基于层次分析法的安徽省城市水安全评价毕业论文.docx
《基于层次分析法的安徽省城市水安全评价毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于层次分析法的安徽省城市水安全评价毕业论文.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于层次分析法的安徽省城市水安全评价毕业论文
毕业设计
基于层次分析法的安徽省城市水安全评价
关于安徽部分地区水安全综合指数评价
摘要水安全是重要的国家大事，是一个包含着极多目标，体系，内容的复杂问题。
本文采用了层次分析法，对安徽省安庆、合肥、宣城3个城市的水资源安全进行评估。
通过对比三个城市的近三年的水资源年鉴，建立水安全评价体系，构建水安全评价模型，并计算出各级指标的权重，对安徽省水资源安全进行全面的评价。
研究结果表明，安庆市的水资源安全综合指标为0.463，合肥市为0.150，宣城市为0.302。
因此可以知道安庆的安全系数较高，其次为宣城市，最后为合肥市。
这与其他文献和资料所介绍的内容也相吻合。
由此可知该指标体系构建及评价方法适用于安徽省城市水资源安全评价。
本研究结果能够正确反映安徽省内城市的水资源安全情况，可以为安徽省城市水资源安全相关的决策提供依据。
关键词：
层次分析法，水安全指数，水环境安全
1绪论
1.1研究背景
当前世纪，我国水资源方面有着极大的不足。
我国南北水资源分布不均匀，季节降水量有着极大的差距，各个淡水资源区或多或少有着污染，河流浑浊化。
环保不力，各种化工厂，机械制造厂对大部分淡水资源造成了极大的污染。
城市供水基本充足，农村是否有良好的供水条件全看附近有没有可以利用的河流湖泊，水资源使用方式较为原始，不必要的水资源浪费极大。
各种自然灾害扩旱灾，涝灾对农村水资源利用有着非常大的影响。
靠近江河流域的地方，洪灾严重，危害较大。
全国很多地区人民没有良好的水资源保护和节约意识，尤其是水资源丰富的地区，水资源浪费情况普遍存在。
1.2水安全问题的指出
水是万物的生命之源，是世界范围内任何一种植物和动物都必不可少的物质。
水资源是我们国家无论工业还是农业都必不可少的重要资源。
我国作为世界水资源缺乏大国，人均水资源在全世界范围内是非常低的，并且水资源分布极度不均匀。
现在，在全世界范围内有进三分之一的人口处于严重缺水状况。
水资源的缺乏，已经在警示着世人。
中国的水资源虽然比较丰富，淡水资源比较集中在南方，而沿海岸地区拥有大量海水资源，想要利用海水资源的成本是非常之高的，目前世界上利用海洋水资源方法较少成本普遍偏高，在现阶段海水资源得不到充分利用的今天，我们能用的水资源占全世界总的水资源极少的一部分。
我国水资源分布极度不均匀，我国南北方就是一个很直观的例子。
我国地域广阔，我国南方大部分属于亚热带季风区，降水量丰富，北方属于温带季风气候，降水较少。
我国地表径流的分布趋势，基本上和降水量相似南方总的来说占据全国水资源总量的81%，人均占有水量有全国人平均水量的1.6倍。
目前，我国水资源问题主要表现在：
（1）水资源污染十分严重，而且局部地区有持续恶化的形势
（2）旱涝灾害依然十分频繁，而且局部地区有加重的趋势。
（3）水资源的过度开发使用，也是我国水资源开发利用的一个主要问题。
由于水资源缺少统筹规划的管理计划，使得水资源的过度开发现象十分严重。
（4）绝大多数地区没有节水思想，水资源浪费得不到很好的解决方法。
（5）水土流失是我国一大问题，这一点在我国得不到很好的解决。
水资源问题已经严重的影响到我国经济社会发展的整体环境，发展是人类永恒不变的主题，要落实和谐发展，就必须注重水资源发展。
水资源的分析能够帮助我国了解哪些地区水资源存在严重问题，有利于把握全局水资源利用方向，为经济发展提供良好的建议。
1.3水资源安全的概念
在21世纪的今天，水安全的定义主要通过这这几个方面来决定。
（1）日常生活用淡水，海岸及相关生态系统是否得到良好的保护，并对其进行改进，能不能得到良好的可持续发展。
（2）群众能不能负担的起日常用水的消费，能不能得到足够的安全用水量（3）人们能不能避免洪灾，水涝等自然灾害。
（4）地区水资源能不能满足当地经济长久稳定发展。
1.4水资源安全的特性
水资源安全有以下特性：
（1）动态性。
水资源的数量、形式和质量都处在不断的变化当中，社会经济的发展对水资源的要求也随着时间的推移而不断地改变，故水安全的主客体都是不断改变的，即动态性。
（2）模糊性。
水资源的模糊性是指由于水资源安全涉及很多因素。
各因素相互牵连，相互影响，致使水资源安全模糊性的特点。
（3）客观性。
一定区域内的水资源的自净能力、数量、分布拥有一定的规律，区域水资源的功能和结构在一定阶段内不会质变，由此可知水资源安全客观存在。
1.5影响水资源安全的因素
目前水资源安全研究国内外都已经取得了一系列的成果，但是在面临研究的过程中依然有一些问题，例如：
（1）水资源安全研究的方法很多，选择何种方法更为恰当是一个问题。
（2）水资源安全研究设立的指标体系混乱，简单的指标体系难以全面准确的反应水资源安全的情况；复杂的指标体系分类过于精细，计算量过大，不适合于具体使用。
（3）水资源安全的概念，没有达成公认的标准，导致定义混乱，缺乏规范。
（4）通过研究可以得出影响水资源安全的影响指标的权重，但是将成果与具体实际操作措施结合起来实施还仍有一段差距。
影响水资源的主要因素有：
（1）水资源的数量。
水资源的总量是在一个区域内对于影响水资源安全的一个很重要的因素。
水资源的总量是一个区域水资源安全的基础。
（2）经济发展水平。
不同时期的经济发展水平不同，用水程度也是不同的。
经济发展水平也是研究水资源安全不可或缺的一个因素。
（3）人口数量。
人是使用水资源的重要主体。
人数的增长不可避免的导致用水量的增加，人口规模在一定程度上决定了用水规模。
（4）其他因素。
如政策法规、心理、降水量、人均用水量等因素。
1.6研究内容和研究目的
水资源是世界上所有生物存在发展的基础，水的多少和水的质量直接关系到每个国家和地区的发展程度和发展方向。
因此国家要是想要进行长久稳定的发展，必须充分重视水资源的可持续发展战略，落实水资源的可持续开发利用。
所以，对水资源安全的研究，要将它安排在可持续发展这个总体架构下进行，在我国水资源日益严峻的今天，发展水资源的可持续发展意义重大，也是我们必须坚持的道路。
进行水资源安全研究主要依靠定性分析和定量计算这两种方法。
本文主要使用定性分析，综合国内外文献的基础上，分析研究水资源安全和国家社会环境，国家经济环境，人文环境，生态条件之间的关系。
从而建立水资源安全分析评价模型和评价指标系统，并由此来进行水资源安全的分析。
本文主要的框架及各部分内容为：
第一章为绪论，主要介绍选题的目的和想法意义。
介绍我国目前严峻的水资源现况，提出水资源安全研究的原因。
第二章主要阐述水资源安全的定义，概念等基本理论。
第三章建立水资源安全指标体系，并说明选取原则，方法，过程。
第四章介绍层次分析法，并通过层次分析法结合水资源安全评价指标体系进行分析研究。
第五章为总结段，是对本文的研究成果下结论和补充，并提出关于目前水资源问题的相关建议，并指出以后水资源安全研究的重点部分。
本文通过对水资源安全的研究，目的是得出影响水资源安全的影响指标权重，从而判断各因素影响水资源安全的排序，根据各影响因素权重采取适当措施来保护水资源，并由此判断城市的水资源安全情况，促进区域水资源可持续发展。
2水资源安全评价指标体系的构建
指标是反映系统现象或者要素的具体数值或者数量概念。
指标体系是指为了达到一定研究目的的许多相互制约、相互联系的指标组成的完整的、科学的指标群。
现阶段主要使用的水资源安全评价指标体系是选取区域内水资源安全的主要影响指标，对它们进行综合，构建适当的体系，从而进行水资源安全评价。
这是一种综合评价方式，能够根据不同地区和不同地区发展状态和特点建造不同的指标体系，有较强的灵活性和针对性。
2.1水资源安全指标体系构建的原则
（1）科学性原则。
即指标的选择、权重分配和量化，数据的选取和计算等等都必须用以公认的科学理论为依据。
（2）可操作性原则。
即选取的指标必须方便测量或计算、含义清晰、内容明确、具有良好的操作性。
（3）可比性原则。
指标的选取要能够与现有的和水资源相关的指标具有一定的可比性。
（4）系统性原则。
度量指标要全面，层次之间要尽可能保证界限分明，避免重复。
指标数量尽可能精简，体系结构以系统尽可能优化。
（5）定性定量相结合原则。
将定性和定量两个方法充分结合起来，能够使用定量方法的使用定量方法，不能使用的、难以量化的可以采用定性指标。
2.2水资源安全指标体系构建的指导思想
评价指标体系设计主要可以反映区域水资源安全的状态和大小，和相关的与之对应的影响因素。
本文对体系选取经验进行归纳，主要指导思想如下：
（1）水资源安全评价指标的选择务必全面周到、精简明了。
（2）选取的指标要具有可行性。
（3）构建指标体系要和区域的水资源区域特征牢牢结合，保证实用性。
（4）规范的指标可以提升分析质量，故要规范化选取指标。
2.3水资源评价指标体系
信守指标选择原则和指导思想，在尽可能充分的考虑了区域水资源安全的影响因素的情况下建立多层次架构的水资源安全评价指标体系，如图2-1所示。
图2-1
2.4城市水安全指标评价标准
在研究中，关于城市水安全的评价，通过对于我国经济发展与水资源安全的关系，在考虑指标的过程中，通过指标法，确定不同等级水安全的基本范围，
城市水安全指标划分：
非常安全：
保证当地经济有效发展，有着极好的生态环境，与水资源高效共同发展，人名群众非常满意；
②安全：
保证当地经济有效发展，有着极好的生态环境，与水资源高效共同发展，人名群众较为满意；
③基本安全：
保证当地经济有效发展，有着普通的生态环境，与水资源正常共同发展，人名群众基本满意；
④不安全：
不能保证当地经济有效发展，有着较差的生态环境，与水资源无法共同发展，人名群众不能满意；
⑤极不安全：
当地经济发展情况极差，生态环境被破坏，水资源不能与经济共同发展，影响到当地人民的生活。
3评价模型
3.1层次分析法
层次分析法（TheAnalyticHierarchyProcess，简称AHP）是美国运筹学教授萨蒂提出的一种层次权重决策分析新方法，是一种把定性方法和定量方法相整合在一起的一种系统分析方法。
该方法是把一个目标问题分解成为多个目标或者准则，紧接着再分解成为多个层次的多个指标，计算出层次和权数，用来作为优化决策的方法。
3.2层次分析法的步骤
（1）建构层次分析的结构。
按照目标、实现功能的不同，将包括的因素按照相互之间的隶属、关联等关系将因素进行分组，并把分组作为一个个层级。
诸如:
最高层的目标层，中间层的准则层，底层的指标层。
（2）构造判断矩阵。
判断矩阵主要是用于对同一个层级中的每个元素进行重要性的判断，由此来确定权重。
（3-1）
公式中的U-------判断矩阵；
n-------比较的因素个数；
------因素i和j相对于某一个准则重要性的标度，是判断矩阵的元素，一般使用萨蒂教授的1-9标度法，见表3-1.
根据判断矩阵U，计算表格的最大特征值和特征向量。
表达式为：
（3-2）
特征向量的求法可以使用线性代数公式法或者方根法计算：
（3-3）
是特征向量中的第i个分量，从而得到特征向量：
然后再计算最大特征值：
（3-4）
一致性检验
求出特征值和最大特征向量后，要对数据进行一致性检验。
公式如下：
（3-5）
其中
，
是与矩阵阶数有关的随即一致性指标均值。
表见表3-2：
表3-2随机一致性指标
矩阵阶数
1
2
3
4
5
6
7
8
0.00
0.00
0.58
0.89
1.12
1.25
1.35
1.42
当CR<0.1，说明矩阵具有满意的一致性或其不一致的程度属于允许情况，否则必须对其进行修改，重新计算CR值，直到满足条件为止。
对结构各层评价指标计算其对于目标的合成权重，以此进行总排序。
4指标评价体系的构建
通过了解国内外指标构建体系遵守的原则，结合我国当前情况和安徽省农业现代化发展的独特性，本文根据以下要求来构建影响安徽省农业现代化发展的
指标体系。
1、系统性。
在确立评估指标体系的时候，应结合系统工程的思路去模仿，
尽可能多的分析农业现代化发展的各个领域的现状，及其自身之间的关联；对指
标做出综合性评价，既体现影响因素的独立性也包含彼此之间的相关性，全面反
映现代化状况。
这一原则应在各个研究领域得到最基本的遵循和遵照。
2、科学性。
一个评价指标体系能否直接、准确地反映研究对象的现状，主要看它的指标体系构建是否合理、科学、符合当前的实际情况，顺应时代背景，
迎合时代农业现代化的发展要求。
3、代表性指标设计应结合安徽省农业现代化发展实况，并考虑安徽省农
业的地方区域特色，重点突出各指标的重要方面，从而反映农业现代化的本质特
征。
4、完整性与相关性。
农业不单单是农，它是一个相对复杂的多元化领域。
与人才、科学技术、机械制造、生产等众多部门紧密相关。
构成指标体系的各分
项指标相互关联、相互协调、相互促进。
所以，在指标体系的构建过程中要仔细
衡量某一随机因素的影响。
4.1安徽省水资源安全指标选取
水资源安全指标体系的选取直接关系到综合分析的精度。
本文在参考其他文献和总结已有成果的基础上，根据安徽省水资源的情况和省内社会经济情况，以及资料获取的程度，最终确定了7个具体指标来构建水资源安全评价指标体系，见表3.1。
准则层
指标层
指标含义和度量
防洪安全
洪水受灾人口
个数
供水安全
降水量
毫米
水资源总量
亿立方米
人均水资源量
立方米
水环境安全
水功能区达标率
%
水源地水质达标率
%
污水处理率
%
表3.1水资源安全评价指标
安徽省城市安庆市和合肥市，宣城市的指标体系近3年实测平均值
表3-2
安庆
合肥
宣城
洪水受灾人口
9
1
7
降水量
1158.3mm
1007.4mm
1284.4mm
水资源总量
188.6亿立方米
39.01亿立方米
93.16亿立方米
人均水资源量
1700（m3/人）
353.6（m3/人）
4852（m3/人）
水源地水质达标率
100%
100%
100%
污水处理率
96%
95%
95%
水功能区达标率
93%
71%
100%
4.2主要数据
根据研究路线的介绍和相关方法，对已确定的指标进行矩阵构造，并计算出构造矩阵的最大特征根与特征向量，对其一致性是否满意加以验证，以及排序的权重计算，见下表。
表4-1准则层比较矩阵
受灾人口
降水量
水源地水质达标率
水资源量
污水处理达标率
水功能区达标率
人均水资源量
受灾人口
1
3
1/3
1/5
1
5
1
降水量
1/3
1
1/5
1/3
1/3
1
1/3
水源地水质达标率
3
5
1
1
1
1
3
水资源量
5
3
1
1
3
3
1
污水处理达标率
1
3
1
1/3
1
1
1/3
水功能区达标率
1/5
1
1
1/3
1
1
1
人均水资源量
1
3
1/3
1
3
1
1
表4-2受灾人口判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
9
3
合肥
1/9
1
1/7
宣城
1/3
7
1
3.080
RI=0.58
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-3降水量判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
3
1/3
合肥
1/3
1
1/5
宣城
3
5
1
3.039
RI=0.58
0.0336<0.1
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-4水源地水质达标率判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
1
1
合肥
1
1
1
宣城
1
1
1
max=3.000
=（0.333,0.333,0.333）
RI=0.58
CR==0<0.1
说
明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-5水资源总量判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
5
3
合肥
1/5
1
1/3
宣城
1/3
3
1
（0.637,0.104,0.258）
RI=0.58
<0.1
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-6污水处理率判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
3
3
合肥
1/3
1
1
宣城
1/3
1
1
3.000
（0.600,0.200,0.200）
根据表4-4可得CI=0
CR=0<0.1
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-7水功能区达标率判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
5
1/3
合肥
1/5
1
1/7
宣城
3
7
1
（0.279,0.069,0.649）
RI=0.58
CR==0.056<0.1
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-8人均水资源量判断矩阵
安庆
合肥
宣城
安庆
1
5
1/3
合肥
1/5
1
1/7
宣城
3
7
1
（0.279,0.069,0.649）
RI=0.58
说明矩阵有良好的一致性，不需要修改
表4-9层次总排序权值表
受灾人口
降水量
水源地水质达标率
水资源量
污水处理达标率
水功能区达标率
人均水资源量
准则层特征向量
总排序权值
安庆特征向量
0.656
0.258
0.333
0.634
0.600
0.279
0.279
0.127
0.463
合肥特征向量
0.054
0.105
0.333
0.104
0.200
0.069
0.069
0.054
0.150
宣城特征向量
0.230
0.637
0.333
0.258
0.200
0.649
0.649
0.219
0.302
最大特征值
3.080
3.039
3.000
3.0385
3.000
3.0649
3.0649
0.256
一致性指标CI
0.04
0.0195
0
0.0193
0
0.0325
0.0325
0.109
随机一致性指标RI
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.087
一致性指标率CR
0.069
0.0336
0
0.033
0
0.056
0.056
0.149
总排序一致性指标
0.0187
随机一致性指标
0.58
总排序指标率
0.032
由此可见总排序指标为0.032<0.1通过一致性检验，所以整体排序保证一致性。
综上所述，得到安庆市的水资源安全综合指标为0.463，合肥市0.150，宣城市0.302。
因此可以知道安庆的安全系数较高，其次为宣城市，最后为合肥市。
这与其他文献和资料所介绍的内容也相吻合。
由此可知该指标体系构建及评价方法适用于安徽省城市水资源安全评价。
本研究结果能够正确反映安徽省内城市的水资源安全情况，可以为安徽省城市水资源安全相关的决策提供依据。
5结论和展望
5.1研究总结
本文通过构建了一套评价水资源安全的指标体系，结合层次分析法，将分析情况结合实测资料进行整理，得出不同城市的水资源安全分析结果和比较结果。
主要研究了下面几个问题：
（1）系统的介绍了安徽省水资源的现状和水资源安全的基本理论、概念和内涵，强调水资源的作用和重要性，介绍了重要的影响水资源安全的指标。
（2）经过研究水资源安全的影响因素，从水资源情况、水资源使用情况、社会经济发展情况三个方面来分析水资源安全，并联合安徽省水资源资料，创造指标体系。
（3）运用层次分析法，确定指标权重，再将实测资料标准化后，与指标权重相结合得到城市水安全综合指标，并以此判断城市水安全程度。
（4）根据研究结果，判断今后水资源发展方向和注意问题。
5.2措施
针对目前安徽省内水资源存在的问题，建议采取下列措施对省内水资源的使用加以改善：
（1）加快水利建设，保证供水。
（2）发扬节约精神，
（3）加大污水回收再使用能力，增强污水处理能力。
（4）加大环境科学技术创新发展力度。
5.3展望
本文经过对一些文献的整理和研究，但是由于自身水平和时间的限制，无法对其进行准确深入的研究，今后水资源安全在下面的几个方面可能需要再进行大量的研究工作：
（1）可用水资源总量和生态需水量的研究
首先，区域内的可用水资源的研究问题复杂，对于不同用途的水资源的要求也不同，诸如工业用水和饮用水的标准不同。
生态需水量的研究问题也同样复杂，要进行着重研究。
（2）研究领域的发展
水资源关乎人类社会的方方面面，进行水资源研究时，要尽可能的将研究区域内涉及的领域一并考虑，以此来保障研究结果的科学性和准确性。
（3）技术的发展创新
传统的技术制约了水资源安全的研究和分析，所以我们必须大力发展科学的创新的相关技术来保证研究成果。
致谢
本论文是在刘晓丽老师的细心指导下完成的，从文章的选题到论文的修改和定稿都充满了老师的心血。
老师渊博的学术知识和严谨的教学态度、平易近人的性格都使我受益匪浅。
在此，我谨向刘晓丽老师表示最诚挚的感谢和敬意。
在今后的生活学习中，我也会牢记老师的教导。
对在学习和生活中给予我许多帮助的老师和同学，同样向他们表示衷心地感谢。
感谢他们的帮助和关心，使我能够顺利完成学业。
参考文献
1廖要明,陈德亮,谢云.中国日降水量小于不同阈值日数时空分布特征[J].地理学报,2012,67（3）:
35-50.
2边志明,张蕾.中国水资源存在的主要问题及合理开发利用新理念[J].环境科学与管理,2011,36（10）:
147-153.
3陈玉方.我国环境问题与经济可持续发展[J].阴山学刊（自然科学版）,2005（3）:
99-101.
4王鹏,王群,张和喜,等.模糊综合评判在安西灌区农业水资源安全评价中的应用[J].节水灌溉,2012（7）:
31-34.
5金羽,王婷婷,刘芸辰.浅谈多层次模糊综合评价在区域水资源管理水平评价中的应用[J].水利科技与经济,2005,11（8）:
475-476.
6李少华,董增川,周毅.复杂巨系统视角下的水资源安全及其研究方法[J].水资源保护,2007,23
（2）:
1-3.
7夏军.水资源安全的度量:
水资源承载力的研究与挑战
（一）[J].海河水利,2002,17
（2）:
5-7
8王登瀛
升级会员 