基于和谐论的郑州市用水总量指标分解方法

韩 娜

（河南缘份电子科技有限公司）

1 研究区域概况与数据来源

1.1 研究区域概况

郑州市是河南省省会，位于河南省中部偏北，东经112°42′～114°14′，北纬36°16′～34°58′，北临黄河，西依嵩山，东南为广阔的黄淮平原。郑州市属暖温带半湿润大陆性季风型气候，其特点是春夏秋冬四季分明，春季多风沙，夏季炎热、暴雨集中，秋季凉爽多晴，冬季天冷少雪。多年平均气温14.20 ℃，最高气温43.20 ℃，最低气温-15.40 ℃。多年平均降水量624.30 mm，年均雨量分配不均。冬季干旱，雨雪稀少，1月份降水量最少，为5～9 mm。夏季降雨集中，7 月份降水量最多，为140～160 mm。7-9月降雨量约占全年降雨量的70%，且多以暴雨形式出现。

1.2 数据来源

文章所用数据来源于郑州市水资源公报和郑州市水资源综合规划，其中包括2015 年郑州市各二级行政分区（新密市、新郑市、荥阳市、登封市、中牟县、郑州市区、航空港区、上街区）的可供水量、人口与面积。

2 研究方法

2.1 和谐论概述

研究和谐行为的理论和方法体系称为和谐论。和谐论主要包括和谐论理念、和谐论五要素、和谐度方程等。

在利用和谐论的方法对用水总量进行量化分解过程中，需确定用水总量的和谐论五要素：和谐参与者、和谐目标、和谐规则、和谐因素、和谐行为。

式中：HD为某一因素对应的和谐度，表达和谐度的指标，HD∈［0，1］，HD 值越大，和谐程度越高；a 为统一度，b 为分歧度。a，b∈［0，1］，且a+b=1；i为和谐系数，反映和谐目标的满足程度，由和谐目标计算确定，i∈［0，1］；j为不和谐系数，反映和谐方对存在分歧现象的反对程度，由分歧度计算确定，j∈［0，1］。

在利用和谐论的方法对用水总量进行量化分解过程中，需确定用水总量的和谐论五要素。然后确定和谐度方程，通过和谐度方程确定和谐度最高的分解方法作为最优解。

2.2 用水总量分解的和谐论方法

2.2.1 各水平年的确定

文章主要研究如何将一级行政区2020年用水总量控制指标分解至各二级行政区。结合目前掌握的资料，确定2015 年为现状水平年，2020 年为规划水平年。利用和谐论方法，以2015 年各二级行政区实际用水量为基础，确定一级行政区2020年用水总量控制指标最优分解方案。考虑到各二级行政区供用水计量的特殊性、复杂性，在此，可将部分二级行政区作为一个整体进行研究。

2.2.2 和谐论五要素的确定

①和谐参与者：因为用水总量控制指标需分解至各二级行政区，因此，确定和谐参与者为各二级行政区。②和谐目标：即各和谐参与者用水总量之和不超过郑州市用水总量控制指标，且符合各和谐参与者自身可供水量。③和谐规则：各和谐参与者2015年实际用水总量不超过2015年各和谐参与者分配用水总量控制指标。④和谐因素：对用水总量控制指标进行分解时，和谐因素为单一因素和谐，即用水总量。⑤和谐行为：指各和谐参与者满足和谐目标的各种用水总量控制指标分解方案。

2.2.3 最优方案的确定

各二级行政区在用水总量控制指标进行分解时，主要受可供水量、人口、面积因素影响，在此只需确定可供水量、人口、面积三个影响因素的权重，因为用水总量主要受以上三个因素的影响，因此，确定三个因素权重之和为1。

在可供水量、人口、面积三因素权重确定时，利用和谐论方程进行计算。通过可供水量、人口、面积的试算，结合现状水平年一级行政区用水总量控制指标，计算出一系列用水总量控制指标分解方案。然后，确定计算a、i、b、j的数值，计算各方案的和谐度HD，通过比较，确定最大和谐度HD 为最优方案，通过最优方案确定相应的三要素权重。最终，通过确定的三要素权重，结合规划水平年，计算得到各二级行政区规划水平年用水总量控制指标。

3 实例分析

3.1 确定不同权重组合和综合权重

结合目前掌握的资料，确定2015年为现状水平年，按照郑州市水资源公报及郑州市水资源综合规划，可确定各和谐参与者2015年可供水量、人口、面积情况。因各二级行政区在对用水总量控制指标进行分解时，主要受可供水量、人口、面积因素影响，且三个影响因素的权重之和为1。考虑可供水量对控制指标分解影响较大，人口及面积对用水总量影响相对较小，且逐渐减少，确定可供水量权重范围0.60～0.65，人口权重0.21～0.25，面积权重0.15～0.19。各和谐参与者综合权重为各和谐参与者可供水量、人口、面积占全市的比例分别与相应权重相乘的和。根据不同的权重组合可确定出30 个权重方案，对应各和谐参与者在不同权重方案中的30种综合权重。

3.2 根据不同权重方案的综合权重确定出一系列分解方案

根据各和谐参与者在不同权重方案中的综合权重可得到不同的分配方案，各分配方案对应的2015 年用水总量控制指标分解方案见表1。由表1 可知，各和谐参与者用水总量之和不超过郑州市总用水总量控制指标，并且各和谐参与者2015年实际用水总量不超过2015年各和谐参与者分配用水总量控制指标。符合和谐目标与和谐规则。

3.3 计算不同分解方案的和谐度，确定最优方案

和谐度计算时，确定a为各分解方案与2015年全市实际用水量的比值，因各和谐参与者均满足用水控制指标，故确定i=1；不和谐度b采用公式b=1-a确定，不和谐系数j=b。计算得到各分解方案和谐度HD。通过分析比较可知，方案5 和谐度最高为0.97，故方案5为最优方案，此时，可供水量、人口、面积的权重分别为0.60、0.21、0.19。

3.4 最优分解方案下郑州市2020年用水总量控制指标分解

表1 不同分解方案下各和谐参与者用水总量控制指标表

结合2020 年郑州市用水总量控制指标，可分解得到2020年各县（市、区）用水总量控制指标，见表2。由表2 可知，通过和谐论方法分解得到的郑州市用水总量指标为22.47亿m3，该结果不超过郑州市用水总量红线指标22.47亿m3。

表2 最优分解方案下郑州市2020年用水总量控制指标分解表

4 结论

考虑到可供水量、人口、面积对控制指标分解的影响确定出不同权重方案的综合权重，根据和谐度的计算公式得出方案5的和谐度最高为0.974 211 5，该方案为最优方案，对应的可供水量、人口、面积的权重分别为0.6、0.21、0.19。通过和谐论方法分解得到2020年郑州市用水总量指标不超过郑州市用水总量红线指标22.47亿m3。

和谐论在最严格水资源管理制度“三条红线”控制指标分解中具有一定的适用性。为有效控制管理水资源的开发利用、促进水资源的优化配置、提高水资源利用效率和效益，提供科学的技术支撑和决策依据。