基于多层级灰色理论的重金属污染水资源开发潜力评价

关键词：多层级灰色理论；重金属；水资源污染；开发潜力；资源评价

中图分类号：X522 文献标识码：A

水资源潜力，也叫水资源承载力或水环境容量.是指一定时期内，在不引起环境退化前提下区域可供开发利用的水资源的数量. 主要包括新开发可供利用的水源数量和因水资源开发利用技术提高而节余储备的水资源数量.水资源开发潜力与社会生产生活、区域环境以及经济发展状况密切相关.湘江长株潭段是湖南经济发展的核心地域，区域GDP总量占全省的80%.据统计，在湘江长株潭段50多公里的沿河谷地，分布着大大小小约700多家制造、加工、冶金、电子、制革和化工等类型的企业，每年约有29 308吨含有大量重金属元素和化合物的工业废水直接排入湘江，给湘江带来了严重的重金属污染，严重影响了长株潭沿河居民的生产生活，长株潭区域经济社会的发展和城市群产业结构的调整. 因此，开展重金属污染背景下湘江长株潭段水资源开发潜力的评价意义重大.

多层级灰色评价法＼[5-7＼]是灰色理论和多层次评价法（AHP）的结合，常用来研究例证不典型、信息量不足的研究目标，通过一定的程序最终形成决策.用多层级灰色理论对重金属污染背景下的湘江长株潭段水资源开发潜力进行评价，有助于对水资源的利用和保护做出正确的决策.采用灰色数学矩阵来推断重金属污染下湘江长株潭段水资源开发潜力大小，不仅可以为管理层提供可靠的实践参数，同时可以为具有巨大不确定因素和不完整信息的水资源科学合理的应用提供研究方法.

1研究方法

1.1指标体系的建立

1.1.1指标体系优化原则

指标本身就是客观事实的现象和本质的反应，是描述矛盾系统的框架体系，也是研究目标的集合.开展指标选择工作必须遵循5个优化原则，即：统计原则、科学原则、综合原则、等级原则和比较原则.

其中工业污水、农业生产污水，部分城市生活污水与城市公用事业用水等都不同程度地反映重金属污染的载体.根据它们在现实生产生活中的重要性和在上一级指标中的影响度，分别赋予不同的权重系数.

开发研究中的实践运用

在确定最有效的评价指标的基础上，建立起各级各类研究指标的灰色关联系数，具体计算公式如式

（1）：

由于湘江长株潭段地形地貌、径流本身状况和流经地自然和经济环境的复杂性，使得本研究的原始研究信息过于分散，关联系数计算结果不同，指标的唯一性也难以计算，指标间的比较相对困难.因此，笔者选择最简单的加权平均法将整个关联系数集中设定在某个区域内，从而推导出比较简单实用的指标关联度的数学计算法：

由于各级各类指标 Ui 和 Vj 之间的相互联系以及在长株潭水资源开发潜力的评价中的重要性不同，赋予它们的权重也不同，即三级指标被分配了不同权重值. 在经过多名专家的多轮筛选和评价后，对各指标对应最大特征值 λmax和对应向量做出一致性判断（按照本方法，如果研究的结果不符合研究假设，可以重复上述研究过程）.

1）设定评价函数值域

3）构建灰色束

1.3推导与计算

1.3.1建立灰色权重矢量和判断矩阵

如果评价指标Vij的灰色评价束的灰色评价系数可记为x（s）ije，属于每个评价灰色束的评价系数即可记做x（s）ij. 决定于灰色束h的灰色评价矢量评价指标是Vi，记为：a（s）ijh，所以

1.3.3重金属污染背景下湘江长株潭段水资源开

发潜力综合评判价值和等级的计算

通过建立灰色束，每个评价灰色束又都被赋予了研究值域，因此，每个灰色束的值域矢量是

因此，可根据结果判断湘江长株潭段水资源在区域发展建设中的影响程度.

2结果与讨论

2.1湘江长株潭段水资源开发潜力评价结果的推断

综上研究，可得出每个灰色权重评价计算矩阵：

因此，湘江长株潭段水资源开发潜力评价系数计算结果是2.983，属于次高层级范围＼[2.500， 3.250＼]之内.也就是说，现阶段到未来的一定时间内，湘江长株潭段的水资源开发潜力较高，为长株潭城市群的建设提供了水资源方面的战略保障.

2.2讨论

然而，如何合理开发和使用水资源仍然是目前以及未来很长一段时间内当地政府和管理者面临的一项艰巨任务.首先要开展环境教育活动，要求居民树立对水资源的短缺、节水、护水意识，即要求人们要有主动参加节约和保护水资源的活动.倡导在家庭、社会、工厂、学校、机构中安装节约用水的设备设施，提高水资源的循环利用率，有助于长株潭城市群社会各个层面有效降低对水资源的直接消费.其次制定完整和科学的长株潭城市群经济发展战略长期、中期、短期计划＼[12＼].三是要提高水资源利用、节约与保护、水处理的技术，这不仅意味着利用和重复利用水资源成为可能，而且还能减少、杜绝重金属对水资源的污染.最后是制定和推行严格的水资源利用和保护的政策和规范，实行区域水资源生态补偿政策.只有这样，才能充分、科学合理地把长株潭城市群打造成绿色、低碳，自然和社会环境和谐发展的两型社会.

3结论

1） 利用多层级灰色系统理论首次评价了长株潭城市群水资源开发潜力，为重金属污染背景下水资源开发潜力评价提供了参考研究的应用工具.

2） 依照5个优化原则，将现有水资源利用率确定为第一参照指标，采用灰色类聚法和层次分析法建立四个灰色权重评价层级及函数值域，利用加权平均和推导计算方法得到指标的权重判断值.

3） 通过专家的评价和计算筛选优化出三个层级24个关联系数超过0.51的评价指标，符合研究的一致性需求.

4） 通过建立灰色权重计算，推算出长株潭城市群水资源开发潜力系数约为2.983，属于次高层级评价权重值范围＼[2.500， 3.250＼]，即意味着长株潭城市群的水资源开发潜力属于较高范围.