【《基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价案例分析》4300字】

基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u27293基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价案例分析 1136621.1基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价的基本流程 156531.2指标体系构建 2164331.2.1指标选取 2285501.1.2指标分类 4248891.1.3指标分级 5130521.3评价方法 659621.2.1归一化 6130681.2.2权重确定 6177771.2.3TOPSIS法计算步骤 7241121.4数据来源 8249251.5结果与分析 81.1基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价的基本流程本研究首先从大量收集到的数据中选取与水资源承载力相关的指标，对指标进行分类之后，对指标数据进行处理。在此基础上，采用TOPSIS评价方法构建成都市各行政区水资源承载力评价指标体系，并确定指标权重。其基本流程如图3-1所示：图3-1基于熵权和TOPSIS法的水资源承载力评价的基本流程1.2指标体系构建1.2.1指标选取水资源承载力不仅与当地水资源关系密切，还和当地的经济社会与生态环境有关[55]。虽然成都市水资源总量丰富，但作为超大城市和四川省省会，人口基数较大，人均水资源量远低于全国平均水平，而且水资源条件空间差异性显著，部分偏远地区供水安全缺乏保障。因此，本研究在选取指标时，本研究遵循以下原则：（1）可操作性：选取的指标易于获取且方便进行量化，操作性强；（2）地域性：对选取的指标不仅能够反映水资源承载力的共同特性，还要与研究区域的实际状况相符合；（3）完整性：选取的指标应尽可能包含社会经济、水资源水环境等方面；（4）层次性：选取的指标应该具有层次和隶属的关系，层次越高，指标越综合，层次月底，指标越具体，内用越简单；（5）动态性：选取的指标应该是动态的，会随着研究区域社会经济发展以及水资源的变化而变化。本研究通过对成都市各行政区水资源条件、经济社会水平和生态环境状况的综合分析，并参考了大量相关研究[56-62]，最终选定18个指标，构建了涵盖经济社会、生态环境、经济和水资源4个准则层的水资源承载力综合评价指标体系，如表3-1所示。表3-1水资源承载力综合评价指标体系目标层准则层指标层计算公式指标说明水资源承载力水资源子系统供水模数U1供水总量/土地面积表示区域水资源供水能力水资源开发利用率U2供水总量/水资源量表示水资源开发利用程度人均水资源量U3水资源总量/总人口表示人口与水资源协调状况社会子系统城镇化率U4城镇人口/总人口表示社会发展水平人口密度U5总人口/土地面积表示区域人口压力人均生活用水量U6生活用水量/总人口表示区域人口生活用水水平经济子系统工业用水重复利用率U7工业重复利用水量/工业用水量表示工业废水水处理水平第一产业占比U8第一产业产值/GDP表示区域第一产业结构状况工业占比U9工业产值/GDP表示区域工业结构状况第三产业占比U10第三产业产值/GDP表示区域第三产业机构状况农田灌溉亩均用水量U11农田灌溉用水量/灌溉面积表示区域农业灌溉发展水平万元工业增加值用水量U12工业用水量/工业产值表示区域工业用水水平人均国内生产总值U13GDP/总人口表示区域整体发展水平万元GDP用水量U14GDP/用水总量表示水资源与经济协调发展性生态子系统生态用水率U15生态用水量/总供水量表示生态环境用水对水资源的需求绿化覆盖率U16绿地面积/土地面积表示城市绿化环境污水处理率U17污水处理量/污水产生量表示区域污水处理水平人均COD排放量U18COD排放总量/总人口表示区域污染物排放状况1.1.2指标分类本研究将所有指标分为两类，一类是正向指标，表示的是该指标的数值越大对评价结果影响越好；另一类是负向指标，表示的是该指标数值越小对评价结果越好。本研究共有6个正向指标，12个负向指标，共计18个关键指标（见表3-2）。表3-2水资源承载力综合评价指标体系子系统指标单位指标属性水资源子系统供水模数U1万m3/km2-水资源开发利用率U2%-人均水资源量U3m3/人+社会子系统城镇化率U4%-人口密度U5人/km2-人均生活用水量U6m3/人-经济子系统工业用水重复利用率U7%+第一产业占比U8%-工业占比U9%-第三产业占比U10%+农田灌溉亩均用水量U11m3/亩-万元工业增加值用水量U12m3/万元-人均国内生产总值U13万元GDP用水量U14万元/人-m3/万元生态子系统生态用水率U15%+绿化覆盖率U16%+污水处理率U17%+人均COD排放量U18kg/人-1.1.3指标分级评价指标分级标准值拟定原则是根据国际标准和相关前人研究进行确定；如水资源子系统中的水资源开发利用率、人均水资源量；经济子系统中的农田灌溉亩均用水量这3个指标均采用国际标准或国家标准进行分级。如代表城市发展现状的指标城镇化率；代表城市生态健康的绿化覆盖率、污水处理率；代表研究区域经济结构的第一、第二、第三产业和工业占总GDP比重的4个指标；代表居民用水水平的人均生活用水量；代表水资源丰富程度的供水模数；代表工业用水效率的工业用水重复利用率和万元工业增加值用水量；代表区域经济用水健康水平的万元GDP用水量这13个指标均参考相关研究文献。对于缺乏参考标准的指标，如生态子系统中的人均COD排放量和生态用水率两个指标则采用该指标的最优值和最劣值之间的数值五等分作为五个等级，可通过数据本身确定最优值和最劣值的范围，详见表3-3。表3-3成都市水资源承载力评价指标分级标准系统指标单位指标类型I级II级III级IV级V级来源可承载弱承载临界超载严重超载水资源子系统U1万m3/km2-<10[10,25)[25,40)[40,55]>55参考[57]U2%-<10[10,20)[20,40)[40,60]>60ISO46000U3m3/人+>3000(2000,3000](1000,2000][500,1000]<500ISO46001社会子系统U4%-<20[20,40)[40,60)[60,70]>70参考[57]U5人/km2-<500[500,2000)[2000,4500)[4500,7000]>7000参考[57]U6m3/人-<36.5[36.5,54.75)[54.75,73)[73,91.25]>91.25参考[58]经济子系统U7%+>90(80,90](70,80][60,70]<60参考[59]U8%-<2[2,5)[5,10)[10,20]>20参考[56]U9%-<15[15,30)[30,45)[45,65]>65参考[56]U10%+>70[50,70][30,50)[15,30]<15参考[56]U11m3/亩-<200[200,350)[350,500)[500,600]>600GB3838-2002U12m3/万元-<15[15,30][30,50)[50,75]>75参考[60]U13万元/人-<1.5[1.5,5)[5,10)[10,15]>15参考[60]U14万m3/km2-<24[24,60)[60,140)[140,220]>220参考[60]生态子系统U15%+>5(3,5](2,3][1,2]<1最优、最劣值U16%+>55(40,55](30,40][20,30]<20参考[61]U17%+>90(75,90](55,75][40,55]<40参考[61]U18kg/人-<15[15,30)[30,45)[45,60]>60最优、最劣值1.3评价方法1.2.1归一化因为数据量纲的不同，因此需要对原始数据矩阵进行标准化处理[63]。对于正向指标的标准化处理由公式（1）所示：xij对于负向指标的标准化处理由公式（2）所示：xij式中：Xij为第i个指标第j年的初始值；xij为第i个指标第j年的标准化后的数值；i为评价指标指数，i=1,2,…m；j为评价的年份，j=1,2,…A=x111.2.2权重确定熵值法相较于其他评价方法确定权重更加客观，能够有效兼顾评价指标的变异程度，熵值法确定权重计算公式为[64]：wi式中：wi为承载力指标权重；eei其中fij=xijj=11.2.3TOPSIS法计算步骤TOPSIS法计算步骤如下[65]：（1）规范化矩阵为了增加矩阵的客观性，本研究根据上述熵值法所确定的权重wi创建规范化水资源承载力分析矩阵YY=（2）确定正负理想解正理想解Y+是水资源承载力分析各指标的最优解，即评价数据中第i个指标在j年内的最大值；负理想解Y−指的是水资源承载力分析各指标的最差解，指的是评价数据中第i个指标在Y+Y−（3）距离计算本研究选用欧氏距离来计算成都市各行政区水资源承载力各指标到正负理想解的距离。令DJ+表示第i个指标与yi+的距离，DJDJ+=（4）水资源承载力综合评价指数的计算令Cj为第j年水资源承载力综合评价指标指数，其取值范围为[0,1]，当Cj为0时，表示该区域水资源承载力最差，当Cj1.4数据来源本研究所有数据据来自2000-2018年《成都市水资源公报》、《四川省统计年鉴》、《成都市统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、《成都市环境质量公报》以及成都市各行政区出台的《水资源总体规划》里有关的数据，通过分类处理之后用于本研究的水资源承载力评价分析。1.5结果与分析利用熵值法计算完成都市各行政区的权重系数后，通过构建加权矩阵，根据公式（6）-（11），计算出成都市2000-2018年各行政区域水资源承载力综合评价指数见图3-2。由图3-2可知，成都市各行政区水资源承载力在2000-2018年年时间段总体上呈先下降再上升的趋势，其总体下降和上升的转折点在2010年，2000-2010年是成都市经济社会快速发展阶段，各产业发展迅速，人口呈指数增长，从《成都市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中了解到，2000-2010年成都市社会经济发展的首要目标是实现经济快速增长，第二、第三产业产值的平均增长率接近20%，在此背景下，水资源被过度开发利用，水环境问题频发，污染物排放量增加，各行业用水与生活用水迅速增加，各指标都向较差的方向变化，水资源承载力指数持续下降；2010年之后，成都市“十二五”和“十三五”规划纲要均提到在过去期间资源生态环境问题严重，强调要加强生态环境建设、加大环境保护和治理力度、促进资源节约、加快产业结构调整等，基于此背景2010-2018年，成都市各行政区总体水资源承载力指数有所上升，成都市供水总体上能够满足社会经济发展和居民日常需求，成都市水资源承载力总体处于可承载的状态。图3-2图3-22000-2018年成都市各行政区水资源承载力指数时间分布图本研究以4个分级临界值的接近度Cj图3-32000-2018年成都市水资源承载力指数空间分布图从图3-3可知，在空间分布上，成都市各行政区水资源承载力空间差距性明显，。在观察2000、2005、2010年三个时间节点成都市各行政区水资源承载力指数图可知，成都市各行政区在此期间水资源承载力指数大多处于临界级和超载级，个别行政区如温江区在2010年已处于严重超载级，少部分区域处于弱可承载状态，这是因为西边行政区都江堰市、彭州市、邛崃市、