辽宁省易旱地区抗旱能力评价

梁德帅

(庄河市水利建筑勘测设计院，辽宁 庄河 116400)

0 引 言

抗旱能力是指各种组织管理、生产技术、水利工程及社会经济等活动，能够减轻、防御旱灾影响的综合水平，由于存在危害程度高、覆盖范围广、持续时间长、发生较为频繁等特点，干旱灾害成为当前学术界研究的重要课题。抗旱能力评价主要是考虑旱灾脆弱性特征和成因判断结果，在一定的经济、技术和环境条件下建立相应的等级标准和评价体系，各地区抗旱能力采用系统综合评价法进行差异性评判，从而为抗旱减灾、风险管理等提供一定参考[1]。

目前，关于抗旱能力的评价主要集中于农牧业方面，国内相关研究还处于初步阶段，如张润平等对陕西省应急水源工程的抗旱规划思路进行了初步探讨；张成才等对2020年河南省抗旱应急水量的供需关系利用指标分析法进行研究；畅建霞等对西安供水水库的优化调度函数利用动态调整网络参数、累计误差的BP网络法进行求解。然而，现有研究对于整个区域抗旱能力的评价分析比较少，尚未有效解决评价系统中抗旱能力等级划分标准、评价体系的构建及抗旱范围划分等问题。鉴于此，文章以辽宁省为研究对象，通过分析8个易旱区的抗旱能力关键性影响因子，从多个不同方面构建抗旱能力评价体系，然后对各指标权重采用改进的AHP法确定，将各评价标准与样本指标的隶属度函数采用集对分析法构造，综合评价了2018年辽宁省易旱地区的抗旱能力，可为该区域旱灾风险管理和抗旱减灾工作提供一定的支持。

1 确定评价指标体系

1.1 区域概况

辽宁省属于我国东北地区南部既沿边又沿海的省份，地处E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之间，地形地貌有“六山一水三分田”之称，地势结构表现出中部低、东西两侧高的变化趋势，东、西两侧为海拔约800-500m的低山丘陵。由于特殊的地理环境和复杂的水文气象，中部平原地区相对于高山地的降水量较低，与渤海相邻的东南部降水量充足，而西北地区风沙干旱严重且降水稀少。其中沈阳、铁岭、抚顺、鞍山、阜新、大连、北票市、辽阳为易旱地区，水资源存在可开发利用量少、边界效益低、开发难度大和开采成本高等特点，加之局部地区地下水开发过度与水环境保护意识薄弱，使得境内干旱灾害频繁，为全省历年抗旱工作的重点区域。当前关于该区域的干旱研究较少，抗旱技术和理论方法为限制此易旱地区抗旱减灾工作的主要因素。各易旱地区抗旱能力的综合评价作为辽宁省旱灾风险管理的重要基础，可为抗旱应急方案制定、旱灾风险管理和抗旱决策等科学的指导作用。

1.2 影响因素

城市抗旱和农业抗旱为区域抗旱能力的两个主要方面，其中农业抗旱是指通过人类自身活动抵御、抗拒及减轻农业生产区受干旱灾害或人为因素引起干旱缺水的影响能力，主要包括自然因素和人类活动因素。自然因素有农作物品种的抗旱性能、农田土壤蓄水保墒性能、干旱影响范围、强度及其频次，而人类活动因素有抗旱资金投入桩、组织管理能力、当地发展情况、农业水利设施建设、农作物种植结构、农业生产技术水平等。城市抗旱是指通过人类自身活动抵御和抗拒人类日常生活及从事农业以外区域，城市运转、社会发展受人为因素引起或自然干旱的能力，主要包括抗旱组织管理、社会经济发展、地区供水管网、产业结构、生态层次、人口密度及分布、抗旱应急水源工程建设等因素。由此表明，人类活动、地域条件、自然环境等因素均可对区域抗旱能力产生影响，综合评价易旱区抗旱能力的研究还要结合不同地区的实际情况，按照求同存异、因地制宜的原则科学合理的确定经济社会、技术条件、自然环境等主次因素，为选取不同区域抗旱能力影响因子提供可靠的支撑。

1.3 选取评价指标

抗旱能力评价涉及到的因素多、范围广，各地区的水资源短缺程度不同，且城市和农业抗旱水平存在较大差异。为了能够系统、全面的反映区域抗旱能力就要求从复杂的评价信息中选择独立性强、可行性好且存在主导作用的指标，选取的评价指标不仅要满足易获取性要求，而且能够客观、科学的反映区域抗旱特征。在指标选取过程中应遵循如下原则：①实用性、代表性原则，评价指标物理概念明确且能够系统、全面的反映抗旱能力；②可量化性原则，指标数据要容易获取、便于计算；③独立性原则，为避免冗余计算各指标之间要彼此独立、互不干扰；④动态性原则，各项指标在某一时间段内应保持连续性变化，对于不同发展阶段的区域抗旱能力均能够有效的反映。所以，文章通过分析各地区抗旱能力影响因子，经充分的论证、比较和分析，从需水量、供水能力、抗旱组织管理及供需不平衡程度3个子系统中选择17项典型指标，遵循以上原则构建较为全面的抗旱能力评价体系。根据各地区实际情况，将农业和城市抗旱能力关键性影响因子采用3个子系统实现有机的结合，同时考虑了区域抗旱能力受特大、大、中干旱程度，所建立的评价体系具有较强的可行性与有效性，评价体系与各因子内涵如表1所示。

表1 辽宁省易旱地区抗旱能力评价体系

2 改进的AHP法计算权重

为提高抗旱能力评价各指标权重的精准度和稳定性，将传统的AHP层次分析法利用加速遗传算法加以改进，即AGA-AHP法计算指标权重，其基本流程如下：

步骤一：将两两指标之间的相对重要性依据专家经验和知识结构确定，为定量反映不同指标的贡献率引入1-9数值标度法，从而构造判断矩阵如下：

(1)

步骤二：在判断矩阵建立过程中，由于不同专家知识水平和主观认识的差异性，往往出现结果不一致和权重相差较大的现象，对此采用如下优化函数处理矩阵A的一致性和单排序问题，即：

(2)

步骤三：关于上式非线性优化问题，采用常规的求解方法存在较大的困难，而AGA加速遗传算法是一种模拟生物优胜劣汰规则的全局优化法，将式(2)利用AGA法可有效、简便的进行求解。设定矩阵A满足一致性检验的条件为CIF(nb)小于某一临界值，由此确定可被接受的抗旱能力各评价因子的单排序权值ωk；否则，需要对A进行反复调整，直至满足设定的检验条件。

按照以上计算流程，对评价体系中17项指标权重利用AGA-AHP法进行求解，结果见表2。

表2 抗旱能力评价等级标准与各指标权重计算结果

采用加速遗传算法检验，结果显示抗旱能力各评价矩阵的一致性函数值均<0.1，满足科学合理性要求。根据表2结算结果，抗旱组织管理及水供需不平衡程度、供水能力、需水量3个子系统的权重之和分别为0.1432、0.5710、0.2858，可见抗旱能力评价中供水能力子系统的贡献率最大，其次为需水量子系统，抗旱组织管理及水供需不平衡程度对抗旱能力评价的贡献率最低。

3 综合评价

3.1 构建评价等级

根据区域生态环境、经济社会发展受各评价指标的影响程度，参考堤防政府颁布的抗旱标准和相关行业规范，将抗旱能力评价标准划分为弱、较弱、中、较强、强5个等级，不同等级下各指标取值如表2所示。

为提高抗旱能力评价的客观性和精确度，将不同等级间各单指标与评价指标样本值之间的联系数利用SPA集对分析法进行计算。所以，不同评价等级下各易旱地区的隶属度利用SPA构造的隶属度函数确定，实现流程如下：

1)针对抗旱能力评价等级k与样本i关于指标j的单因子联系数Uijk，考虑选用集对分析法求解，其中k=1,2,…,5；j=1,2,…,m；i=1,2,…,n。若评价等级与评价指标值Xij呈正相关性，则利用下式计算确定Uijk值，即：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：s1j-s5j为抗旱能力评价1-5级标准的界限值；s0j为评价标准为1级的另一界限值；

若评价等级与评价指标值Xij呈负相关性，则利用下式计算确定Uijk值，则按以上公式取相反符号计算确定。

(8)

3)关于评价等级k样本i的隶属度Uik计算公式如下：

(9)

将不同评价等级下各易旱地区的相对隶属度归一化值，按照以上流程进行计算，结果见表3。

表3 经归一化处理的各评价等级相对隶属度

3.2 抗旱能力评价

依据最大隶属度原则法、属性识别法和表3计算结果，对辽宁省各易旱地区的抗旱水平进行综合评价，如表4所示。根据表4可知，各易旱地区均处于偏弱的抗旱水平，抗旱能力达到较强等级的仅有辽阳市、北漂市，参与评价的其他地区均为中等及以下水平抗旱水平。

表4 辽宁省易旱地区抗旱能力评价

4 结 论

1)对辽宁省易旱地区抗旱能力利用集对分析法和改进的层次分析法进行评价，结果表明各易旱地区现状水平年下的抗旱能力整体偏弱，不同地区的抗旱能力存在较大差异。根据抗旱减灾工作中存在的问题，为提高各地区抗旱水平应从政策法规、生产技术、产业结构、财政投入、工程建设、组织管理等方面收入，通过不断的优化改进保证区域抗旱工作的进行。

2)评价指标体系具有较强的适用性和系统概括性，可为其他地区抗旱能力评价提供一定参考和依据，具有较好的推广和使用价值。