CN110728467A - 一种水资源与国民经济匹配能力评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水资源与国民经济匹配能力评价方法，包括：S1、基于定向政策矩阵构建水资源与国民经济匹配能力分析模型；S2、构建评价指标体系，基于政策分析矩阵划分评价指标体系的评价等级标准；S3、采集水资源和经济数据，并对数据进行处理，得到评价指标权重结果；S4、构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型，确定评价等级标准，得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级。本发明基于水资源与国民经济匹配能力评价模型，对国家中心城市的水资源与国民经济匹配能力进行分析评价，并就水资源与国民经济匹配能力及地区发展潜力类型进行城市定位。

Description

一种水资源与国民经济匹配能力评价方法

技术领域

本发明属于水资源的技术领域，具体涉及一种水资源与国民经济匹配能力评价方法。

背景技术

国家中心城市是现代化发展必然趋势，是居于国家的战略要津、能够体现国家意志、肩负着国家使命的特大型都市。2005年，中国住建部制定的《全国城镇体系规划》，首次提出了国家中心城市这一概念，它改变了传统的城镇格局，使得国家中心城市成为中国城镇体系的首要位置。2010年中国住建部正式提出了设立国家中心城市，正式确立了国家中心城市的引领、辐射、带动作用。国家中心城市集中了中国城市在人口、资源、空间和政策上的主要优势，是提高城镇化质量、推动中国城市现代化进程的必经之路。目前，国家九大中心城市有：北京、天津、上海、广州以及重庆、成都、武汉、郑州、西安。

水资源不仅是生态环境持续发展的基础要素，更是社会经济发展过程中不可或缺的宝贵自然资源。水资源是作为支撑社会经济发展的先导资源，是工农业发展的基础资源，对于社会、经济发展具有深远影响。

水资源对城市发展保障作用理解为四个方面：一是水资源禀赋条件是水资源保障区域发展的基础，区域水资源条件因资源基本属性及分布特征差异较大；二是水资源对区域发展的保障作用建立在用水水平的基础上，水资源的利用应与区域生产力的发展水平相适应，保证经济、人口、资源和环境协调可持续发展；三是水资源的调控能力是水资源保障区域发展的重要环节，为提高水资源科学管理的调控能力，各地区应因地制宜，建立新型的水资源管理机制、法规和政策；四是水利工程的供水能力是水资源保障区域发展的手段，由于水资源的时空分布特征及其流动特性，需要必要的水利工程进行调控拦蓄，因此兴建水利工程是保障区域水资源持续利用的基本手段。

而水资源的调用或利用是一个复杂的过程，有很多的风险因素相互制约，水资源的利用，其风险值的高低对社会经济发展具有较大的影响，故需要水资源与国民经济匹配能力的评价。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种水资源与国民经济匹配能力评价方法，以解决或改善上述的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种水资源与国民经济匹配能力评价方法，其包括：

S1、基于定向政策矩阵构建水资源与国民经济匹配能力分析模型；

S2、构建评价指标体系，基于政策分析矩阵划分评价指标体系的评价等级标准；

S3、采集水资源数据和经济数据，并对数据进行处理，得到评价指标权重结果；

S4、构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型，确定评价等级标准，得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级。

优选地，定向政策矩阵的二维空间的X轴代表中心城市地区发展潜力，Y轴代表水资源保障能力。

优选地，水资源指标包括：水资源特性、供水、用水、节水和水环境；地区发展指标包括基础设施、资源供给、居民生活水平、环境承载水平、综合经济和人力资源与科技发展水平。

优选地，基于水资源和经济社会特征，确定水资源保障能力及地区发展潜力两套评价指标体系的评价等级标准；所述评价等级标准为：结合政策分析矩阵将水资源保障能力等级标准划分为3个级别，Ⅰ～Ⅲ级别分别表示超载、临界、可载；将地区发展潜力等级标准划分为3个级别，Ⅰ～Ⅲ级别分别表示较弱、一般、较强；结合水资源与国民经济的评价结果，确定水资源与国民经济匹配能力分为9类，分别为保护型、约束型、驱动型、滞后型、稳健型、均衡型、潜力型、成长型、领先型。

优选地，水资源数据包括：国家中心城市水务局的水资源公报、水资源考核自查报告、地方政府发布的文件、规划成果和公告。

优选地，步骤S3中得到评价指标权重结果的具体步骤包括：

采用熵权法计算各评价指标权重，并得到权重矩阵；

采用专家打分法修正，获得权重结果。

优选地，步骤S4中得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级的具体步骤包括：

S4.1、确定云模型的特征参数；

S4.2、令正向云发生器运行N＝3000次，以平均值作为隶属度；

S4.3、根据隶属度和评价指标的权重确定综合隶属度；

S4.4、根据最大隶属度原则，将隶属度最大值所对应的等级作为最终评价等级。

本发明提供的水资源与国民经济匹配能力评价方法，具有以下有益效果：

本发明基于定向政策矩阵分析模型，对国家中心城市的水资源与国民经济匹配能力进行分析评价，并就水资源保障能力及地区发展潜力类型进行划分，为各城市水资源发展战略制定提供依据。

附图说明

图1为水资源与国民经济匹配能力评价方法的水资源与国民经济匹配能力分析模型。

图2为水资源与国民经济匹配能力评价方法的正态云模型。

图3为水资源与国民经济匹配能力评价方法的国家九大中心城市。

图4为水资源与国民经济匹配能力评价方法的9大中心城市在矩阵图位置的点阵图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的水资源与国民经济匹配能力评价方法，包括：

S1、基于定向政策矩阵构建水资源与国民经济匹配能力分析模型；

S2、构建评价指标体系，基于政策分析矩阵划分评价指标体系的评价等级标准；

S3、采集水资源数据和经济数据，并对数据进行处理，得到评价指标权重结果；

S4、构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型，确定评价等级标准，得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级。

根据本申请的一个实施例，以下对步骤S1至步骤S5进行详细描述。

参考图3，从整体上看，北京、天津引领环渤海区域，上海引领长三角区域、广州引领珠三角区域；武汉可以辐射带动中部和长江中游地区；重庆地处中部内陆腹地，具有承东启西的重要战略地位；郑州承担着交通枢纽的作用；西安位于古丝绸之路的起点，发挥着连接东西的独特优势。

步骤S1、构建水资源与国民经济匹配能力分析模型；

参考图1，采用定向政策矩阵构建水资源与国民经济匹配能力分析模型，X轴代表地区发展潜力，Y轴代表水资源保障能力。

通过对国家九大中心城市开展城市发展和水资源开发利用的理论研究，采用定向政策矩阵从二维空间探讨水资源与城市发展的相关性，对水资源在城市化进程中的重要性予以了充分的认识，获得国家九大中心城市的水资源现状定位，并依据地区发展潜力对各地区水资源与国民经济匹配能力进行评估。

步骤S2、构建评价指标体系并确定评价标准；

评价指标体系的确定是进行水资源与国民经济匹配能力评价的核心，评价指标体系的建立必须遵循系统性与科学性、地域性、动态性、可操作性、可靠性和可比性等原则。区域水资源与国民经济匹配能力的评价目的是为了解决水资源动态变化供需平衡和经济发展间的矛盾，合理配置区域水资源，调整生产布局与产业结构，为制定经济社会发展战略提供参考依据。为了对区域水资源与国民经济匹配能力进行实时动态评价和完成水资源与国民经济匹配能力预警目标，需要建立一套快速准确且科学合理的评估方案。

实际评价过程中水资源指标分别从水资源特性、供水、用水、节水以及水环境五方面选取，从全部的供用水环节筛选评价指标；地区发展指标包括基础设施、资源供给、居民生活水平、环境承载水平、综合经济以及人力资源与科技发展水平等六个方面，构建评价指标，城市发展潜力进行综合评价，参见表1。

表1综合评价指标体系

评价标准

水资源与国民经济匹配能力以及地区发展潜力评价标准的确定应该准确客观地衡量国家九大中心城市的经济、人口、资源和环境间的协调发展程度，参考目前比较认可的水资源保障能力及地区发展潜力的评级标准，结合政策分析矩阵将水资源保障能力和地区发展等级标准分别划分为3个级别，水资源保障能力Ⅰ～Ⅰ级别分别表示超载、临界、可载，地区发展潜力Ⅰ～Ⅲ级别分别表示较弱、一般、较强。如表2所示。

表2评价等级结果

S3、确定指标权重；

采集水资源数据和经济数据，并对数据进行处理，得到评价指标权重结果。

水资源数据主要来源于国家九大中心城市水务局的水资源公报、水资源考核自查报告、地方政府发布的文件、规划成果和公告。经济数据主要来源于国民经济与社会发展统计公报、统计年鉴、已发表文献以及新闻报道。

选择国家九大中心城市为研究区，2017年为研究时段，确定评价指标体系如表，并查阅上述资料，确定评级指标值。

确定指标权重

(1)熵权法

①指标归一化：设每个指标有m个观测值，xij代表第i个评价指标的第j个观测值。设评价指标矩阵X＝[xij]m×n，并将矩阵X归一化处理，得到标准矩阵Y＝[yij]m×n。

标准化处理方法：首先对特征进行无量纲化处理，将各种指标标准化为统一体系，并且对特征进行解读，将正向指标和负向指标区分开来。正向指标表示该指标特征强度对评价对象有积极影响，指标值愈大，评价对象表现愈优，反之亦然。

正向指标标准化：

负向指标标准化：

②计算第i项评价指标的信息熵ei：

其中，若yij＝0，则定义ei＝0.

③计算各评价指标权重wi，得到权重矩阵W＝{w1,w2…wn}：

(2)专家打分法修正，获得权重结果，参考表3。

表3权重处理结果

步骤S4、构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型；

通过正向云发生器来实现从数字特征(Ex,En,He)表示的定性概念到定量数据drop(x_i,μ_i)(i＝1,2,…,N)的转换，算法步骤为：

①生成一个均数为En，方差He²的高斯随机数En'_i＝NORM(En,He²)；

②生成一个均数为Ex，方差Hei'²的高斯随机数x_i＝NORM(Ex,Eni'²)；

③计算x_i的确定度μ_i＝e^{-(xi-Ex)2/2(En}'ⁱ⁾²；

④元素x_i成为论域中的一个云滴(x_i,μ_i)，重复执行，直至产生N个云滴。

构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型具体步骤如下：

设评价因素集为U＝{u₁，u₂，…，u_n}，评价集为V＝{v₁，v₂，…，v_m}。

(1)云模型特征参数的计算

Ex＝(x_1ij+x_2ij)/2

式中:x_1ij、x_2ij分别表示某一等级区间[x_1ij，x_2ij]的上下限值。

在评价过程中，由于评价等级的边界具有一定模糊性，边界值属于紧邻的左右区间，因此隶属度应当相等，即:

exp[-(x_1ij-x_2ij)/8(En)²]＝0.5

En＝(x_1ij-x_2ij)/2.355

He＝k

式中:k为常数，借鉴经验取值，一般在[0，En/3]范围内取值，反映了云模型云滴的离散程度。通过上述方法可以确定云模型的特征参数(Ex，En，He)。

(2)指标隶属度确定

由云模型正向发生器在matlab上生成评价指标的正态云图，如图2所示。程序运行时，令正向云发生器运行N＝3000次，以平均值作为隶属度。

μ_ijk＝Σμ_ijk/N

式中：μ_ijk表示因素x_ijk对应等级K由正向云发生器计算一次的隶属度

(3)综合隶属度确定

U＝∑w_ij*u_ijk

式中：w_ij为评价指标i的权重，满足∑w_ij＝1.

(4)评价等级判定

依据最大隶属度原则，隶属于每个等级的隶属度和U越大，说明该样本隶属于该等级的可能性就越大，将隶属度最大值所对应的等级作为最终评价等级，如表所示。

S5、评价结果；

(1)云模型参数计算，根据公式，结合评价指标等级标准中各级别上下限值，确定特征值期望、熵、超熵，各评价指标各等级特征值计算结果见表4。

表4水资源与国民经济匹配能力不同等级正态云模型参数

(2)隶属度计算。

按照正向云发生器的计算步骤，通过程序运行获得各指标对应各评价等级的隶属度。考虑云模型属性的不确定性，以3000次程序运行结果的均值作为最终隶属度，得到云模型处理结果如图。

(3)获得各城市对应各评级等级的综合隶属度，并依据最大隶属度原则获得评价等级结果，如表5。

表5云模型评价等级

结果展示，表格，配图，发展潜力结果，水资源与国民经济匹配能力结果

应用水资源保障能力和地区发展潜力双向评价体系二维定位，依据评价等级结果在政策分析矩阵确定国家九大中心城市的水资源与国民经济匹配能力关系，如表6和图4所示。

表6城市定位

最终评价结果：驱动型城市为北京、天津，领先型城市为上海、广州，成长型城市为重庆、武汉，稳健型城市为成都，约束性城市为郑州、西安。

驱动型城市表示城市发展遥遥领先，但水资源保障能力很欠缺的城市，说明水资源严重制约城市发展，为进一步增强城市竞争力，必须提高水资源的保障能力；领先型城市表示城市发展以及水资源条件都领先于其他城市，水资源更好地保障了城市发展；成长型城市属于水资源充沛，但经济发展水平有上升空间，水资源能够保障城市更好发展且有富余。稳健型城市属于水资源条件及地区发展水平都处于中间水平，但二者尚可匹配，更好地城市发展会增进水资源需求；约束型城市表示城市发展处于中等水平，但水资源条件较为匮乏，水资源限制了地区更好发展。

评价结果很好地反映了国家九大中心城市的水资源及地区发展现状，展现水资源动态变化的供需平衡与经济发展间的矛盾，城市可依据该评价结果，制定相关的政策和规划，以提高地区水资源保障能力。

本发明基于DP矩阵分析模型，对国家九大中心城市的水资源与国民经济匹配能力进行分析评价，并就水资源保障能力及地区发展潜力类型进行划分，可为城市水资源发展战略制定提供依据。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，包括：

S1、基于定向政策矩阵构建水资源与国民经济匹配能力分析模型；

S2、构建评价指标体系，基于政策分析矩阵划分评价指标体系的评价等级标准；

S3、采集水资源数据和经济数据，并对数据进行处理，得到评价指标权重结果；

S4、构建水资源与国民经济匹配能力评价云模型，确定评价等级标准，得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级。

2.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于：所述定向政策矩阵的二维空间的X轴代表国家中心城市地区发展潜力，Y轴代表水资源保障能力。

3.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，水资源指标包括：水资源特性、供水、用水、节水和水环境；地区发展指标包括基础设施、资源供给、居民生活水平、环境承载水平、综合经济和人力资源与科技发展水平。

4.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，基于水资源和经济社会特征，确定水资源保障能力及地区发展潜力两套评价指标体系的评价等级标准；所述评价等级标准为：结合政策分析矩阵将水资源保障能力等级标准划分为3个级别，Ⅰ～Ⅲ级别分别表示超载、临界、可载；将地区发展潜力等级标准划分为3个级别，Ⅰ～Ⅲ级别分别表示较弱、一般、较强；结合水资源与国民经济的评价结果，确定水资源与国民经济匹配能力分为9类，分别为保护型、约束型、驱动型、滞后型、稳健型、均衡型、潜力型、成长型、领先型。

5.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，所述水资源数据包括：国家中心城市水务局的水资源公报、水资源考核自查报告、地方政府发布的文件、规划成果和公告。

6.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，所述步骤S3中得到评价指标权重结果的具体步骤包括：

采用熵权法计算各评价指标权重，并得到权重矩阵；

采用专家打分法修正，获得权重结果。

7.根据权利要求1所述的水资源与国民经济匹配能力评价方法，其特征在于，所述步骤S4中得到各个中心城市水资源与国民经济匹配能力的评价等级的具体步骤包括：

S4.1、确定云模型的特征参数；

S4.2、令正向云发生器运行N＝3000次，以平均值作为隶属度；

S4.3、根据隶属度和评价指标的权重确定综合隶属度；

S4.4、根据最大隶属度原则，将隶属度最大值所对应的等级作为最终评价等级。

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