CN113077127A - 一种水资源高效利用的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水资源高效利用的评价方法，以解决现有对水资源利用效率尚处于探索阶段的缺陷，包括如下步骤：构建该地区水资源评价的指标集；基于层次分析法‑熵权法得到各指标的组合权重集向量W；计算云特征值；根据云特征值和筛选后的实际评价指标数据建立隶属度矩阵U；模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，再结合最大隶属度原则，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果。将层次分析法与熵权法结合，得到各指标的组合权重集向量W，组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果，可信度高。

Description

一种水资源高效利用的评价方法
技术领域
一种水资源高效利用的评价方法，本发明属于城市规划和管理与水资源管理综合领域，具体涉及水资源高效利用评价技术领域。
背景技术
水资源是指可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和合适的质量，并满足某一地方在一段时间内具体利用的需求，还有一种定义，水资源是指地球上具有一定数量和可用质量能从自然界获得补充并可资利用的水。
我国是一个水旱灾害频繁发生、水资源时空分布不均的发展中国家，同样面临着水资源短缺、水质恶化等许多问题的挑战。虽然水资源较为丰富，但时空分布不均，年内与年际水量变化大，水土流失现象严重。随着人口的增长，社会经济的发展以及人们生活水平的提高，对水的需求量越来越大，水资源的供需矛盾和水环境问题日益突出，已影响到了人们生活水平的提高和经济的发展。水资源开发利用效率问题是水资源利用相关领域的重点问题。水资源高效利用是在保证水资源的可持续发展的基础上，以经济效益为中心，坚持开源与节流并举，节流为主的方针充分高效地利用现有水资源。
在水资源可持续发展的原则指导下提出水资源高效利用的技术措施，主要包括水资源的综合开发利用、节水工程建设、水资源统一规划和科学管理几个方面。
目前对水资源利用效率相关研究主要侧重于单个生产部门的水资源边际效益或产出分析，对不同部门的综合用水效率研究较少，指标体系构建和评价方法尚处于探索阶段。我国是农业水资源消耗大户，而农业具有保障粮食安全的战略意义，因此我国的水资源利用效率评价研究大多是围绕农业展开的，对城市水资源利用效率评价的研究较少，少量的城市水资源利用效率评价研究大多针对各省县区进行的综合研究，并没有进行行业水资源利用效率专项评价。在实际评价中，国内许多关于水资源利用效率评价指标体系的研究中都包含了经济、社会、生态等方面的指标，最常见的指标是GDP指标，但在国内外有关水资源利用效率的研究中，普遍认为科学的工业结构、先进的工业技术、设备、工艺、水价、节水技术发展程度是决定区域水资源开发利用效率的关键。
发明内容
本发明的目的在于：一种水资源高效利用的评价方法，以解决现有的对水资源利用效率尚处于探索阶段的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
一种水资源高效利用的评价方法，包括如下步骤：
步骤1、构建该地区水资源评价的指标集，并制定评价等级标准；
步骤2、基于层次分析法-熵权法得到各指标的组合权重集向量W；
步骤3、根据评价等级标准及各评价指标所对应的等级，计算云特征值；
步骤4、根据云特征值和筛选后的实际评价指标数据建立隶属度矩阵U；
步骤5、将已得到的各指标的组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，再结合最大隶属度原则，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果。
本申请中，先构建该地区水资源评价的指标集，制定评价等级标准，包括恶化、一般、良好和优秀，基于层次分析法是主观赋权所求得的权重Wa＝(Wai)1*n，熵权法是客观赋权所求得的权重We＝(Wei)1*n，将主观赋权法下指标权重与客观赋权法下指标权重结合，求得评价指标组合权重，各指标的组合权重向量W由得到的主客观权重用乘法集成得到，根据评价等级标准及各评价指标所对应的等级，计算云特征值，根据云特征值和筛选后的实际评价指标数据建立隶属度矩阵U，将已得到的各指标的组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，再结合最大隶属度原则，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果。将层次分析法与熵权法结合，得到各指标的组合权重集向量W，组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果，可信度高。
优选的，评价等级包括恶化、一般、良好和优秀。
优选的，步骤2中，采用层次分析法建立判断矩阵，计算出矩阵的最大特征根λ及其对应的特征向量Wai，具体计算步骤如下：
对矩阵A的每一列向量进行归一化，得到
Figure BDA0002984001120000021
对
Figure BDA0002984001120000022
按行求和，得到
Figure BDA0002984001120000023
对
Figure BDA0002984001120000031
归一化，得到
Figure BDA0002984001120000032
计算判断矩阵A的最大特征根λ，即
Figure BDA0002984001120000033
对判断矩阵进行一致性检验，先计算CI，再计算CR即
Figure BDA0002984001120000034
Figure BDA0002984001120000035
优选的，步骤2中，熵权法，首先归一化指标建立原始数据矩X＝(xqi)m*n
Figure BDA0002984001120000036
其中，m为被评价对象的数目，n为评价指标数目；
计算第i项指标在第q年指标值的比重pij；
Figure BDA0002984001120000037
计算第i项指标的信息熵值Ei；
Figure BDA0002984001120000038
当pqi＝0时，定义pqilnpqi＝0；
计算该指标的权重wei
Figure BDA0002984001120000039
优选的，基于层次分析法是主观赋权所求得的权重Wa＝(Wai)1*n，熵权法是客观赋权所求得的权重We＝(Wei)1*n，将主观赋权法下指标权重与客观赋权法下指标权重结合，求得评价指标组合权重，各指标的组合权重向量W由得到的主客观权重用乘法集成得到：
Figure BDA0002984001120000041
式中：W表示组合权重；Wai表示主观赋权法下指标权重；Wei表示客观赋权法下指标权重；j表示第j个指标。
优选的，步骤3中，每个等级云的三个特征值(Ex,En,He)是由其指标对应等级的上下边界值确定，设有指标Xij，其中i为评价指标，j为数据X对应的评价等级，则有数据xij的上下边界值为有xij 1和xij 2；
由于每个等级的中间数值是最能代表该等级的定性概念，因此期望值表示为：
Figure BDA0002984001120000042
Figure BDA0002984001120000043
He的大小根据熵值和经验获得。
更为优选的，He的取值为0.01。
优选的，步骤4具体为，根据计算所得的三个云特征值和筛选后的实际评价指标数据，利用云模型公式确定出其指标i在等级j上的隶属度uij，构成隶属度矩阵U＝(uij)n*m
Figure BDA0002984001120000044
Figure BDA0002984001120000045
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，将层次分析法与熵权法结合，得到各指标的组合权重集向量W，组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果，可信度高；
2、本发明的方法可以更好的揭示该地区水资源高效开发利用程度和水平，进而明确水资源开发利用潜力，为该地区水资源优化配置和产业结构调整提供理论依据和决策支撑；
3、本发明中，He的取值为0.01；
4、本发明中，将指标体系构建和评价方法应用于实践中，且结果的可信度高，评价方法更合理，实用性强。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种水资源高效利用的评价方法，包括如下步骤：
步骤1、构建该地区水资源评价的指标集，并制定评价等级标准，评价等级包括恶化、一般、良好和优秀；
步骤2、基于层次分析法-熵权法得到各指标的组合权重集向量W，采用层次分析法建立判断矩阵，计算出矩阵的最大特征根λ及其对应的特征向量Wai，具体计算步骤如下：对矩阵A的每一列向量进行归一化，得到
Figure BDA0002984001120000051
对
Figure BDA0002984001120000052
按行求和，得到
Figure BDA0002984001120000053
对
Figure BDA0002984001120000054
归一化，得到
Figure BDA0002984001120000055
计算判断矩阵A的最大特征根λ，即
Figure BDA0002984001120000056
对判断矩阵进行一致性检验，先计算CI，再计算CR即
Figure BDA0002984001120000061
Figure BDA0002984001120000062
步骤2中，熵权法，首先归一化指标建立原始数据矩X＝(xqi)m*n
Figure BDA0002984001120000063
其中，m为被评价对象的数目，n为评价指标数目；
计算第i项指标在第q年指标值的比重pij；
Figure BDA0002984001120000064
计算第i项指标的信息熵值Ei；
Figure BDA0002984001120000065
当pqi＝0时，定义pqilnpqi＝0；
计算该指标的权重wei
Figure BDA0002984001120000066
基于层次分析法是主观赋权所求得的权重Wa＝(Wai)1*n，熵权法是客观赋权所求得的权重We＝(Wei)1*n，将主观赋权法下指标权重与客观赋权法下指标权重结合，求得评价指标组合权重，各指标的组合权重向量W由得到的主客观权重用乘法集成得到：
Figure BDA0002984001120000067
式中：W表示组合权重；Wai表示主观赋权法下指标权重；Wei表示客观赋权法下指标权重；j表示第j个指标；
步骤3、根据评价等级标准及各评价指标所对应的等级，计算云特征值，步骤3中，每个等级云的三个特征值(Ex,En,He)是由其指标对应等级的上下边界值确定，设有指标Xij，其中i为评价指标，j为数据X对应的评价等级，则有数据xij的上下边界值为有xij1和xij2；
由于每个等级的中间数值是最能代表该等级的定性概念，因此期望值表示为：
Figure BDA0002984001120000071
Figure BDA0002984001120000072
He的大小根据熵值和经验获得；He的取值为0.01；
步骤4、根据云特征值和筛选后的实际评价指标数据建立隶属度矩阵U，步骤4具体为，根据计算所得的三个云特征值和筛选后的实际评价指标数据，利用云模型公式确定出其指标i在等级j上的隶属度uij，构成隶属度矩阵U＝(uij)n*m
Figure BDA0002984001120000073
Figure BDA0002984001120000074
步骤5、将已得到的各指标的组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，再结合最大隶属度原则，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、构建该地区水资源评价的指标集，并制定评价等级标准；
步骤2、基于层次分析法-熵权法得到各指标的组合权重集向量W；
步骤3、根据评价等级标准及各评价指标所对应的等级，计算云特征值；
步骤4、根据云特征值和筛选后的实际评价指标数据建立隶属度矩阵U；
步骤5、将已得到的各指标的组合权重集向量W与各评价对象的隶属度矩阵U进行模糊转换，得到各评价标准上的模糊子集B，再结合最大隶属度原则，选择隶属度最大的等级作为水资源高效利用下该地区水资源评价的结果。
2.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于：
评价等级包括恶化、一般、良好和优秀。
3.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，步骤2中，采用层次分析法建立判断矩阵，计算出矩阵的最大特征根λ及其对应的特征向量Wai，具体计算步骤如下：
对矩阵A的每一列向量进行归一化，得到
Figure FDA0002984001110000011
对
Figure FDA0002984001110000012
按行求和，得到
Figure FDA0002984001110000013
对
Figure FDA0002984001110000014
归一化，得到
Figure FDA0002984001110000015
计算判断矩阵A的最大特征根λ，即
Figure FDA0002984001110000016
对判断矩阵进行一致性检验，先计算CI，再计算CR即
Figure FDA0002984001110000021
Figure FDA0002984001110000022
4.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，步骤2中，熵权法，首先归一化指标建立原始数据矩X＝(xqi)m*n
Figure FDA0002984001110000023
其中，m为被评价对象的数目，n为评价指标数目；
计算第i项指标在第q年指标值的比重pij；
Figure FDA0002984001110000024
计算第i项指标的信息熵值Ei；
Figure FDA0002984001110000025
当pqi＝0时，定义pqilnpqi＝0；
计算该指标的权重wei
Figure FDA0002984001110000026
5.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，基于层次分析法是主观赋权所求得的权重Wa＝(Wai)1*n，熵权法是客观赋权所求得的权重We＝(Wei)1*n，将主观赋权法下指标权重与客观赋权法下指标权重结合，求得评价指标组合权重，各指标的组合权重向量W由得到的主客观权重用乘法集成得到：
Figure FDA0002984001110000027
式中：W表示组合权重；Wai表示主观赋权法下指标权重；Wei表示客观赋权法下指标权重；j表示第j个指标。
6.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，步骤3中，每个等级云的三个特征值(Ex,En,He)是由其指标对应等级的上下边界值确定，设有指标Xij，其中i为评价指标，j为数据X对应的评价等级，则有数据xij的上下边界值为有xij 1和xij 2；
由于每个等级的中间数值是最能代表该等级的定性概念，因此期望值表示为：
Figure FDA0002984001110000031
Figure FDA0002984001110000032
He的大小根据熵值和经验获得。
7.根据权利要求6所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，He的取值为0.01。
8.根据权利要求1所述的一种水资源高效利用的评价方法，其特征在于，步骤4具体为，根据计算所得的三个云特征值和筛选后的实际评价指标数据，利用云模型公式确定出其指标i在等级j上的隶属度uij，构成隶属度矩阵U＝(uij)n*m
Figure FDA0002984001110000033
Figure FDA0002984001110000034
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