主成分分析耦合集对分析的区域初始水权分配效果后评价

吴振 徐丹丹 王开然 张欣 王薇 傅世东

摘 要：科学合理的初始水权分配效果后评价对于充分发挥市场在水资源高效利用与优化配置中的关键调节作用、促进水权交易具有重要意义。针对区域初始水权分配效果后评价中存在的指标体系定量赋权的客观性以及确定性与不确定性间的关联问题，采用主成分分析（ＰＣＡ）法对指标赋权，并基于集对分析（ＳＰＡ）理论，建立了ＰＣＡ－ＳＰＡ 耦合的区域初始水权分配效果后评价方法。将该方法应用于滨州市初始水权分配效果后评价，结果表明：邹平市、无棣县和博兴县的初始水权分配效果为“优秀”，惠民县的初始水权分配效果为“良好”且升级到“优秀”的趋势较强，滨城区、沾化区和阳信县的初始水权分配效果为“一般”。

关键词：区域初始水权分配；后评价；主成分分析；集对分析

中图分类号：ＴＶ２１３．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１０．０１１

引用格式：吴振，徐丹丹，王开然，等．主成分分析耦合集对分析的区域初始水权分配效果后评价［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１０）：６２－６６．

随着全球气温日趋升高，我国工业化、城镇化快速发展面临日益严峻的水资源供需矛盾［１］ ，各类水源性、工程性和水质性缺水问题并存［２］ 成为经济社会健康良性协调发展的关键制约因素。构建最严格的水资源管理制度和技术标准体系，是从严、从细优化利用水资源的关键［３］ 。将水权交易纳入水资源管理体系，结合政策、制度支持与科学系统管理手段，鼓励多种形式的水权交易，对创新水资源高效利用方式、支撑经济社会高质量发展具有重要意义［４］ 。科学合理的初始水权分配［５－７］ ，是充分发挥市场在水资源高效利用与优化配置中的关键调节作用、推进水权交易制度建设的重要前提条件［８］ 。对区域初始水权分配效果进行科学的后评价，则是客观分析水权分配效益和可持续发展水平、为后续水资源管理水平的提升和相关政策措施的制定提供技术依据的重要支撑。多年来，国内学者对区域初始水权分配开展了较多研究，但对区域初始水权分配效果后评价的研究较少。丁零［９］ 采用模糊可变评价模型，对广东省水权交易试点广州、河源两市的初始水权分配合理性进行评价，得到区域初始水权分配的合理性等级；吴丹等［１０］ 构建了初始水权分配效果的耦合评价模型，并对大凌河流域初始水权分配效果进行评价，驗证了模型的适用性和合理性；周晔等［１１］ 构建基于层次分析法和多级模糊的综合评价模型，对大凌河流域各区域的初始水权分配等级进行了评价。目前的相关研究多围绕初始水权分配后评价的确定性［１２］ 展开，涉及后评价指标体系的确定性与不确定性随机集成问题［１３］ 的研究成果较少；此外，指标权重的客观性确定具有鲜明的区域特点，但适用性不足。

只有全面客观地了解初始水权分配效果的制约因素，并对未来的发展趋势作出合理判断，才能制定有效措施，促进水资源可持续利用。

因此，综合确定性和不确定性因素对区域初始水权分配效果进行后评价，以及进行区域初始水权分配效果等级的转化趋势研究十分必要。本文基于主成分分析（ＰＣＡ）和集对分析（ＳＰＡ）［１４－１６］ 耦合模型，对区域初始水权分配效果后评价开展研究。首先采用ＰＣＡ对区域初始水权分配效果后评价指标赋权，再采用ＳＰＡ 得到各区域初始水权分配效果后评价指标联系度和等级，耦合指标权重值，最终得到区域初始水权分配效果综合评价结果。

２．２ 后评价指标体系构建和评价标准确定

参考文献［９－１０］，建立包括水资源、利用效率、社会经济、生态环境４ 个子系统１１ 个指标的初始水权分配效果后评价指标体系（见表１），指标数据来源于《２０２０ 年滨州市水资源公报》和《２０２１ 年滨州统计年鉴》。根据滨州市初始水权分配现状和各县（区）水资源水平，参考文献［９－１３］的分级标准，确定初始水权分配效果４ 个等级的划分标准。

２．３ 区域初始水权分配效果后评价结果分析

利用式（１） ～式（４）计算得到滨州市各县（区、市）初始水权分配效果后评价指标权重（见表２）。由表２指标权重大小可知，分配水量使用率（Ａ１ ）、人均水资源量（Ａ２ ）、灌溉水有效利用系数（Ａ３ ）、耕地灌溉率（Ａ４）、生态环境用水量占比（Ａ９ ）和水功能区达标率（Ａ１１）是滨州市区域初始水权分配效果的主要影响因素，与滨州市初始水权分配实际情况相符，体现了主成分分析赋权的适用性和合理性。利用式（５） ～ 式（１２），运用Ｍａｔｌａｂ２０１４ 编程计算滨州市各县（区、市）初始水权分配效果后评价指标对应等级的联系度，结果见表２。

滨州市各县（区、市）初始水权分配效果后评价指标的等级评价结果见表３。由表３ 可知，滨州市各县（区、市）初始水权分配效果影响因素主要为万元工业增加值用水量下降率（Ａ５ ）、每公顷农田灌溉用水量（Ａ６）、万元ＧＤＰ 用水量（Ａ７ ）、万元工业增加值用水量（Ａ８）、生态环境用水量占比（Ａ９）等。滨州市工业不发达，水源污染不严重，但其盐渍化地区以水压碱的现实需求，使得农业用水量占比较大。分析可知，评价结果能够体现滨州市各县（区、市）初始水权分配效果的实际情况。滨州市各县（区、市）分配水量使用率（Ａ１ ）、灌溉水有效利用系数（Ａ３ ）、水功能区达标率（Ａ１１ ）基本属于Ⅰ级和Ⅱ级，说明滨州市农田节水改造工程建设和农业管理型节水工作取得一定成效，但是仍有较大节水空间；水功能区管理得到长足发展，农村生态环境保护力度较大，监督管理取得成效。社会经济子系统的指标等级主要为Ⅲ级，可见滨州市初始水权分配效果仍未得到充分发挥。

滨州市各县（区、市）初始水权分配效果综合评价结果见表４。由表４ 可知，邹平市、无棣县和博兴县的初始水权分配效果为Ⅰ级，惠民县的初始水权分配效果为Ⅱ级，滨城区、沾化区和阳信县的初始水权分配效果为Ⅲ级。滨州市各县（区、市）初始水权分配效果存在地区差异性，这与滨州市复杂的地形条件、各县（区、市）社会经济发展水平、水资源优化配置以及节水工作开展情况等紧密相关。滨州市的工业主要集中在邹平市，该市用水效率和节水水平较高，尽管其实际用水总量超过了初始水权分配指标，但其水权分配与其社会经济发展之间体现了较好的匹配性。无棣县和博兴县在水权管理方面取得显著成效，用水效率得到极大提高。滨城区、沾化区和阳信县水资源节约保护能力有待提升，黄河水资源承载能力对其经济社会发展的制约作用进一步凸显。因此，滨州市各县（区、市）初始水权分配效果后评价充分反映了当地实际情况，结果可靠度较高。

由表３ 和表４ 可知：邹平市初始水权分配效果的主要限制因素是万元工业增加值用水量下降率（Ａ５ ）、每公顷农田灌溉用水量（Ａ６ ）、万元ＧＤＰ 用水量（Ａ７ ）、万元工业增加值用水量（Ａ８ ）。目前邹平市大型企业正向云南省转移部分原铝产能，ＧＰＤ 将大幅度下降且农业用水效率较低，这将不利于邹平市工农业经济的发展，另外邹平市初始水权分配效果的最高综合联系度和次高综合联系度之间距离很小（０．０４６），若不采取有效措施，将不利于邹平市初始水权分配效果的发挥。

惠民县初始水权分配效果的主要限制因素是万元工业增加值用水量下降率（Ａ５）、万元ＧＤＰ 用水量（Ａ７）、生态环境用水量占比（Ａ９ ），惠民县初始水权分配效果的最高联系度和次高联系度之间距离很小（０．０７３），从Ⅱ级升级到Ⅰ级的趋势较强，因此加大企业节水技术和设备升级改造力度、限制高耗水产业发展、推行水循环梯级利用等工业节水措施，推进生态文明建设可以有效发挥初始水权分配效果、高效利用水资源；沾化区初始水权分配效果的主要限制因素是万元ＧＤＰ 用水量（Ａ７）和万元工业增加值用水量（Ａ８），因此大力发展战略性新兴产业、提高工业用水效率等可提升初始水权利用效率。从分配水量使用率角度看，各县（区、市）用水量与当地ＧＤＰ 发展不甚匹配。从生态环境角度看，滨州市位于黄河下游，生态环境用水量的分配性价比较低，相同水量的投入不能获得更好的生态效果。其他县（区、市）初始水权分配效果评价的最高联系度和次高联系度之间的距离较大，将在短期内维持各自的等级不变。

３ 结论

本文针对区域初始水权分配效果后评价研究的科学性和合理性问题，建立了基于ＰＣＡ 耦合ＳＰＡ 的区域初始水权分配效果后评价模型。将其应用于滨州市各县（区、市）初始水权分配效果后评价，结果表明：分配水量使用率、人均水资源量、灌溉水有效利用系数、耕地灌溉率、生态环境用水量占比和水功能区达标率是区域初始水权分配效果的主要影响因素，与滨州市初始水权分配实际情况相符；邹平市、无棣县和博兴县的初始水权分配效果为“优秀”，惠民县的初始水权分配效果为“良好”，其他县（区、市）的初始水权分配效果为“一般”，且惠民县从“良好”升级到“优秀”的趋势较强。

本文所提出的耦合方法计算过程清晰、指标体系明确，能够实现客观指标赋权，克服确定性和不确定性的关联问题，并能描述评价区域的等级转化趋势，具有良好的适用性，但评价等级划分标准可能存在一定的偏差，有待后续研究进一步完善。

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【责任编辑 张华兴】