基于GRA-IECD協(xié)調(diào)發(fā)展模型的人水和諧評價

陸賽　唐德善　孟令爽

摘要：為客觀合理地評價區(qū)域人水和諧狀況，從水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境三個方面構(gòu)建了人水和諧評價指標(biāo)體系。建立基于合作博弈權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析模型，對人水和諧發(fā)展度進(jìn)行評價;建立基于信息熵的協(xié)調(diào)度評價模型，對人水和諧協(xié)調(diào)度進(jìn)行評價;綜合考慮系統(tǒng)的發(fā)展水平和協(xié)調(diào)程度，計算系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展度，以此對蘇州市2011-2016年人水和諧狀況進(jìn)行評價。結(jié)果表明：蘇州市人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度為0.436 - 0.724，總體呈上升趨勢。

關(guān)鍵詞：人水和諧：指標(biāo)體系：合作博弈權(quán)重：協(xié)調(diào)發(fā)展度;綜合評價

中圖分類號：TV213.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn. 1000- 1379.2019.03.017

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人類活動給水資源系統(tǒng)造成了極大壓力，生產(chǎn)生活用水?dāng)D占生態(tài)環(huán)境用水，水環(huán)境污染、水生態(tài)破壞等現(xiàn)象時有發(fā)生。近年來隨著生態(tài)文明理念的提出，人們意識到人水和諧是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐，也是生態(tài)文明建設(shè)的重要一環(huán)[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對人水和諧進(jìn)行了分析研究。Falk-enmark[2]通過分析生態(tài)系統(tǒng)與水系統(tǒng)之間的關(guān)系，提出了基于“人一水”一體化理念的水資源管理框架：Reeves[3]通過對水系統(tǒng)影響因素的分析，指出人類活動影響加劇、人口數(shù)量增長造成了人水關(guān)系緊張，要實現(xiàn)人水和諧共處，必須實行宏觀調(diào)控：汪恕誠[4]提出解決中國水問題的關(guān)鍵在于人與自然的和諧相處：左其亭等[1]對人水和諧的內(nèi)涵、概念進(jìn)行了深入研究，提出了人水和諧的量化指標(biāo)及量化方法：王梅等[5]基于人水和諧內(nèi)涵構(gòu)建了人水和諧評價指標(biāo)體系，并利用模糊物元評價模型對宿城區(qū)和江陰市的人水關(guān)系進(jìn)行了綜合評價。

目前，人水和諧的研究主要集中在人水復(fù)合系統(tǒng)的發(fā)展水平及其變化趨勢方面，而對于各子系統(tǒng)之間發(fā)展的協(xié)調(diào)性研究較少，然而系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是人水和諧的重要組成部分。因此，筆者從水資源狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況和生態(tài)環(huán)境狀況三個方面構(gòu)建人水和諧評價指標(biāo)體系，通過基于合作博弈權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析模型對人水和諧各子系統(tǒng)的發(fā)展水平進(jìn)行評價，在評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用基于信息熵的協(xié)調(diào)度評價模型[7-8]對各子系統(tǒng)之間發(fā)展的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價。綜合考慮系統(tǒng)的發(fā)展度和協(xié)調(diào)度，利用人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展模型，對蘇州市人水和諧進(jìn)行評價研究。

1 人水和諧評價指標(biāo)體系

人水復(fù)合系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多元交互的綜合系統(tǒng)，涉及人類社會和自然環(huán)境諸多因素，因此評價指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)結(jié)合區(qū)域的具體情況，并遵循客觀性、代表性、系統(tǒng)性及可操作性的原則。筆者在左其亭等[1]提出的人水和諧量化指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他學(xué)者建立的指標(biāo)體系[5.9-11]進(jìn)行指標(biāo)選?。菏紫炔捎妙l度統(tǒng)計法對指標(biāo)進(jìn)行初步篩選，選取高頻率指標(biāo)作為初選指標(biāo)：然后通過德爾菲法并結(jié)合蘇州市具體情況進(jìn)一步篩選調(diào)整，確定評價指標(biāo)，以此構(gòu)建由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層組成的人水和諧評價指標(biāo)體系。其中：目標(biāo)層為人水和諧：準(zhǔn)則層為影響人水和諧的主要因素，分別為水資源狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況及生態(tài)環(huán)境狀況：指標(biāo)層包括18個影響人水和諧的具體指標(biāo)，見表1。其中u4、u6、u5、u16為定性指標(biāo)，采用調(diào)查問卷的方式進(jìn)行專家打分;其他指標(biāo)為定量指標(biāo)，數(shù)據(jù)來源于《蘇州市水資源公報》《蘇州市統(tǒng)計年鑒》等。

2 GRA-IECD協(xié)調(diào)發(fā)展模型

2.1 權(quán)重確定

評價指標(biāo)權(quán)重的確定直接影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，主要的賦權(quán)方法分為兩大類：客觀賦權(quán)法和主觀賦權(quán)法。客觀賦權(quán)法能夠客觀反映數(shù)據(jù)本身對指標(biāo)權(quán)重的影響，但忽略了決策者的偏好：主觀賦權(quán)法充分考慮了決策者的偏好，但賦權(quán)結(jié)果具有一定主觀隨意性[12]。筆者將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合，采用合作博弈的方法確定指標(biāo)的綜合權(quán)重[6]。

若采用l種方法分別計算m個評價指標(biāo)的權(quán)重，可得基本權(quán)重：

2.2 GRA模型計算系統(tǒng)發(fā)展度

發(fā)展度是衡量人水和諧系統(tǒng)發(fā)展水平的綜合指標(biāo)。采用灰色關(guān)聯(lián)分析模型（GRA模型）計算系統(tǒng)發(fā)展度?；疑P(guān)聯(lián)分析的關(guān)鍵是灰色關(guān)聯(lián)度的計算。關(guān)聯(lián)度用于度量因素之間的關(guān)聯(lián)程度，其定量描述了因素之間的相對變化趨勢。關(guān)聯(lián)度越大，因素的變化趨勢越趨于一致。灰色關(guān)聯(lián)分析的基本步驟如下[7，13]。

（1）指標(biāo)規(guī)范化處理。設(shè)有n個樣本，每個樣本有m個評價指標(biāo)，x_pq表示第p個樣本的第q個指標(biāo)值，則評價矩陣為

2.3 IECD模型計算系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

協(xié)調(diào)是指系統(tǒng)各組成要素之間彼此協(xié)作、相互促進(jìn)的發(fā)展演化關(guān)系。協(xié)調(diào)度可以定量衡量系統(tǒng)各組成要素之間發(fā)展的協(xié)調(diào)程度。采用基于信息熵的協(xié)調(diào)度模型[8]（IECD模型）計算系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)需要保證其內(nèi)在的有序性，系統(tǒng)有序性通常用熵值表示，熵值越小，表示系統(tǒng)的有序程度越高;熵值越大，表示系統(tǒng)的有序程度越低。將協(xié)調(diào)系數(shù)作為信息熵的有用信息，以此計算系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。

（1）計算協(xié)調(diào)系數(shù)。設(shè)系統(tǒng)各組成要素，即水資源狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況和生態(tài)環(huán)境狀況分別用r、s、e表示，則協(xié)調(diào)系數(shù)為[8]：

3 實例研究

蘇州市位于江蘇省東南部，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，降水豐富，氣候較為溫和。蘇州地區(qū)河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，有2萬多條各級河道、300多個大小湖泊，其中骨干河道有京杭大運(yùn)河、胥江、元和塘、山塘河等，主要湖泊有太湖、陽澄湖群等。蘇州多年人均水資源量為708.78 m³，地表水資源量為46.7億m³，地下水資源量為9.29億m³。蘇州市下轄4個縣級市、6個區(qū)，2016年年末戶籍人口數(shù)達(dá)678.2萬人，人均GDP為14.56萬元，常住居民人均可支配收入達(dá)4.66萬元，全市GDP達(dá)15 475.1億元。

近年來，隨著人口的增長、人們生活水平的提高以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對水資源的需求不斷增長。犧牲生態(tài)環(huán)境用水以滿足生產(chǎn)生活用水的現(xiàn)象時有發(fā)生，隨之發(fā)生的是地下水超采、水系統(tǒng)破壞、水環(huán)境惡化等。為了實現(xiàn)蘇州市健康長遠(yuǎn)發(fā)展，必須高度重視人水和諧問題。通過收集整理2011-2016年蘇州市相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展評價。蘇州市近6a的人水和諧評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)見表2。

3.1 蘇州市人水和諧發(fā)展度評價

根據(jù)蘇州市評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)，分別計算各評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)及指標(biāo)權(quán)重，代人灰色關(guān)聯(lián)分析模型可得蘇州市2011-2016年水資源發(fā)展度（D1）、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展度（D2）、生態(tài)環(huán)境發(fā)展度（D3）以及人水和諧發(fā)展度（D），見表3。

蘇州市人水和諧發(fā)展度總體呈上升趨勢。2013年，蘇州市人水和諧發(fā)展度為0.412，遠(yuǎn)低于其他年份，主要原因是該年水資源總量僅為23.93億m³，比多年平均水資源總量（46.97億m³）減少了49.1%。水資源發(fā)展度在波動中有所上升，主要原因是水資源狀況受水文氣象影響具有較大隨機(jī)性。近幾年，水資源發(fā)展度上升態(tài)勢明顯，說明最嚴(yán)格水資源管理等制度的實施取得了較好成效，水資源狀況有明顯改善。社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展度呈現(xiàn)先降后升的趨勢，主要原因是隨著人口的增長和人們生活水平的提高，人們對水資源的需求日益增大導(dǎo)致供需矛盾，從而制約了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從原始數(shù)據(jù)可以看出，蘇州市人口密度和人均生活用水量呈上升趨勢，2016年分別達(dá)到783人/km²和214L/人。節(jié)水技術(shù)改造、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級等措施是長期過程，效果近幾年開始顯現(xiàn)，所以社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展度呈上升趨勢。生態(tài)環(huán)境發(fā)展度呈上升趨勢，且很大程度受水資源發(fā)展度影響。說明生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展依賴于水環(huán)境狀況，因此蘇州市應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)水系統(tǒng)的抗干擾能力，加強(qiáng)備用水源地建設(shè)，在改善水資源狀況的同時有利于生態(tài)文明建設(shè)。即使在水資源總量最低的2013年，生態(tài)環(huán)境發(fā)展度仍有一定提升，說明蘇州市政府所采取的一系列生態(tài)環(huán)境治理措施，如提高污水處理率、加強(qiáng)綠化建設(shè)、打造親水景觀等，有效改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境狀況。

3.2 蘇州市人水和諧協(xié)調(diào)度評價

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析模型所得到的2011-2016年水資源、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的發(fā)展度，通過線性回歸分析可以得到一個系統(tǒng)相對于其他兩個系統(tǒng)的線性回歸方程，以此確定該系統(tǒng)發(fā)展度的理想值。利用Spass軟件進(jìn)行回歸分析，線性回歸方程為

將線性回歸方程代人基于信息熵的協(xié)調(diào)度評價模型可得蘇州市2011-2016年人水和諧協(xié)調(diào)度，計算結(jié)果見表4。蘇州市人水和諧協(xié)調(diào)度總體上呈上升趨勢。2013年協(xié)調(diào)度最低，為0.462，主要原因是該年水資源總量比多年平均水資源總量減少了49.1%：社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境發(fā)展受到水資源總量的制約，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)發(fā)展，故系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度有所下降。由此可見，水資源作為社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，對人水和諧發(fā)展具有重要意義，因此，蘇州市應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水資源管理和水資源優(yōu)化配置。

3.3 蘇州市人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度評價

蘇州市人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度，除2013年外，呈逐年上升趨勢。2016年人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度最高，為0.724，2013年人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度最低，為0.436。人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展度逐年上升說明蘇州市通過最嚴(yán)格水資源管理制度的實施、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、節(jié)水技術(shù)的改造以及生態(tài)環(huán)境的整治等措施，有效改善了蘇州市的人水和諧狀況。從2013年評價結(jié)果可以看出，蘇州市人水和諧狀況在較大程度上受到水資源總量的影響，因此，蘇州市政府在做好目前工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水資源管理、水資源優(yōu)化配置和水源地建設(shè)，同時加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，建設(shè)節(jié)水型社會，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，以提高水資源、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的抗干擾能力，實現(xiàn)蘇州市人水和諧的良性循環(huán)。

4 結(jié)論

基于人水和諧的內(nèi)涵，結(jié)合蘇州市實際情況，從水資源狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況和生態(tài)環(huán)境狀況三個方面構(gòu)建了蘇州市人水和諧評價指標(biāo)體系。將協(xié)調(diào)發(fā)展度引人人水和諧評價研究中，彌補(bǔ)了人水和諧評價中重視人一水復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展水平及其變化趨勢，而忽視各子系統(tǒng)之間發(fā)展協(xié)調(diào)性的不足。在系統(tǒng)發(fā)展水平評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用基于信息熵的協(xié)調(diào)度模型對各子系統(tǒng)發(fā)展的協(xié)調(diào)性進(jìn)行了評價，綜合考慮系統(tǒng)的發(fā)展水平和發(fā)展的協(xié)調(diào)程度，以此建立人水和諧協(xié)調(diào)發(fā)展模型。利用所提出的模型對蘇州市2011-2016年的人水和諧狀況進(jìn)行了評價，通過對評價結(jié)果的分析，為蘇州市人水和諧發(fā)展提出了相應(yīng)建議。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左其亭，張云，林平.人水和諧評價指標(biāo)及量化方法研究[J].水利學(xué)報，2008，39（4）：440-447.

[2]FALKENMARK M.Water Management and Ecosystems： Livingwith Change[J].Clobal Water Partnership TechnicalCommittee Background Papers， 2003（9）： 6-20.

[3] REEVES M. Water Allocation， Climate Change， and Sus-tainable Peace the Israeli Proposal[J].Water Intemational，2005，30（2）：197-209.

[4] 汪恕誠，人與自然和諧相處：破解中國水問題的核心理念[J].今日國土，2004（增刊2）：6-9.

[5] 王梅，唐德善，孟珍珠，等，基于模糊物元的綜合評價模型在區(qū)域人水和諧評價中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2015， 33（2）：160-163.

[6]甘蓉，宣昊，劉國東，等，基于博弈論綜合權(quán)重的物元可拓模型在地下水質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)， 2015，33（1）：39-42.

[7] 孫伊云，袁汝華，基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析的濕地補(bǔ)水項目綜合效益評價[J].水資源與水工程學(xué)報，2016，27（5）：102-106.

[8] 韓雁，黃躍飛，王光謙，等.基于區(qū)間不確定性水資源復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)演化研究[J].水利學(xué)報，2011，42（8）：892-898.

[9]孟慶松，韓文秀，復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型研究[J].天津大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2000，33（4）：444-446.

[10]孟令爽，唐德善，史毅超，基于主成分分析法的城市人水和諧度評價[J].水資源與水工程學(xué)報，2018，29（1）：93-98.

[11] 莫崇勛，莫桂燕，阮俞理，等，基于變權(quán)法的南寧市人水和諧度評價[J].水電能源科學(xué)，2018，36（3）：30-33.

[12] 樊治平，趙萱，多屬性決策中權(quán)重確定的主客觀賦權(quán)法[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，7（4）：95-98.

[13] 杜棟，龐慶華，吳炎.現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015：112-119.

[14] 常建娥，蔣太立，層次分析法確定權(quán)重的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（信息與管理工程版），2007，29（1）：153-156.

[15] 倪九派，李萍，魏朝富，等，基于AHP和熵權(quán)法賦權(quán)的區(qū)域土地開發(fā)整理潛力評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25（5）：202-209.

[16] 譚淼，周啟剛，王福海，等，三峽庫區(qū)土地利用與土地經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性研究：基于協(xié)調(diào)發(fā)展度模型[J].資源開發(fā)與市場，2018（1）：41-46.