一种城市化地区村镇水资源承载力评价方法及评估系统与流程

本发明属于生态资源环境，具体涉及一种城市化地区村镇水资源承载力评价方法及评估系统。

背景技术：

1、目前鲜有村镇尺度水资源承载力研究，村镇水资源承载力研究受到更多学者关注，如段学军等采用“短板原理”构建了村镇建设资源环境承载测算体系，王肖波在村镇尺度构建张掖市甘州区村镇水资源承载力评价指标集，从生产、生活和生态个方面评价村镇水资源承载力。但上述水资源承载力研究多在流域或区域尺度，我国尚缺乏对村镇小尺度的水资源和水环境承载力研究，面向村镇绿色宜居建设对水资源持续利用与水环境质量保护的综合需求，对村镇小尺度的水资源承载力研究受到关注。

2、鉴于此，申请此专利。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种城市化地区村镇水资源承载力评价方法及评估系统。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种城市化地区村镇水资源承载力评价方法，所述城市化地区村镇水资源承载力评价方法包括以下步骤：

4、(1)结合城市化地区村镇水资源承载力和经济社会协调发展面临的主要问题，从经济发展、社会生活、生态环境和水资源四个方面确定所述城市化地区村镇水资源承载力评价的指标；

5、(2)采用熵权法对步骤(1)确定的所述城市化地区村镇水资源承载力评价指标分别进行客观权重计算，得出每一个所述指标的客观权重值；

6、(3)采用层次分析法对步骤(1)确定的所述城市化地区村镇水资源承载力评价指标分别进行主观权重计算，得出每一个所述指标的主观权重值；

7、(4)采用组合赋权法对步骤(2)得到的每一个所述指标的客观权重值和步骤(3)得到的所述指标的主观权重值分别进行组合计算，得出每一个所述指标的综合权重值；

8、(5)根据步骤(4)得到的每一个所述指标的综合权重值，构建综合评价模型，通过代入标准化后的指标数据，得到水资源承载力综合评价指数。

9、进一步的，步骤(1)中，所述城市化地区村镇水资源承载力和经济社会协调发展面临的主要问题为快速城市化地区普遍进入社会经济高质量发展转型阶段，但城市建设与经济发展需求与水资源消耗大、节水水平不高、水环境承载力不足的矛盾仍然是限制地区可持续发展的制约因素；所述村镇主要指乡村，所述乡村正在由农村经济向小城镇经济转变，生态环境保护受产业发展影响，社会生活方式不断变化。

10、进一步的，步骤(1)中，所述指标包括：城镇化率、第一产业gdp占比、第三产业gdp占比、人均gdp、万元工业增加值用水量、人口密度、农民人均纯收入、人均用水量、生活用水占比、环境治理投资、生态环境补水量、工业废水排放达标率、水功能区水质达标率、年降水量、人均水资源量、灌溉水有效利用系数、产水模数、地表水资源量和水资源开发利用率。

11、进一步的，步骤(2)中，所述熵权法具体包括以下步骤：

12、ⅰ：采用极差法对所有的指标进行标准化处理，得出每一个所述指标的标准化数值yij，具体如下式：

13、

14、式中，xij为第i年的j指标值；mi nxi为指定的第i年所有指标的最小值；maxxi为指定的第i年所有指标的最大值；

15、ⅱ：根据标准化数值yij，采用信息熵的计算公式，计算每一个所述指标的信息熵ei；具体公式如下：

16、

17、

18、式中，xij为第i年的j指标值；pij为第j个指标下的第i年中占该指标的比重；

19、ⅲ：计算各指标客观权重

20、根据信息熵ei，计算出每一个所述指标的客观权重值ωsi；具体公式如下：

21、

22、进一步的，步骤(3)中，所述层次分析法具体包括以下步骤：

23、①构造指标的两两判断矩阵k；具体公式如下：

24、k＝(uij)n×n

25、式中：uij为评价指标i与指标j间的重要性关系标度值；

26、②计算得到判断矩阵k的最大特征值λmax，计算一致性指标ic，具体计算公式如下：

27、

28、式中，ic为一致性指标；n为判断矩阵的阶数；λmax为判断矩阵的最大特征值；

29、③对一致性指标ic进行随机一致性检验，计算一致性比例rc，计算公式如下：

30、

31、式中，rc为一致性比例；ir为一致性检验指标；

32、当rc<0.1时，则认为该判断矩阵满足一致性要求，可进行指标主观权重计算；否则，对判断矩阵k进行调整，直至判断矩阵满足一致性要求；

33、④根据判断矩阵k的最大特征值λmax及其对应的特征向量wmax，再将最大特征值归一化处理后，得到每一个所述指标的主观权重值ωai，具体公式如下：

34、kw＝γw

35、式中：γ为判断矩阵k的特征值；w为特征值对应的特征向量。

36、进一步的，步骤(4)中，所述组合赋权法的具体计算公式如下：

37、

38、式中，ωi为指标的综合权重；ωai为指标的主观权重值；ωsi为指标的客观权重值；n为指标总个数。

39、步骤(5)中，根据每一个所述指标的综合权重值ωi，构建综合评价模型，通过代入标准化后的指标数据dij，得到水资源承载力综合评价指数，具体计算公式如下：

40、

41、式中，uij为第i年的目标综合评价指数；dij为标准化后的评价指标；ωij为标准化指标dij的综合权重；n为指标总个数。式中，dij即上述步骤ⅰ中的标准化数值yij。

42、基于所述城市化地区村镇水资源承载力评价方法的评估系统，根据所述城市化地区村镇水资源承载力评价方法的指标和相关数据计算方法，利用系统动力学软件vens im构建模型，进行模拟预测，关注指标的变化对城市化地区村镇水资源承载力的影响，对水资源承载力作出长期的、动态的、战略性的分析。

43、进一步的，所述评估系统依次包括数据存储模块、建模模块和计算模块；

44、所述数据存储模块包括经济发展、社会生活、生态环境和水资源四个子系统，所述经济发展子系统包括如下指标：城镇化率、第一产业gdp占比、第三产业gdp占比、人均gdp、万元工业增加值用水量；所述社会生活子系统包括如下指标：人口密度、农民人均纯收入、人均用水量、生活用水占比；所述生态环境子系统包括如下指标：环境治理投资、生态环境补水量、工业废水排放达标率、水功能区水质达标率；所述水资源子系统包括如下指标：年降水量、人均水资源量、灌溉水有效利用系数、产水模数、地表水资源量和水资源开发利用率；

45、所述建模模块根据所述指标和相关数据计算方法，所述评估系统的结构和功能，人工选取方案变量，确定变量之间的因果关系，并绘制成因果回路图；利用系统动力学软件vens im构建模型，确定系统动力学模型中的仿真变量；

46、所述计算模块，从数据存储模块获取对应数据源，采用专家评估、现有资料借鉴的方式确定系统方程，运行系统动力学模型，获取模型计算结果，进行仿真分析。

47、优选的，所述建模模块中，模型模拟的时间边界为2013年至2035年，共计23年模型模拟时间；其中，2013-2020年作为模型构建和进行模型验证的时期；2021-2035年则作为模型进行动态仿真模拟的时期，模型模拟时间间隔为一年。

48、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

49、(1)本发明基于“水资源—经济—社会生活—生态环境”逻辑框架构建了城市化地区村镇水资源承载力评价指标体系，并采用主成分分析法优化评价指标体系，最终优选得19个评价指标因子。再以组合权重法结合改进的熵权法与基于指数标度的层次分析法，计算得评价指标综合权重，计算综合评价指数对水资源承载力现状进行评价，提高了评价结果的科学性与合理性。

50、(2)本发明选取改进的熵权法作为客观赋权法，对城市化地区村镇水资源承载力评价指标体系进行客观权重值计算。传统熵权法当熵权e i无限趋近于1时，熵值的微小变化会导致熵权的明显改变，导致指标权重计算结果有失客观性；改进的熵权法在熵权法的基础上进行改良，能在克服传统熵权法的上述缺点的基础上，保留传统熵权法拉开差距的能力。

51、(3)基于指数标度的层次分析法在传统层次分析法的基础上进行改良，采用更具封闭性、一致性的指数标度替代传统的1-9标度，能较好的符合人们对事物比较的量化结果，使层次分析法计算成果更贴合实际情况。