基于模糊综合评价的水资源价值评估.pdf

2023 年8 月Aug.2023第 47 卷第 4 期Vol.47，No.4热 带 农 业 工 程TROPICAL AGRICULTURAL ENCINEERING基于模糊综合评价的水资源价值评估李国成海新权（甘肃农业大学财经学院甘肃兰州 730070）摘要采用模糊综合评价法评估指标对象，模糊综合评价选用层次分析法和熵值法两种权重计算方法加权平均的方式，开展对海南州水资源价值的综合评估。结果表明，海南州水资源价值属于中等偏高，其模糊综合指数为 2.298；2020 年水资源价格为 5.36 元/m3，是现行居民用水价（2.82 元/m3）的 1.9 倍，水费承受指数为1.72%。水费支出与收入远低于这个指数，说明可以适当提高水资源价格；由于水资源定价不合理，导致水资源价值呈下降趋势，政府应关注问题产生的原因，根据原因采取相关措施，以便当地水资源与经济可以持续发展。关键词海南州；模糊综合评价法；水资源价值；评估中图分类号F327；TV213.4The Valued Evaluation of Water Resources Based on the Fuzzy ComprehensiveEvaluationLI GuochengHAI Xinquan(College of Finance and Economics,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070)AbstractIn this paper,the fuzzy comprehensive evaluation method is used to evaluate the indicatorobjects,the fuzzy comprehensive evaluation selects the analytic hierarchy process(AHP)and entropy valuemethod of two weighting calculation methods weighted average way,carrying out the comprehensiveassessment of the water resources value in Hainan Prefecture.The results demonstrate that the value ofwater resources in Hainan Prefecture is moderately higher,with a fuzzy comprehensive index is 2.298;In2020,the price of water resources is 5.36 yuan/m3,which is 1.9 times the current residential water price(2.82 yuan/m3),and the water fee affordability index is 1.72%.The water fee expenditure and income aremuch lower than this index,indicating that the price of water resources can be appropriately increased;Dueto the unreasonable pricing of water resources,which the value of water resources tends to decline,thegovernment should pay attention to the causes of problems,and take relevant measures according to thecauses,aiming at ensuring the sustainable development of the local water resources and economy.KeywordsHainan Prefecture;fuzzy comprehensive evaluation method;water resource value;assessment近年来，由于各方面因素的影响，造成了水资源短缺，其中水资源浪费是最重要的因素之一，深究水资源浪费的根本原因，无非是水价过低或居民对于水资源储量没有准确的认识。水资源短缺造成的问题影响着社会和环境，阻碍区域社会经济的可持续发展，对于两山论有着巨大的影响，因此研究评估水资源价值，并进而解决水资源短缺的问题，已成为当下生态保护与维持社会生活所面临的紧迫问题。模糊综合评价法具有模糊性，通过主观和客观两种权重计算方法，综合得出一个相对客观合理的结果，摒弃了两种方法的缺点，构建水资源价值评估模型，选取最主要的因素进行分析，通过对研究地的水资源使用状况、利用效率等进行分析，找出当地水资源短缺的根本原因，为当地经济与自然资源的协同发展作出贡献。收稿日期：2022-09-21；投稿邮箱：；责任编辑：张海东。作者简介：李国成（1997），男，河南周口人，硕士研究生，研究方向：农业管理。通讯作者：海新权（1972），男，甘肃张家川人，副教授，研究方向：金融实证。-72023 年8 月第 47 卷 第 4 期热带农业工程1研究区概况海南州位于青海省东部，青海湖南部。海南州四周被群山包围着，中间是盆地，其中部分是高原丘陵和河谷台地，海南州的地势起伏比较大，环境复杂多样，因其是通往西藏和青南的重要交通枢纽，所以具有很好的区位优势。黄河在海南州境内穿过五县，干流长411.3 km，干流水域的落差比较大，但横跨较窄。海南州建有光伏发电园区、龙羊峡水光互补发电站、拉西瓦发电站，是黄河水利电力资源的高产区，电力蕴藏量近千万千瓦。海南州年均降水量可达570 mm，但每年变化较大，空间分布上南部和西部少，而北部和东部较多。海南州人民政府驻地共和县恰卜恰镇，西北临青海湖，东南与龙羊峡水库相邻，处于降水量充沛地区。随着海南州工业化进程加快，第三产业迅速扩张，海南州流域作为覆盖龙羊峡水库的关键节点，影响着黄河流域的水质、水量，如何通过政府监管水资源开发，提高水资源利用，对于实现绿色经济发展，具有不可小觑的现实意义。2研究方法本文采用模糊综合评价法，模糊综合评价法是通过层次分析法和熵值法两种权重计算方法按比计算结果，这两种方法分别从客观权重计算方法和主观权重计算方法中各选取一种，通过两种权重计算方法计算得出的权重，各取50%计算得出综合权重，再构建判断矩阵，对水资源价值等级状况进行综合评判1。由于熵值法过于绝对化，而层次分析法计算得出的结果个人主观因素强烈，不具备客观性，所以结合两种方法，使结果更具有真实性。本研究将层次分析法与熵值法相结合，通过加权平均计算，对水资源价值进行评价2。2.1水资源价值评估指标体系构建一般而言，水量越少，水资源的价值就会越高，在水量一定的情况下，人口越多水量越稀缺，水的价值就会提高。所以要从最根本的地方入手，分析居民用水习惯以及各方面的用水比例。一般用人均水资源量、单位面积水资源量、供水总量等来反应水资源的相对稀缺程度3。水质也是决定水资源价值的一个重要因素，本文选用化学耗氧量、氨氮浓度等来评价水质。以城镇需水比例、工业增加值用水等作为社会经济因素指标；而人口因素则选用人均用水量、人均灌溉面积等作为指标项；农业灌溉水利用系数、生态环境用水量、工业水重复利用率等指标是环境因素中比较重要的因子，以此作为衡量环境因素的指标2。这些指标不容易统计结果，通过人力搜集的数据也不准确，可利用模糊数学的方法进行处理。本研究指标构建的层次结构模型见图1。2.2确定综合权重2.2.1主观赋权法（1）建立层次结构模型，将决策的目标、考虑的因素和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，建立层次结构模型，最高层为研究对象，中间层是主要影响因素，最低层是对中间层5个方面具体的评价指标（图1）。（2）构造比较判断矩阵，构建层次结构模型后，将准则层与指标层内部各因素因子全部进行重要性比较，做出重要性判断。（3）一致性检验，计算出最大特征值及该层次部分因素对上层次某因素的影响程度大小特征向量，并判断矩阵是否满足一致性4。（4）计算评价指标权值i5。2.2.2客观赋权法（1）标准化处理，正向指标：xij=xij-min()xijmax()xij-min()xij（1）逆向指标：xij=min()xij-xijmax()xij-min()xij（2）式（1）（2）中：xij是初始值，xij是标准化指标值，max()xij为指标最大值、min()xij为指标最小值6。（2）计算指标的熵值Ej：Pij=xiji=1nxij（3）Ej=-ki=1nPijln()Pij=-1lnni=1nPijln()Pij（4）k 0，k=1lnn，Ej 0（5）式（3）（4）中：Pij是第j个评价因素的第i项评价指标权重。（3）评价指标的权值j：-8李国成等基于模糊综合评价的水资源价值评估j=1-Ejn-j=1n(Ej)（j=1n(j)，0 j 1）（6）2.3水资源价值综合评价模型（1）确定隶属度矩阵，本文选用降半梯形分布12：当j=1时，ij()x=1，x xi1|x-xi1xi1-xi2，xi1 x xi20，x xi2（7）当j=2、3、4时，ij=|x-xi，j-1xij-xi，j-1，xi，j-1 x xij|x-xi，j+1xi，j+1-xij，xij x xi，j+10，x xi，j-1；x xi，j-1（8）当j=5时，in()x=1，x xin|x-xi，n-1xin-xi，n-1，xi，n-1 x xin0，x xi，n-1（9）式中：x为各指标的实际值；i 为各指标标号；j=2，3.n，n=5；n()x为指标 i 的隶属度。（2）确定评价综合矩阵R，通过指标层各指标权重与各指标的隶属度矩阵的计算，得出准则层的单因素评价向量Rj（j=1，5），将Rj依次排列，构建评价综合矩阵R。Rj=（10）（3）模糊综合评价，通过水资源价值综合评价 W 与评价综合矩阵 R 计算得出综合评价向量 V。V=W R（11）式（11）中：W满足i=1nai=1。3海南州水资源价值评估分析3.1数据来源本文指标数据主要来源于 青海统计年鉴青海省水资源公报，通过筛选分析整理出相关数据，详见表1。结合相关评价指标评分标准将17个评价分为5级：低、较低、中等、较高、高7，见表2。供水总量X13单位面积水资源量X12人均水资源量X11干旱系数X15径流系数X14人口密度X31人均GDPX32人均用水量X33人均灌溉面积X34农业灌溉水利用系数X51生态环境用水量X52工业用水重复利用率X53海南州水资源价值综合评估 X人口 X3水量 X1水质 X2生态环境 X5社会经济 X4氨氮X22化学耗氧量X21城镇需水比例X41工业增加值用水X43万元GDP用水X42图1海南州水资源资产价值计量综合评价指标体系-92023 年8 月第 47 卷 第 4 期热带农业工程表1海南州水资源价值评价指标值准则层水量水质人口社会经济生态环境准则层水量水质人口社会经济生态环境指标层人均水资源量/m3单位面积水资源量/（104m3km-2）供水总量/（108m3）径流系数干旱系数化学耗氧量/（mgL-1）氨氮/（mgL-1）人口密度/（人hm-2）人均GDP/元人均用水量/（m3）人均灌溉面积/hm2城镇需水比例/%万元GDP用水/m3工业增加值用水/m3农业灌溉水利用系数生态环境用水量（108m3）工业用水重复利用率/%指标层人均水资源量/m3单位面积水资源量/（104m3km-2）供水总量/（108m3）径流系数干旱系数化学耗氧量/（mgL-1）氨氮/（mgL-1）人口密度/（人hm-2）人均GDP/元人均用水量/m3人均灌溉面积/hm2城镇需水比例/%万元GDP用水/m3工业增加值用水/m3农业灌溉水利用系数生态环境用水量/（108m3）工业用水重复利用率/%实际值20116 49852.573.635 80.1462.724.232.260.10118 6228020.18569.44431330.660.028 585.81实际值20118 01464.612.618 50.1622.318.501.800.10532 7545630.17959.3175140.65084.1320126 49065.092.941 20.1962.423.592.220.10323 2876510.18267.8281120.660.01484.7720127 96859.42.563 70.1872.620.711.960.10632 9655430.17964.8176120.650.002 184.3820137 49251.493.033 90.191323.552.200.10425 8935100.18067.8274120.660.014 188.61201311 31082.572.462 90.2021.919.451.810.10633 3465170.17956156120.650.00276.1220146 35852.93.161 30.1512.722.832.130.10627 6606790.17761.5241120.660.014 585.09201410 10071.792.507 80.212.217.911.700.10636 6045250.17960.3144110.650.015 284.2020156 62350.42.927 40.175322.042.100.10530 1506140.17961.5202120.66084.57201512 64477.332.393 90.2342.218.161.740.10637 8155360.17958.113260.650.056 176.19-10李国成等基于模糊综合评价的水资源价值评估表2海南州水资源价值评价指标评分标准准则层水量水质人口社会经济生态环境指标层人均水资源量/m3单位面积水资源量/（104m3 km-2）供水总量/（108m3）径流系数干旱系数氨氮/（mg L-1）化学耗氧量/（mg L-1）人均灌溉面积/hm2人均GDP/元人均用水量/m3人口密度/（人hm-2）城镇需水比例/%万元GDP用水/m3工业增加值用水/m3农业灌溉水利用系数生态环境用水量/（108m3）工业用水重复利用率/%属性逆逆逆逆正逆逆正正正正正正正逆逆逆实际值高40025200.570.25100.696 0001 000200604 0006000.30.235较高80050300.430.75150.574 000800100502 5003500.40.345中等1 20075400.311.25200.462 50060050401 0001500.50.555较低2 000100500.20.51.75250.251 0004002030500500.60.765低3 000200600.050.252.25300.184002001020200100.70.7575注：“正”/“逆”分别表示最大值最优和最小值最优。3.2水资源价值评估3.2.1计算指标综合权重各层计算权重的方法不同，表示的含义也大相径庭，可由主观赋权法直接得到准则层的综合权重A；而指标层权重 是由两种赋权方法计算出权重结果，再通过加权平均得到。通过计算，海南州准则层指标的综合权重依次为：A=0.2501 0.0803 0.1506 0.3645 0.1545 ，见表3。3.2.2水资源价值模糊综合评价以 2019 年为例，根据模糊综合评价法模型，计算海南州水资源价值评价综合矩阵如下：R=0.435 8 0.222 9 0.341 3000.454 1 0.178 7 0.367 2000.324 3 0.163 0 0.210 7 0.218 6 0.083 40.316 5 0.196 6 0.277 5 0.209 400.323 6 0.063 0 0.234 8 0.378 70因此，海南州2019年的水资源价值模糊综合评价向量为：V=A R=0.359 6 0.176 0.284 0.167 7 0.012 6其归一化结果为：V=（0.359 6 0.176 0.284 0.167 7 0.012 6）水资源价值模糊综合指数W为：W=V T，1W5（12）式中：T=（1，2，3，4，5）8。据此可得出模糊综合指数：W=（0.359 6 0.176 0.284 0.167 7 0.012 6）（1，2，3，4，5）T=2.298经计算，水资源价值模糊综合指数为 2.298，属于中等偏高。3.2.3水资源资产价值计算通过对水资源价值进行定性描述，将评价的无量纲转换为相应的价格标量值，采用转换公式9：WLJ=V ST（13）式中：WLJ为水资源价格，V 为综合评价向量，S是价格向量2。水资源价格上限公式：P=E CB-M（14）式中：P为水价格上限，E是月居民人均可支配收入，C为最大水费承受指数，B是月均居民用水量，M是其他支出费用。采用等差间隔的方法计算水价，即水资源价格为P，0，2019年的价格向量为（5.099 9，3.8249，2.55，1.275，0）。则 2019 年水资源价格为（0.359 6，0.176，0.284，0.167 7，0.012 6）（5.099 9，3.824 9，2.55，1.275，0）T=5.25（元m-3），2020年达到5.36（元m-3），20112020年海南州水资源价格呈上升趋势，与人均可支配收入呈明显正相关关系（表4）。20112020年水资源资产价值总体呈逐年下降趋势。-112023 年8 月第 47 卷 第 4 期热带农业工程表3海南州水资源价值评价指标权重准则层水量水质人口社会经济生态环境综合权重A0.250 10.080 30.150 60.364 50.154 5指标层人均水资源量单位面积水资源量供水总量径流系数干旱系数化学耗氧量氨氮人口密度人均GDP人均用水量人均灌溉面积城镇需水比例万元GDP用水工业增加值用水人均水资源量单位面积水资源量供水总量主观赋权法i0.322 90.244 70.185 40.140 50.106 50.333 30.666 70.142 20.433 80.271 10.152 90.139 60.527 80.332 50.142 8570.285 7140.571 429客观赋权法j0.192 30.222 80.163 20.199 90.221 90.486 40.513 60.130 20.152 50.459 30.258 00.136 90.244 70.618 40.578 20.135 10.286 7权重0.257 60.233 70.174 30.170 20.164 20.409 90.590 10.136 20.293 20.365 20.205 40.138 30.386 30.475 40.360 50.210 40.429 1表4海南州水资源价格计算年份2011201220132014201520162017201820192020居民人均可支配收入/元8 2809 54610 96712 42613 65614 94916 41317 93519 65521 298人均用水量/（L d-1）725959656567.572.56770.577.5水费承受指数/%1.61.61.611.631.641.641.651.651.651.72供水成本/（元m-3）23.43.83.83.944.14.755.2水资源价格/（元m-3）2.12.563.053.283.834.114.245.115.255.364结论本文权重计算方法采用主观与客观相结合的权重计算方式。避免了主观缺陷，改进了模糊评价模型的实用性，完善了水资源价值核算方法。评估结果显示，海南州水资源价值总体呈上升趋势，与人均可支配收入呈正相关关系，整体水资源价值属于中等偏高，20112020年，水资源价格从2.1元/m3上升到5.36元/m3。5.36元/m3是海南州2020年的最高水价，每人每天的耗水量约为120 L，水费支出约为392元/年，符合国际标准。由于水资源定价不合理导致水资源价值逐年下降，政府应当关注相关问题，及时提出对策，维持经济与资源的共同发展。参考文献1杨旭，于水利，由海波.模糊数学综合评判在水资源价值评估中的应用J.海河水利，2008（2）：49-51.2简富缋，宋晓谕，虞文宝.水资源资产价格模糊数学综合评价指标体系构建：以黑河中游张掖市为例 J.冰川冻土，2016，38（2）：567-572.3 张蕾，陈晓宏.水资源价值及与水价关系的研究J.中山大学研究生学刊（自然科学版），2001（3）：80-84.4王根霞，王祖和，段德宏，等.基于区间数层次分析法的民用建筑太阳能热水系统评价 J.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2012，28（5）：897-903.5王海亮，杨永红，张颖.基于模糊层次分析法的水资源承载力研究J.水科学与工程技术，2014（3）：16-20.6张琳玲.基于模糊综合评价模型的水资源资产负债表编制与应用D.兰州：兰州财经大学，2020.7龚杰，赵起超，娄华超，等.模糊层次分析法在水资源价值评估中的应用：以绵阳市为例 J.长江科学院院报，2022，39（4）：34-40.8朱永彬，史雅娟.中国主要城市水资源价值评价与定价研究J.资源科学，2018，40（5）：1 040-1 050.9 姜文来.水资源价值模型研究 J.资源科学，1998（1）：37-45.-12