北京市第四系地下水资源价值模糊数学综合评价.pdf

2 O1 2 第7 卷第2 期 研究评价 2 O 1 2 Vo1 7 No 2 北京市第四系地下水资源价值模糊数学综合评价 陈 超 ，郭高轩 ( 1 中国地质大学 地球科学与资源学院， 北京1 0 0 0 8 3 ；2 北京市水文地质工程地质大队，北京1 0 0 1 9 5 ) 摘要： 地下水资源价值的影响因素众多，价值系统具有模糊性和复杂性。建立了北京市第四系地下水资源价值评价指 标体系，运用模糊数学模型对北京市地下水资源价值进行 了综合评价 ，对合理制定水价具有一定的借鉴意义。 关键词 ：地下水资源价值 ；指标体 系；模糊数学 ；综合评价 中国分类号：X 5 2 3 文献标识码：A 文章编号 ：1 0 0 7 -1 9 0 3( 2 0 1 2 )0 2 - 0 0 1 4 - 0 4 0 引言 水资源是人类生存和社会经济发展最重要的基 本要 素和战略资源。 随着社会经济的快速发展与人 口的急剧增 长， 水资源短缺已成为经济发展和社会进步最主要的制约 因素之一_ 】 。 地下水是人类赖以生存的水资源的重要组成部 分， 是一种宝贵的自 然资源， 同时也是影响生态环境的重要 因素之一L 2 J 。 对北京市而言， 地下水资源不仅是首都发展的 基础性资源， 更是北京市发展的战略资源和重要保障。 北 京市的地下水利用占北京市供水量的2 3 ， 是国际上为数不 多的以地下水作为城市主要供水水源的大都市。 但是， 随 着北京城市建设以及农村城市化进程的快速发展， 城市人 口的不断增加， 以及为发展经济而带来对生态环境 越来越 大的负面影响， 使得城市水资源供需矛盾 日 益突出； 长期以 来， 人们受水资源无价以及 “ 取之不尽、 用之不竭” 的错误 价值观影响， 地下水的价值没有被正确的认识， 造成水资 源短缺以及水环境污染； 地下水的超采引起了地面沉降、 地裂缝等一系列环境、 生态问题 。 低廉的水资源价格不仅 不能唤起人们的节水意识， 反而掩盖了水资源的珍 贵性和 稀缺性。 因此， 研究地下水资源的价值十分重要， 可为水资 源管理部门制定合理水价提供科学的依据 。 1 北京市第四系地下水资源价值评价 指标体系 姜文来在 水资源价值论 一书中指出， 水资源价值 的影 响因素主要分 为3 类 ： 自然因素、 经济 因素 和社会因 素 。 除上述因素外， 由于地下水资源本身的特殊性 ， 影响 地下水资源价值 的因素还包括人为 因素 ( 生态因素) 及技 术因素。 ( 1 ) 自 然因素 自然因素包括区域 的气象条件、 地理位置、 地形、 植 被、 地 质构造、 水资源量、 水质等。 水资源价值与水量存在 着不可分割 的必然 联系。“ 物以稀为贵 ” ， 它通俗的表明 了价值与量的关系， 即说明了资源的稀缺程度与价值 的关 系。 某资源相对越稀缺 ， 其价值就 越高 。 一般 地说 ， 水资 源功能决定水质， 好的水 质功能多样 ， 其价值 自然就高， 而水质差功能就 单一， 甚至失去原有功能成 为废水 ， 其价 值就低 。 ( 2 ) 经济因素 经济因素在水资源价 值形成过程 中占有不可或缺的 地位。 无论水资源态势怎么 强， 如果不去开发利用， 不与 经济因素结合起来， 水资源价值充其量表现为生态价值 ， 其经济价值 无法体现 。 影 响水资源价值 的经济 因素主要 包括： 国内生产总值、 国民收入、 地区经济发展水平、 产业 结构等。 ( 3 ) 社会因素 社会 因素在水资源价值形成过程 中同样 占有重要地 位， 水资源价值 的社会因素主要包括： 人口密度、 政 策向 导、 社会文明程度等。 ( 4 ) 人为因素 人为因素主要指地下水资源的开采程 度。 人为 因素 作者简介： 陈超 ( 1 9 8 O 一) ， 男， 博士， 主要从事资源产业经济方面的工作。 E - M a i l ： c h e n c h a o 0 9 0 1 1 2 6 c o m 万方数据 2O1 2 Vo 1 7 No 2 陈超等：北京市第四系地下水资源价值模糊数学综合评价 2 01 2 第7 卷 第2 期 也是体现地下水资源生态价值的重要因素。 ( 5 ) 技术 因素 人类科技 水平对地下水贮存介质的认识 以及获取地 下水的技 术工艺水平， 对地下水资源价值构成了极为重要 的影 响。 因此， 技术因素是构成地下水资源的重要因素。 综上 ， 建立了北京市第 四系地下水资 源价值 指标体 系， 见图1 。 图1 北京市第四系地下水资源价值指标体系 2 地下水资源价值模糊数学综合评价 模型 地下水资源价值模糊数学综合评价模型由地下水资 源价值评 价模型和地下水资源价格计算模型组成， 地下水 资源价值评价模 型可定性反 应地下水资源价值的高低， 地 下水资源价格计算模型可定量计算地下水资源的价值。 2 1 地下水资源价值 评价模 型 设 论 域U为 地下水资 源价 值要 素 ， U= ， ， ，一 ， 评价向量为 W = 高， 偏高， 一般 ， 偏 低， 低 ， 地下水资源价值综合评价可用下式表示 ： V =A OR ( 1 ) 式O O A；X ， X2 ， X3 ， ” 要素评价的权重值 ；“ 0 ” 为模糊矩阵的符合运算符号， 一般取算子 “ 八 ” 或 “ V” ； 为地下水资源价值综合评价值； R 为单要素 ， ， X3 ， Xn 评判矩阵所组成 的综合评价矩阵， 可表示为： R ： R R 3 ： ( 2 ) 式中R = 1 ， 2 ， 3 ， ， n ； j = l ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ) 表示力 要素， 级评 价。 R n i确定 的关键是确 要素 中各因素的隶属函数 。 隶 属函数的确定方式有很多种， 一般 常选用升 ( 降) 半梯形 分布， 建立一元线性隶属函 。 2 2评价参数的权重 在地下水 资源价值综合 评价 中， 权重反 映各因素对 水资源价值综合评价结果的贡献。 权重A的赋权方法有很 多， 本文采用专家评估法来确定各评价参数 的权重。 通过上述对单要素评判矩阵和评价参数权重的确 定 ， 可算 出水资源价值 综合评价值 指水资源价值 在评价 等级上 的隶属度， 综合客观地 反映了水资源价 值 等级。 为了使评价 结果更为直观和具 有可比性 ， 本文在综 合评价值 基础上 ， 采用地下水资源价值模糊综合指数 对地下水资源价值进行评价 J 。 根据地下水资源价值评价 等级， 构造相应的向量T=( 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ) ， 则 1 r_ T ( 3 ) 式 中： 为 地 下水 资 源 价 值 模 糊 综 合 指 数 ； 为 地 下水 资源 价值 综 合 评 价 值 ； 为 地 下水 资源 评 价 等 级 向量 。 地下水资源价值模糊综合指数是一个无量纲的数， 其值大于1 小于5 。 模糊综合指数越小 ， 地下水资源价值越 高， 反之， 地下水资源价值 越低。 2 3地下水资源价格计算模型 通过 以上模型计算所得结果 ( V=A O R ) 为地下水 资源价值综合评 价的无量纲 向量， 必须通 过如下公 式转 化为水资源价格 W L J =V S ( 4 ) 式 中， wL J 为地下水资源价格 ( 资源水价) ， 单位元 m ， V 为地下水资源价值向量， s N地下水资源价格向量。 ( 1 ) 地下水资源价格上限 地下水资源价格上 限就是达到最大水费承受指数 时 的地下水资源价格。 可用下式表示： P ： ： A x E D C 式 中P 为地下水 资源价 格上 限 ， 为 最大 水费 承受 指数 ， E为实 际收入 ， C 为 用水量 ， D为供水 成本及 正常 R 艮 ； ， R & ； ； ； R ； 万方数据 2 Ol 2 第7 卷 第2 期 研究评价 2 0 l 2 Vo1 7 No 2 利润 。 ( 2 ) 地下水资源价格向量 由以上可知 ， 地下水资源价格应在 ( 只 0 ) 之 间， 本文 采用线性等差划分， 这样得到水资源价格 向量S ： s ： Jp ， 三 JF ， 三 P， JF ， 0 ( 6 ) 4 4 4 3 北京市第四系地下水资源价值综合 评价 3 1评价参数的选择 在地下水 资源价 值评价 指标 体系 中有诸 多因素影 响着 地下水 资 源 的价 值 ， 但 在实 际应 用 中， 不 可能 将 所 有影 响 因素全 部 考虑进 去， 因此 ， 本 着代表 性、 独立 性 、 可操作性 原 则， 选取了水量 、 开 采程度 、 水质、 人均 GDP 、 人 口密度5 项 重要 的指标作 为评 价参 数 ， 其评价 标 准见表1 。 表1地下水资源价值评价标 准 价值评 评价参数 一 局 偏高 一般 偏低 低 水 量 ( 1 0 8 m3 ) 3 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 5 0 0 开采程度 1 2 1 1 1 0 0 9 0 8 水 质 I I I I I I I V V ( mg L) 人均GDP ( 元 a 人 ) 7 5 0 0 0 5 9 9 7 5 4 4 9 5 0 2 9 9 2 5 1 4 9 0 0 人 口密度 ( 人 k m ) 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 2 0 0 1 0 0 其 中， 水 质 评 价 根 据 地 下 水 质 量标 准 ( GB T 1 4 8 4 8 9 3 ) 的五类水质标准进行划分； 水量、 开采程度、 人均GD P 、 人 口密度 是统一根据2 0 0 9 年 全 国各省、自治 区、 直辖市 的相关统计资料和有关标准进行划分的。 3 2 地下水水质评价 根据北京市水文地 质工程地质大队2 0 0 9 年北京市地 下水水质监测结果 ， 选取氨氮 、 氟、 硫酸根离子、 氯离子、 硝酸盐、 铁、 锰、 亚硝酸 盐、 总硬 度、 溶解性 总固体1 0 项因 子 进行评价， 水质各 因子各级隶 属度矩 阵乘 以各因子权 重， 最终得到地下水水质评价向量R ， = 0 0 9 2 0 0 5 3 0 3 9 7 0 0 7 3 0 3 8 5 。 3 3 地 下水 资源量评价 北京 市2 0 0 9 年 地下水资 源 量为2 2 7 7 亿 立 方米 ， 根 据 上述 评 价标 准 ， 可 以求得地 下水资 源量 评 价 向量 R 2 = 1 O O O O 】 。 3 4 地 下水资源开 采程度评价 北京市2 0 0 9 年地下水开采程度为1 5 ， 属严重超 采， 同理求得 开采程度评价 向量R ， = 1 0 0 0 0 。 3 5 人均GDP 评价 2 0 0 9 年北京市人均G DP 为7 0 4 5 2 ， 同理求得人均 G D P 评价 向量R 4 = 0 6 9 7 0 3 0 3 0 0 0 3 6 人 口密度评价 2 0 0 9 年北京市人 口密度为1 0 6 9 人 k m ， 同理求得人 口密度评价向量R = 0 1 3 8 0 8 6 2 0 0 0 。 由以上可得北京市地下水资源价值各因素隶属度矩 阵R： R= R 2 0 09 2 0 0 5 3 0 3 9 7 0 07 3 0 38 5 l 0 0 0 0 l 0 O O 0 0 6 9 7 0 3 0 3 0 0 0 0 1 3 8 0 8 6 2 0 0 0 3 _7 地 下水资源价值评价 采用专家评估 法， 得到水质、 水资源量、 开采程度、 人均G DP 、 人口密度 的权重 分别为 0 2 ， 0 3 ， 0 2 5 ， 0 1 5 ， 0 1 ，即A= 0 2 0 3 0 2 5 0 1 5 0 1 ， V = Ao R= 0 6 8 7 0 1 4 2 0 0 7 9 0 0 1 5 0 0 7 7 1， 从而得到地下水资源价 值模糊综合 指数 ： w= T= 0 6 8 7 0 1 4 2 0 0 7 9 0 0 1 5 0 0 7 7 1 2 3 4 5 = 1 6 5 3 由模糊综合指数可知， 地下水资源价值 介于上述评 价等级中的 “ 偏高” 与 “ 高” 之间， 说明北京市地下水资源 价值高。 万方数据 2 Ol 2 Vo 1 7 No 2 陈超等 ：北 京市第四 系地下水资源价 值模糊数 学综合 评价 2 Ol 2 第7 卷 第2 期 4 北京市地下水资源价格的计算 水资源价格的核算以北京市2 0 0 9 年的城 镇居民人均 月收入为标准。 当年， 人均年收入为3 0 6 7 4 元， 人均月收入 为2 5 5 6 元( 用E 表 示) ， A 最大水费承受指数 ， 根 据亚 太经 济和社会委员会 ( E S C AP ) 的建议 ， 居 民用水的水费占家 庭收入的百分比最大不应超过 3 ， 所以 A 取 0 0 3 ， 北 京市2 0 0 9 J k 均年生活用水量8 5 2 m ， 人均月生活用水量 为7 1 t ( 用C 表示) 。 根 据统计资料， 2 0 0 9 年北京市供水成 本为2 0 5 元 t ， 供水企业为亏 损企业 ， 常年受政府补贴 ， 2 0 0 9 年政府 b H d i 6 o ， 则D为0 8 2 元 t 。 根据式5 ， 水资源 价格P 为： 有一定 的局限性 ， 难以全面反映地下水资源价值。 在以后 的工作 中， 如何选取更客观全面的评价参数 是一个值得探 讨的问题。 ( 2 ) 计算 2 0 0 9 年北京 市的资源水价为8 3 5 m ， 加上污水处理费以及供水成本 ， 计算得 出人均水费支出占 其总支 出的3 1 ， 达 到了发达 国家人均水费支出水平 ， 也 符合北京市的实际情况。 与目前北京市的4 元 m 的水价相 比， 有上调的空间。 ( 3 ) 北京市是一个以地下水作为城市主要供水水 源 的大都市， 也是一个水资源短 缺的城 市， 因此， 地下水 资 源价值 高。 利用水价作为经济杠杆是优化水资源配置、 杜 绝浪费的有效途径 。 本文通 过模糊数学模型计算的地下 水资源价格， 对合理制定水价具 有一定的借鉴意义。 P = 一 D = 8 2 = 9 9 8 m 参考文献 归一化得S = 9 9 8 7 4 8 5 4 9 9 2 4 9 5 0 。 北京市地下水资源价NWL J =V - S= 6 8 7 0 1 4 2 0 0 7 9 0 0 1 5 0 0 7 7 9 9 8 7 4 8 5 4 9 9 2 4 9 5 0 =8 3 5 5 m 。 以上 应用模 糊数学模型得到 的资源水价， 是没有考 虑供水成 本， 污水处 理费等 费用的价格， 即天然地下水 资源的单价。 因此， 真正的实际水价要比测算的资源水价 高。 如果加上现行的污水处理费1 0 4 元 m ， 供水成本2 0 5 元 m ， 真正的实际水价为8 3 5 + 1 0 4 + 2 0 5 = 1 1 4 4 元 m 。 也 就是说 ， 现行 的北京市4 元 m 的居民生活用水价格有很 大的上调空 间。 对居民生活用水来说， 根据发展 中国家承 受能力的国际通用标准规定： 水费支出占可支配收入的比 例一般在2 一 3 为宜 。 如果以本章模 糊数学模型计算 出的8 3 5 元 m 的价格， 加上污水处理费及水资源费以后 的价格 1 1 4 4 元 m 为北京市水费标准， 全年每人 的水费支 出为1 1 4 4 8 5 2 = 9 7 4 7 元 ， 那么它与实际年平均收入3 0 6 7 4 元的比值为3 1 8 ， 这一 比例 不仅与国际标准的规定基本 吻合， 而且达到了发达国家水费支出水平。 在北京市 目前 地下水资源贫乏， 超采严重的情况下， 水费支 出占可支配 支出的比例达 11 3 的上限是符合实际的。 5 结论 ( 1 ) 影响地下水资源价值的因素很多， 在北京市地 下水资源价值进行 综合评价时选取了水量、 开采程 度、 水 质、 人均G D P 人 口密度5 项重要的指标作为评价参数 ， 具 1 1赵平萍 ， 温小虎等青 岛市水资源价值模糊综合评价 J 人民黄河， 2 0 1 0 ， 3 2( 7 ) ： 6 6 6 7 2 北京市地 质矿产勘查开发局 北京地下水 M 北京： 中 国大地 出版社， 2 0 0 8 3 姜文来， 水资源价值论 M 科学出版社 ， 1 9 9 9 4 宋宗水 水的资源价值与环境价值 J 中国农业资源与 区划， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 6 2 1 5 J i a n g We n l a i e t ， a 1 S t u d i e s o n t h e c o n t r o l l i n g o f s e w a g e d i s c h a r g e b y me a n s o f p r i c e ma n a g e me n t M RES EARCH 0N REG1 0NAL ENVI R0NM ENT AND D E V E L O P ME NT B e ij i n g ， C h i n a E n v i r o n me n t a l S c i e n c e s Pr e s s 1 9 9 3 6 于兰 基于模糊理论的成都市水资源价值评判 J 水资 源与水工程学报， 2 0 0 7 ， 1 8( 4 )： 7 9 8 1 7 谢季坚， 刘承平 模糊数学方法及其应用 M 武汉： 华 中科技大学出版社 ， 2 0 0 6 8 】 韦林均 ， 包加强， 伏小勇 模糊数 学模型在水资源价值 评价中的应用 J 兰州交通大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 6 ( 6 )： 7 3 7 4 9 于秀琴总编 北京统计年鉴 M 北京： 中国统计出版社， 2 0 1 1 1 O 高俊才加大节水减排力度， 努力提高综合效益 J - 中国 水利， 2 0 0 9( 5 ) ： 3 0 3 3 ( 下转第5 页) 万方数据 2 01 2 Vo 1 7 No 2 卫万顺等：常温层温度特征及浅层地温能成 因机理研究 2 O1 2 第7 卷 第2 期 T e mp e r a t u r e Ch a r a c t e r i s t i c s o f t h e Ro o m T e mp e r a t u r e Zo n e a n d Ge n e t i c M e c ha ni s m o f t h e S ha l l o w Ge o t he r ma l En e r g y W EI Wa ns h u n， ZHENG Gui s e n ， LUAN Yi n g b o ， YANG J u n we i ( L a b o f S h a l l o w Ge o th e r ma l E n e r g y , Be ij i n g G e o l o g yP r o s p e c t i n ga n dDe v e l o p i n gBu r e a u , B e ij i n g 1 0 0 1 9 5 ) Abs t r a c t ：Th e t e mpe r a t ur e a n d t h i c kn e s s o f t h e r o o m t e mp e r a t u r e z o n e a r e t h e i mp o r t a n t i n di c a t o r s o f t h e s ha l l o w g e o t h e r ma l f i e l d I n e ng i ne e r i n g p r a c t i c e ， t h e t e mpe r a t u r e o f t h e r o o m t e mp e r a t u r e z o ne i s c o mmo n l y us e d a s t he o r i g i na l t e mpe r a t ur e o f t h e u n d e r gr o u n d r o c k a n d s o i l I t s h o ws t ha t t h e t e mp e r a t u r e o f t h e r o o m t e mpe r a t u r e z o n e i s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e a nn ua l a ve r a g e a i r t e mpe r a t u r e a n d t h e t e r r e s t r i a l h e a t f l o w d e n s i t y Th e s ha l l o w g e o t h e r m a l e n e r gy i s g e n e r a t e d u nd e r t he c o mbi ne d e f f e c t o f t h e s o l a r r a di a t i o n h e a t a n d t h e t e r r e s t r i a l h e a t f l o w, a n d i t b e l o n g s t o t he l o w t e mpe r a t u r e g e o t h e r ma l e n e r g y o c c u r r i ng i n t h e s o i l s ， s a n d s t o n e s ， g r o u nd wa t e r wi t hi n a f e w h u nd r e d me t e r s o f n e a r - s ur f a c e Ac c o r d i n g t o t e mp e r a t ur e c ha r a c t e r i s t i c s o f t he r o o m t e mp e r a t u r e z o n e 。 C h i n a s h a l l o w g e o t h e r ma l e n e r g y i s d i v i d e d i n t o t h r e e t y p e s ( t H 1 5 。 C ， t H 1 0 - 1 5 。 C a n d t H 1 0 。 C、 Ke y wo r d ：Ro o m t e mpe r a t ur e z o ne ； T e mpe r a t u r e ； Ge n e t i c me c h a n i s m； T e r r e s t r i a l h e a t flo w ( 上接第1 7 页) C o mp r e h e n s i v e E v a l u a t i o n o n t h e Q u a t e r n a r y Gr o u n d w a t e r R e s o u r c e V a l u e o f B e ij i n g b a s e d o n t h e F u z z y Ma t h e ma t i c s Mo d e l CHEN Ch a o ， GUO Ga o x ua n f 1 S c h o o l o f t h e E a r t h S c i e n c e s a n d R e s o u r c e s ， C h i n a U n i v e r s i t yo f Ge o s c i e n c e s ， Be ij i n g1 0 0 8 3 ； 2 Be ij i n gI n s t i t u t e o f H y d r o g e o