洞庭湖流域水资源论文

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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烅烄烆i被评价对象按Boarda法和Compeland法组合评价得分为Dij＝∑bij。按组合评价得分重新排名，得分高排前面，得分低排后面。若重新排序出现排名相同时，计算3种评价结果排名标准差，标准差小者排前面。

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