加，如管道漏水量；另一方面污染越来越严重，水环境破坏程度加大，水质下降严重，总水量中的可用水量日渐减少；由此引发工程型、设施型以及污染型水资源短缺风险。

２评价指标的选取

以洞庭湖流域水资源短缺特征为依据，结合代表性与可操作性相结合、系统性与层次性相结合的指标选取原则，建立了风险评价指标体系。

３循环组合模型的构建

３．１构建原理

首先选取几种评价方法分别对同一问题进行综合评价，然后用Ｋｅｎｄａｌｌ和谐系数法检验这几种评价方法是否具有一致性。因为对同一问题采用不同的方法进行综合评价，应该具有一致性。若不具有一致性，则说明权重有误，应重新计算或选取评价方法进行评价和检验，直到具有一致性为止。任何一种组合评价方法实质上均可近似视为所涉及的各种评价方法的线性加权组合，其差异仅在于权系数确定方法不同。若每种评价方法的方差均已知，则可用优化的方法一次求出组合权重系数，事实上各种评价方法的方差未知，只能采取逐步优化的方法以取得合理的评价结果。当验证所选取的几种评价方法具有一致性后，对单一评价结果排序，基于第ｉ个评价对象在第ｊ种方法下的排名，分别采用平均值法［６］、Ｂｏａｒｄａ法以及Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法３种组合方法进行组合评价，若３种组合评价结果仍存在差异，按照循环思路，再将３种组合评价结果进行组合，在这个过程中，３种组合评价结果差异逐渐变小，即标准差逐渐减小，直到标准差为０，３种组合评价结果完全相同，即得到最终评价结果。

３．２循环组合评价中单一评价

（１）指标标准化。正、负效应指标标准化处理的计算公式分别为：ｐｉｊ＝ｘｉｊ－ｘｍｉｎｊｘｍａｘｊ－ｘｍｉｎｊ（１）ｐｉｊ＝ｘｍａｘｊ－ｘｉｊｘｍａｘｊ－ｘｍｉｎｊ（２）式中，ｘｉｊ为指标ｊ在ｉ状态下的实际值；ｘｍａｘｊ、ｘｍｉｎｊ分别为指标ｊ的最大实际值、最小实际值。

（２）指标权重的确定。本文分别采用主观评价法中的层次分析法（ＡＨＰ）和客观评价法中的主成分分析法以及熵值法确定指标权重，并由此对水资源短缺的风险度进行单一评价。（３）风险度Ｆ计算。本文采用的风险度Ｆ计算公式为：Ｆ＝∑ｍｊ＝１ｗｊｐｉｊｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｍ（３）式中，ｗｊ为权重值；ｐｉｊ为标准化处理后的值。

３．３Ｋｅｎｄａｌｌ和谐系数法

Ｗ检验原假设Ｈ０，ｍ种评价方法不具有一致性；备择假设Ｈ１，ｍ种评价方法具有一致性。假设ｍ种评价方法对ｎ个不同地区进行评价，ｔｉｊ表示第ｉ个被评地区在第ｊ种评价方法下的排名，检验统计量Ｗ计算公式为：Ｗ＝１２∑ｎｊ＝１∑ｍｉ＝１ｔｉ（）ｊ２－３ｍ２ｎ（ｎ＋１）２ｍ２ｎ（ｎ２－１）（４）当ｎ＞７时，可应用大样本近似法计算卡方值，卡方值计算公式为：χ２＝ｍ（ｎ－１）Ｗ（５）式（５）服从自由度为ｎ－１的"２分布，给定显著性水平α，当检验统计值大于临界值时，拒绝原假设，则认为ｍ种评价方法具有一致性。

３．４组合评价方法

（１）平均值法。若设ｔｉｊ为第ｉ个被评价对象在第ｊ种评价方法下的排名，将其转换为分数Ｆｉｊ：Ｆｉｊ＝ｎ－ｔｉｊ＋１（６）式中，ｎ为被评价对象总数。均值法组合评价得分为Ｄｉｊ＝１ｍ∑Ｆｉｊ。

（２）Ｂｏａｒｄａ法。Ｂｏａｒｄａ法是一种少数服从多数的方法。若评价认为被评价对象ｉ优于被评价对象ｊ的个数大于被评价对象ｊ优于被评价对象ｉ的个数，记为ｑｉＳｑｊ。定义Ｂｏａｒｄａ矩阵为：Ｂ＝（ｂｉｊ）ｎ×ｎ（７）其中ｂｉｊ＝１ｑｉＳｑｊ０｛其他

（３）Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法。Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ法是一种区分优与劣的方法。若评价认为被评地区ｉ优于ｊ，记为ｑｉＳｑｊ。若评价认为被评地区ｊ优于ｉ，记为ｑｊＳｑｉ。定义Ｃｏｍｐｅｌａｎｄ矩阵为：Ｂ＝（ｂｉｊ）ｎ×ｎ（８）其中ｂｉｊ＝１ｑｉＳｑｊ０其他－１ｑｊＳｑ睿楸黄兰鄱韵蟀矗拢铮幔颍洌岱ê停茫铮恚穑澹欤幔睿浞ㄗ楹掀兰鄣梅治模椋辏健疲猓椋辍０醋楹掀兰鄣梅种匦屡琶梅指吲徘懊妫梅值团藕竺妗Ｈ糁匦屡判虺鱿峙琶嗤保扑悖持制兰劢峁琶曜疾睿曜疾钚≌吲徘懊妗

４水资源短缺风险评价结果与分析

采用建立的循环组合模型对洞庭湖流域１４个主要城市水资源短缺的风险度进行评价和排名。分别通过层次分析法、主成分分析法及熵值法计算得到１７个评价指标权重。各指标权重分布集中在０．０２～０．２０之间，３种赋权法确定出权重最高的指标分别为年均降水量、水利建设投资比和水质综合合格率，表明降水、水质和水利设施建设是引发水资源短缺风险的关键因子。将１７个指标权重值和标准化值按式（３）进行计算，得到各城市水资源短缺的风险度和排名。层次分析法、主成分分析法和熵值法评价洞庭湖流域水资源短缺风险均处于中低水平，但评价结果存在一定差异，如张家界市，３种评价方法得到的排名分别为８、１、５。计算Ｋｅｎｄａｌｌ和谐系数Ｗ检验统计量值得０．６２４，卡方值得２４．３３３，给定显著性水平０．０５，查得临界值为２２．３６２，卡方值大于临界值，拒绝原假设，即３种评价方法具有一致性。可对３种单一评价结果进行组合评价。首先对单一评价结果进行第一次组合评价，并计算３种组合评价结果标准差。经第一次组合评价后，１４个城市中８个城市在３种组合方法下得到的风险度排名均相同，如郴州市。但还有６个城市在３种组合方法下排名不完全均相同，标准差不完全为０，其中岳阳市在３种组合评价方法下的风险度排名系列标准差最大，为１．８８６。故还需对３种组合评价排名结果进行再次组合，计算结果。经第一次循环组合评价后，株洲市风险度在３种组合方法下排名均相同，且１４个城市中１０个城市在３种组合方法下得到的风险度排名均相同，在３种组合评价方法下排名差异更小，此时，只有长沙市、衡阳市、岳阳市以及张家界市在３种组合评价方法下的风险度排名系列标准差不为０，为０．４７１４。还需对３种组合评价排名结果进行再次组合。经第二次循环组合评价后，１４个城市在３种组合方法下得到的风险度排名均相同，得到最终评价结果即风险度高低排名依次为湘潭市＞娄底市＞长沙市＞衡阳市＞张家界市＞岳阳市＞益阳市＞株洲市＞常德市＞邵阳市＞郴州市＞湘西自治州＞永州市＞怀化市。可见１４个城市中水资源短缺风险度最高的城市依次为湘潭市、娄底市、长沙市，最低的城市依次为怀化市、永州市、湘西自治州。洞庭湖流域虽然水量充足，但存在中低水平的风险度。采用循环组合优化模型得到的风险度评价结果与现实状况一致，说明循环组合优化模型具有较强的适用性。

５结论

本文采用循环组合模型对洞庭湖流域１４个主要城市水资源短缺进行风险评价，得到风险排名最高的城市依次为湘潭市、娄底市、长沙市，最低的城市依次为怀化市、永州市、湘西自治州。尽管洞庭湖流域水量充足，但存在中低水平的水资源短缺风险。评价结果与现实状况一致，说明循环组合优化模型具有较强的适用性，值得推广应用。

作者：李章平 周念清 沈新平 刘晓群 单位：同济大学土木工程学院 湖南省洞庭湖水利工程管理局

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