PP-FCE评价模型在最严格水资源管理制度实施效果评价中的应用

2019-11-28凌佳楠张婷婷于荣科

人民珠江 2019年11期

凌佳楠，张婷婷，于荣科

(1.上海勘测设计研究院有限公司，上海 200050；2. 上海栩胤实业有限公司，上海 201600；3. 泰州市河海勘测设计有限公司，江苏泰州 214500)

最严格水资源管理制度，作为中国新时期一种新型水资源管理制度，该制度实施效果的评价必须要有一套科学合理而又简单易行的评价体系作支撑。中国每年都很重视最严格水资源管理制度实施效果评价，国内诸多学者也对如何科学有效地评价最严格水资源管理制度实施效果进行相关研究：管桂玲等[1]采用量化管理方法，对最严格水资源管理水平进行评价;彭文启[2]主要从功能区限制纳污红线管理必要性方面入手进行实施效果评价；吴书悦等[3]基于水资源、经济、社会和环境4个角度，构建区域用水总量控制的评价指标体系，进行实施效果评价；雷德义等[4]建立基于得分的评价方法和等级划分标准，采用层次分析法确定了各项指标权重，以此进行效果评价。

然而，由于该制度提出时间尚不长久，对该制度实施效果评价的研究更是不够深入。经研究发现，目前最严格水资源管理制度实施效果评价方法比较单一和缺乏，且主观性较强的评价方法居多，评价结果缺乏科学客观性。本文拟将投影寻踪法和模糊综合评价法相互结合，构建出PP-FCE评价模型，对最严格水资源管理制度实施效果进行评价，以此增强评价结果的科学客观性。

1 评价指标和分级标准

最严格水资源管理制度实施效果评价指标体系涉及多学科、多领域，指标体系的设置应力求全面考虑最严格水资源管理制度的各类要素，所选指标能充分反映最严格水资源管理制度的实际和特点，为最严格水资源管理制度落实提供科学依据。中国目前推行《实行最严格水资源管理制度考核办法》[5]中的评价指标体系虽然能较为全面地考核最严格水资源管理制度实施效果，但所选指标大多过于宏观，且大多为定性指标，无法测得具体数值进而更科学地评判指标落实状况，故本文拟在原考核指标体系基础上，尽可能以定量指标替代定性指标构建更为具体细化的最严格水资源管理制度实施效果评价指标体系。本文遵循全面整体、科学务实、定量定性相结合的原则，参照已有评价指标[5- 8]，并结合宝应县的特点，采用Delphi法[9]进行指标筛选，共选择用水总量控制率等24个指标，并采用系统层次法[10]构建最严格水资源管理制度实施效果评价指标体系。

效仿《实行最严格水资源管理制度考核办法》分级标准，将最严格水资源管理制度实施效果评价结果等级分为：优秀[90,100]、良好[80,90)、合格[60,80)、不合格[0,60)4个等级[5]。而对于各指标等级划分，则根据各指标相关规范、规划及文献资料等划分依据，建立最严格水资源管理制度实施效果评价分级标准(表1)。

表1 最严格水资源管理制度实施效果评价指标体系及分级标准

注：1亩约等于666.67 m2。

2 PP-FCE评价模型

2.1 投影寻踪法计算指标权重

投影寻踪(Projection Pursuit,PP)是一种客观性较强的评价方法，该方法既可以作探索性分析，也可以作确定性分析。该方法的计算原理主要是将高维数据作低维化处理，用投影寻踪法计算指标权重，可在很大程度上避免主观臆断性对于计算结果的偏差影响，使指标权重更为客观。投影寻踪法计算指标权重步骤如下[11-13]。

Step1评价指标数据处理

设研究指标集为：

f(x)={x(i,j)=1,2,…n;j=1,2,…，m}

(1)

式中x(i,j)——第i个样本或方案的第j个评价指标值；n——样本或方案的个数；m——评价指标个数。

进行指标归一化处理：

对于指标值越小评价标准级别越高(成本型)的指标：

(2)

对于指标值越大评价标准级别越高(效益型)的指标：

(3)

Step2构建投影指标函数Q(a)

将m维数据按下式简化为一维投影值z(i)：

f(x)={x(i,j)|j=1,2,…,m}

(4)

a={a(1),a(2),…,a(m)}

(5)

(6)

式中z(i)——i样本投影特征值向量；a——投影方向。

投影指标函数为：

Q(a)=SzDz

(7)

(8)

(9)

式中rij=|z(i)-z(j)|;Sz——z(i)在一维空间散布的类间距离，可用投影特征值的标准差计算；Dz——z(i)的局部密度；R——窗口半径长度值，一般可取值为aSz(a=0.1,0.01,…)；rij——两投影特征值间的间距；u——单位阶跃函数，只有当R≥rij时u=1，其他情况下u=0。

Step3求出最佳投影方向

一般是利用求解投影指标Q(a)的最大值Qmax，Qmax的方向向量即为最佳投影方向a，按下式计算：

最大目标函数：Qmax(a)=Sz×Dz

(10)

(11)

{a(j)|j=1,2,…，m}为优化变量的复杂非线性优化问题，目前计算最佳投影方向主要采用加速遗传算法求解[15]。

Step4计算指标权重

将每个指标对应的最佳投影方向平方作为该指标的权重值：ωj=a2(j)

(12)

2.2 模糊综合评价法指标评价

模糊综合评价法(fuzzy comprehensive evaluation)是以模糊数学为基础，并结合模糊关系合成原理，形成目前常用的一种综合评价方法。该方法可以有效进行指标定量评价，使评价结果更为科学客观，评价计算步骤如下[11 -16]。

Step1因素集U及评价集V的确定

U={u1,u2,…,un}，V={v1,v2,…,vm}

其中ui(i=1,2,…,n)——第i个评价指标；vj(j=1,2,…,m)——影响事物评价值的第j个等级。

Step2计算各个评价因素对相应等级的隶属度

隶属度值大于等于0且小于等于1，越接近于1，说明隶属程度越好，计算方法如下。

当ui大于第1级标准值时，其对各等级隶属度为：

ri1=1,ri2=ri3=ri4=0

(13)

当ui属于第j级和第j+1级标准值Vi,j、Vi,j+1之间，它的隶属度为：

(14)

而对其他级别的隶属度为0；

当ui小于第4级标准值时，其对各等级的隶属度为：

ri4=1,ri1=ri2=ri3=0

(15)

Step3确定评判矩阵R

R=(R1,R2,…，Rn)T=(rij)n×m=

(16)

Step4确定各因素的权重W

采用式(12)进行权重值计算：W=(ω1,ω2,ω3)

(17)

Step5综合评判

Bi=WiδRi=

(18)

式中δ——模糊合成算子，表示模糊矩阵的合成运算。

Step6求出最大隶属度B*

B*=max{b1,b2,b3,b4}

(19)

则B*对应的评价等级即是系统对应的评价等级。

2.3 “三条红线”评价指标一票否决制

考虑到 “三条红线”评价指标在最严格水资源管理制度实施效果评价中的核心地位，故采取该系列指标(C1—C6)不合格则评价结果即为不合格的一票否决制。

2.4 分值换算

将计算得到的最大隶属度值根据下式换算成最严格水资源管理制度实施效果评价最终得分值：

A=B*×100

(20)

3 实例分析

3.1 基本资料

宝应县从2012年开始实施最严格水资源管理制度以来，当地政府十分重视制度实施效果评价工作，从水资源规划、调度、管理等多方面进行系统管理，在最严格水资源管理制度实施上取得了不俗进展。通过对宝应县最严格水资源管理制度实施效果调查评价和查阅当地统计年鉴及水资源公报[17-18]，搜集到2012—2016年间宝应县最严格水资源管理制度实施效果评价指标数据见表2。