基于层次分析法的五常市水权分配模型研究

李铁男，董 鹤，徐柳娟，高娟娟

(黑龙江省水利科学研究院， 哈尔滨 150000)

水资源属于国家所有，具有重要的生态功能和资源功能。水权是建立在水资源公有基础上的一种使用获益权[1]。本文水权确权工作的主要目的是确定五常市县域水资源的空间范围，分清水资源所有权、使用权及确权水量，明晰水权的归属关系和权利义务。进行水权分配对健全自然资源资产产权制度、转变发展方式、倒逼产业结构调整、建立健全水市场、节约集约利用资源、保护水生态空间具有重要促进作用，对完善现代水治理体系具有重要意义。

层次分析法是一种实用的多准则决策方法，本文通过构建水量分配数学模型将生活、农业、非农生产、生态四类不同性质用水的权重表示为有序的递阶层次结构，通过判断对决策方案的优劣进行排序[2]。

1 水权分配数学模型

1.1 建立水量分配指标体系

初始水权分配在区域人口、社会、经济及生态环境等协调发展中起决定性作用。选择指标体系时应兼顾其代表性、关联性、独立性、易于量化、简单、直观和实用性等因素[3]。依据上述原则本文共选择10个指标：产水因素、地域因素、人口增长、粮食安全、产业结构变动率、现状供水、经济发展、经济效益、用水效益及合理用水。指标选择情况见表1。

表1 评判指标及计算公式

1.2 水权分配层次结构图

组成水权层次结构的有：目标层(水资源总量)、准则层(包括自然准则、社会准则、经济准则及环境准则)、评估指标层

(由表1所列的代表性评判指标体系组成[3])和被评判分区层(最终分配目标)组成。下图1[3-5]为初始水权分配层次结构图。

图1 水权分配层次结构图

1.3 计算各层元素的相对权重

本文通过建立水权分配层次结构图，明确层与层间的隶属关系。构造判断矩阵，从而算得“评判准则”、“评判指标”的权系数。

表2 初始水权分配评判指标的权系数计算公式

各单项评判指标的最终权重为：Ai·Bj·Ck。

1.4 评判指标优先序等级

评判指标优先序等级即对评判指标进行优先程度排序。综合国内、外初始水权分配的大量理论及实践经验，考虑黑龙江省五常市水权分配实际情况，将优先权分为：“绝对优先”、“优先”、“适当优先”、“适当置后”、“置后”、“基本无权”6个等级，取值在0～10之间，见表3。

1.5 评判指标优先权权系数计算

在确定各评判指标的相对权重及优先序等级后，即可对评判准则、评判指标的优先权系数进行计算，计算公式如下：

Em=∑AiBjCkDm

(1)

式中：Em为第m分区总优先权系数；Ai为第i类准则权数(i=1,2,3)；Bj为第j类因素权数(j=1,2,3,…,9)；Ck为第k项指标权数(k=1,2,3,…,10)；Dm为第m分区第k项指标优先序等级(k=1,2,3,…,10，Dm=0～10)；Em/∑E为第m分区的水权分配比例。

2 黑龙江省五常市基本情况

五常市位于黑龙江省南部地区，地域西北倾斜呈狭长形，北部接壤松嫩平原。五常市平均年径流总量为34 亿m3，多年平均降水量为625 mm，年径流深为500～1 000 mm。五常市是典型的农业、水利大市，全市共有各类灌区3 732 处。为适应我国农村水利建设的新形势，五常市组建了基层水利服务机构和农民用水合作组织，在水资源管理和水利工程运行中发挥了积极作用。

表3 评判指标优先序等级

本文通过分析五常市县域内当地地表水、浅层地下水、域外调水等各种水源情况[6]。以五常市“三条红线”用水总量控制目标为限定条件，通过收集整理县域内社会、经济、水文水资源、供水与用水现状等详细资料，建立水权确权工作数据库，确定县域内可分配水总量。通过收集资料和对数据进行分析，确定五常市县域可分配水总量为133 900 万m3，其中地下水可分配水总量为26 735 万m3，地表水可分配水总量为107 165 万m3。

3 黑龙江省五常市水权分配

本文针对五常市生活用水、生态用水、非农生产用水、农业用水及预留水量进行初始水权分配。

3.1 评判指标及权重系数计算

3.1.1 评判指标选择

根据黑龙江省五常市水资源特点，本文选取的评判指标为：①“影响水量因素”：地下水水权分配的核心因素，地下水水权依附于土地所属；②“地域因素”：主要体现在对城镇供水中，当在城区以外取水源时，是一个需要考虑的因素；③“人口变化”：是地区人口增长情况，是比较重要的因素；④“用水安全”：比较重要的因素，是取水安全要考虑的因素，该项指标权重大于地域因素、现状供水因素；⑤“产业结构因素”：不是很重要的因素，产业结构变动率增加会使经济总量增加；⑥“尊重现状”：是现状供水情况，水资源利用情况，是比较重要的因素；⑦“经济发展”经济发展对供水的影响，主要体现经济发展对水利工程的影响，不是一个很重要的因素；⑧“经济效益”因素：经济效益的多少与供水条件的好坏有直接关系，是需要适当考虑的因素；⑨“土壤盐碱化”因素：土地次生盐碱化对水质的影响，由于地域因素，不是很重要的因素；⑩“水质污染”因素：水质污染的程度直接影响到供水安全，是比较重要的因素。

3.1.2 权重系数计算

本文通过构造判断矩阵，依据层次结构图分层确定各评判指标的权重系数。并对各评判指标进行两两比较，根据比较后的重要程度进行比例标度赋值，最后采用方根法计算判断矩阵的特征向量W，将评判指标归一化[7]。计算公式如下：

(2)

式中：(AW)i为第i个元素；λmax为最大特征根值。

通过对判断矩阵进行一致性检验，可评判所构造的判断矩阵的合理性。按如下步骤进行检验：

(1)一致性指标C.I.。

(3)

式中：n为判断矩阵的阶数。

(2)平均随机一致性指标。取多次重复进行随机判断矩阵特征值的算数平均值。

(3)一致性比例。

(4)

当C.R.≤0.1时，认为判断矩阵合理，当C.R. >0.1时，需重新构造判断矩阵，并计算。

通过比较判断可得如表4矩阵[8]，并计算出特征向量和最大特征值。其中：将B1(自然准则)与B2(社会准则)做比较，B1比B2很重要；将B2(社会准则)与B3(经济准则)做比较，B2比B3稍重要；将B3(经济准则)与B4(环境准则)做比较，B3比B4较重要。

由计算结果知满足一致性检验标准，对B1、B2、B3、B4进行单排序，优先权序为0.6、0.24、0.11、0.05。故层次总排序见表5。

从排序结果可知：影响水量因素0.48、地域因素0.12、人口变化因素0.04、用水安全因素0.02、产业结构因素0.14、尊重现状因素0.03、经济发展因素0.03、经济效益因素0.08、土壤盐碱化因素0.01、水质污染因素0.04。

3.2 指标优先序等级确定

按照上述原则，可得评价指标优先序等级[9]，见表6。

4 水量分配计算

通过计算结果确定了总优先权系数，再计算各类分配比例，最后得水量分配。并预留一定水量来满足未来区域发展战略用水需求和保障应急调度[10]，也为水权有效期内基本生活和生态环境需水的增长提供保障。本文预留水量结合五常市水资源利用现状和各业用水情况，采用“三条红线”确定的五常市用水总量控制目标的5%计算，确定预留水量。故总分配水量为：Q=127 205 万m3。

表4 评判指标和权重系数

表5 层次总排序

表6 评价指标隶属度

由上面计算结果知：生活、农业、非农、生态总优先权系数分别为：0.28、9.79、0.31、0.11，故分配水权为：

计算结果见表7。

表7 用水量分配指标

[1] 李海红，赵建世．初始水权分配原则及其量化方法[J]. 应用基础与工程科学学报，2005,(S):8-14．

[2] 王为人，屠梅曾．基于层次分析法的流域水资源配置权重测算[J]. 同济大学学报(自然科学版)，2005,33(8):1 133-1 136．

[3] 谢敬芳．层次分析法在行业水权分配中的应用[J]．南水北调与水利科技，2005,3(S):25-28．

[4] 张红亚，方国华，吴文静，等．初始水权分配数学模型的建立及其应用[J]. 水利水运工程学报，2006,(2):41-46．

[5] 吴凤平，葛 敏．水权第一层次初次分配模型[J]. 河海大学学报(自然科学版)，2005,33(2):216-219．

[6] 张宝全，陈才峰，尚瑞朝．河北省水权确权工作的探索与实践[J]. 中国水利，2015,3(S):3-14．

[7] 尹云松，孟令杰．基于AHP的流域初始水权分配方法及其应用实例[J]. 自然资源学报，2006,21(4):645-652．

[8] 胡 洁，徐中民．基于多层次多目标模糊优选法的流域初始水权分配——以张掖市甘临高地区为例[J]. 冰川冻土，2013,35(3):776-782．

[9] 陈艳萍，吴凤平，吴 丹．基于模糊优选和TOPSIS法的流域初始水权分配模型[J]. 河海大学学报(自然科学版)，2009,37(4):467-471．

[10] 谢新民，王志璋，王教河，等. 松辽流域初始水权分配中确定政府预留水量的研究[J].中国水利水电科学研究院学报，2006,4(2):128-132．