大連市水資源利用與宏觀經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃多目標(biāo)群決策模型與方法

1、大連市水資源利用與宏觀經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃多目標(biāo)群決策模型與方法                        摘要：以大連市水資源開發(fā)利用與宏觀經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展為研究背景，建立了大連市宏觀經(jīng)濟(jì)水資源發(fā)展規(guī)劃多目標(biāo)群決策模型。根據(jù)該決策模型具有的多層次多目標(biāo)多決策者的特點(diǎn)，結(jié)合陳守煜建立的工程模糊集理論與切比雪夫決策方法，提出了模糊切比雪夫多目標(biāo)群決策方法。結(jié)

2、果表明，該決策模型與模糊切比雪夫多目標(biāo)群決策方法是有效和可行的。 關(guān)鍵詞：水資源規(guī)劃 宏觀經(jīng)濟(jì) 多目標(biāo)群決策  水資源是國民經(jīng)濟(jì)和人民生活不可或缺的資源，它們相互制約相互矛盾；通過合理的規(guī)劃，又可以做到共生共榮、互相促進(jìn)，達(dá)到水資源利用與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的目的1。 大連市是全國發(fā)展最快和最嚴(yán)重的缺水城市之一，其人均水資源占有量不足全國人均的四分之一，嚴(yán)重缺水的緊張局面多次出現(xiàn)；干旱和對地下水的不合理開采，造成了大面積下降漏斗區(qū)、海水倒灌等嚴(yán)重的環(huán)境問題。水資源已經(jīng)而且還將成為大連市國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。本文以國家科委全國地方科技攻關(guān)項(xiàng)目“大連市水資源綜合開發(fā)利用研究”為背景

3、，以滿足大連市國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、環(huán)境質(zhì)量改善和人民生活水平的提高為總目的，將大連市的水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)作為一個(gè)相互聯(lián)系的大系統(tǒng)，建立了大連市宏觀經(jīng)濟(jì)水資源發(fā)展規(guī)劃多目標(biāo)決策模型，并提出了模糊切比雪夫多目標(biāo)群決策方法，以生成和選擇水資源供需調(diào)控策略，為大連市政府在制定該市發(fā)展規(guī)劃和水資源的合理利用決策時(shí)提供科學(xué)依據(jù)。1 大連市宏觀經(jīng)濟(jì)水資源發(fā)展規(guī)劃多目標(biāo)決策模型 根據(jù)大連市宏觀經(jīng)濟(jì)水資源發(fā)展規(guī)劃的總目的，其所要求的結(jié)果可用多種目標(biāo)來描述。由于區(qū)域宏觀經(jīng)濟(jì)水資源系統(tǒng)是一多目標(biāo)、多效益、多矛盾的復(fù)雜系統(tǒng)，與其相關(guān)的部門和團(tuán)體有著各自不同的利益要求和目標(biāo)，而這些要求和目標(biāo)通常都是相互

4、沖突、不可公度的。考慮到不使決策模型規(guī)模過份寵大，在充分調(diào)查研究與參考其它地區(qū)研究的基礎(chǔ)上2-4，我們選擇了國民生產(chǎn)總值(GNP)、生物化學(xué)需氧量(BOD)、糧食總產(chǎn)量(FOOD)3個(gè)目標(biāo)。1.1 經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與約束條件? 選擇各規(guī)劃水平年各地區(qū)國民生產(chǎn)總值之和(GNP)最大為主要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，即：式中：j=1,2,，10為地區(qū)序號(hào)，分別為中山、西崗、沙河口、甘井子、旅順、金州、瓦房店、普蘭店、莊河、長海；s=1,2分別代表規(guī)劃水平年2010和2020年；(j,s)是各水平年各地區(qū)的附加值率。GNP(j,s)是地區(qū)j在水平年s的國民生產(chǎn)總值。國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)約束為(I-A)X(j,s,k)=HO(j,s,

5、k)XHO(j,s)+BSO(j,s,k)XSO(j,s)+BFI(j,s,k)XFI(j,s)+BST(j,s,k)XST(j,s)+XEP(j,s,k)-XIM(j,s,k) 式中：I是單位矩陣；A是投入產(chǎn)出系數(shù)矩陣；k=1,2,，7分別代表農(nóng)、輕工、重工、建筑、運(yùn)輸郵電、商業(yè)和非物質(zhì)部門；XHO(·)、XSO(·)、XFI(·)、XST(·)分別表示居民消費(fèi)、社會(huì)消費(fèi)、固定資產(chǎn)積累、流動(dòng)資金積累；BHO(·)、BSO(·)、BFI(·)、BST(·)分別為相應(yīng)變量的分配系數(shù)；XEP(·)、XIM(&

6、#183;)為各水平年各地區(qū)各部門的進(jìn)出口變量；X(·)為各水平年各地區(qū)各部門的產(chǎn)值變量，它們與國民生產(chǎn)總值的關(guān)系為：式中：IOC(·)是各水平年各地區(qū)各部門的附加值率。各地區(qū)固定資產(chǎn)積累與投資關(guān)系為：KT(j,s)+IW(j,s)=K1(s)KT(j,s-1)+K2(s)GNP(j,s)+K3(s)GNP(j,s-1) 式中：KT(·)是各水平年各地區(qū)總資產(chǎn)存量；K1(·)是前一時(shí)段總資產(chǎn)存量在本時(shí)段的剩余系數(shù)；K2(·)是本時(shí)段國民生產(chǎn)總值對固定資產(chǎn)存量的貢獻(xiàn)；K3(·)是前一時(shí)段國民生產(chǎn)總值對本時(shí)段固定資產(chǎn)存量的貢獻(xiàn)；IW(&#

7、183;)是各規(guī)劃水平年各地區(qū)分擔(dān)的水投資。1.2 社會(huì)目標(biāo)與約束條件 根據(jù)大連市農(nóng)業(yè)的實(shí)際，選擇各規(guī)劃水平年各地區(qū)糧食產(chǎn)量與其目標(biāo)期望偏差之和最?。菏街校篢FOOD(·)、FOOD(·)分別是各地區(qū)各規(guī)劃水平年的糧食消耗量期望目標(biāo)和實(shí)際糧食生產(chǎn)總量。糧食生產(chǎn)目標(biāo)方程由下式確定TFOOD(j,s)=KFO(j,s)PLO(j,s) 其中，KFO(·)、PLO(·)是各規(guī)劃水平年各地區(qū)的人均糧食消耗量和人口總數(shù)。糧食產(chǎn)量方程為其中YD1(·)、AR1(·)分別是各地區(qū)規(guī)劃年旱地作物單產(chǎn)和播種面積；YD2(·)、AR2(

8、3;)分別是灌溉作物單產(chǎn)和播種面積；l=1,2,3是作物種類，代表水稻、小麥和玉米。農(nóng)業(yè)產(chǎn)值方程為：式中：PR1(·)、PR2(·)分別是各地區(qū)各規(guī)劃年旱地單位面積產(chǎn)值和灌溉地單位面積產(chǎn)值；LM F(·)為各地區(qū)的林、牧、副、漁總產(chǎn)值，a=1，2，3，4；l=4，5，分別代表蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物。1.3 環(huán)境目標(biāo)與約束條件? 考慮到城市化帶來的人口增加等環(huán)境壓力，選擇各規(guī)劃水平年各地區(qū)城鎮(zhèn)生物需氧量(BOD)負(fù)荷排放量最小作為環(huán)境目標(biāo)，即式中，BOD(·)是各規(guī)劃水平年各地區(qū)的BOD負(fù)荷排放總量，可由下列方程確定：式中：B(·)是各地區(qū)單位產(chǎn)值的BO

9、D排放量；UP(·)是城鎮(zhèn)人均生活BOD排放量；PU(·)是城鎮(zhèn)人口總數(shù)；KSE(·)是各地區(qū)污水處理百分率；BSE(·)是城鎮(zhèn)污水處理后BOD的剩余量。污水排放量關(guān)系式為：?式中：M(·)、DB分別是各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠個(gè)數(shù)和每個(gè)廠的污水處理能力；WX(·)是單位產(chǎn)值的污水排放量；WPU(·)是城鎮(zhèn)人均生活污水排放量。 1.4 水供需平衡關(guān)系方程 上述3個(gè)目標(biāo)除相互促進(jìn)相互制約外，還同時(shí)都受水資源系統(tǒng)的控制與制約。城鎮(zhèn)水供需平衡方程為：式中：WP(·)是城鎮(zhèn)人均年供水量；WEA(·)是每畝蔬菜灌溉定額；

10、WG(·)為各地區(qū)可利用水量；WE(j,s)各地區(qū)水平年環(huán)境用水量。 農(nóng)村水供需平衡方程為：式中：WPV(·)是農(nóng)村人均年供水量；PV(·)是地區(qū)農(nóng)村總?cè)丝?；WL(·)(a=1,2,3,4)分別是林、牧、副、漁業(yè)單位產(chǎn)值耗水量；WAG(·)是地區(qū)農(nóng)村可利用水資源量。                             2 模糊切比雪夫多目標(biāo)群決策方法 根據(jù)大連的實(shí)際，可將決策者分為市政府與地區(qū)二層次。前者的地位與決策權(quán)顯然高于地區(qū)類決策者，其作出的決策應(yīng)當(dāng)給予高度的重視；地區(qū)類決策者為大連所轄的10個(gè)區(qū)縣市。因此，上節(jié)建立的模型是半結(jié)構(gòu)化、風(fēng)險(xiǎn)型、多層次和多目標(biāo)的群決策問題。2.1 模糊多目標(biāo)切比雪夫模型 交互式切比雪夫決策方法由美國Steuer教授首先提出5，是一種通過與決策者交互逐步縮小決策空間，最終達(dá)到滿意解的決策方法，也是求解單決策者多目標(biāo)決策問