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内容提要：通过水资源可持续利用评价，可以发现水资源开发利用中存在的问题，从而为地方政府制定相应的水资源发展战略提供依据。首先在建立张掖市水资源可持续利用评价指标体系的基础上，应用具有层次递阶结构的层次分析法（AHP）和具有网络结构的网络分析法（ANP）分别确定了各指标的权重，得到考虑了系统内部各因素相互作用关系的ANP模型所确定的指标权重受模型结构影响较小，更能反映实际情况的结论；然后基于ANP的计算结果，对2000~2005年张掖市水资源可持续利用状况进行动态评价。结果表明，该市水资源可持续利用水平为中等，呈缓慢上升趋势；最后针对评价结果为地方政府提出一些对策措施，如加强水资源的统一管理、调整种植结构、加大农副产品的再加工、重视生态用水的利用等。这对于实现张掖市的水资源可持续利用具有一定的理论和实际指导意义。
关键词：水资源可持续利用评价；网络分析法；张掖市
中图分类号：F323.213文献标识码：A文章编号：1003-4161(2007)06-0041-06
要实现人类社会、经济及环境的可持续发展，其基本前提是寻求一条水资源的可持续利用之路。区域水资源可持续利用评价是目前水资源可持续利用研究的核心问题之一，是衡量水资源可持续能力的基本手段，也是进行区域水资源宏观调控的主要依据[1]。尤其对于西北干旱区内陆河流域而言，水已经成为该区环境与发展最大的限制因子[2]，开展水资源可持续利用评价已成为一项迫在眉睫的工作。
就目前的水资源可持续利用评价研究来看，常用的评价方法有综合指数法[3]、模糊综合评价法[4]等。对于这类方法而言，指标权重的确定对于评价结果有决定性的影响。在众多确定指标权重的方法中，Satty于20世纪70年代提出的层次分析法（analytic hierarchy process, 简称AHP）是应用最广泛的方法之一[3]。它能够对专家的定性比较结果进行定量化处理[5]。但是，AHP仅仅考虑了上层元素对下层元素的控制作用，而没有考虑各指标之间的依赖关系，这限制了它在水资源可持续利用评价这种复杂问题中的应用。构建能够描述系统内部相互依赖特征的结构模型可以弥补AHP的这种不足。Satty于1996年提出的网络分析法（analytic network process, 简称ANP）则考虑到了模型中各指标之间的相互作用[6]。因此，对于水资源可持续利用评价而言，ANP是一种比较有潜力的评价方法，但就公开发表的文献来看，目前还没有ANP应用于水资源评价的实例。
本文在建立张掖市水资源可持续利用评价指标体系的基础上，应用AHP和ANP两种方法分别确定指标体系中各指标的权重，通过对比分析，从而遴选恰当的权重确定方法，然后基于结果对张掖市的水资源可持续利用状况进行动态评价，并针对评价结果为地方政府提供一些政策建议。这对于实现张掖市的水资源可持续利用具有一定的理论和实际指导意义。
1． 网络分析法(ANP)
AHP 是在融合了决策者经验知识的基础上，从数学分析的角度给出了决策问题中各方案的重要性权重，因此AHP是定性和定量分析相结合的一种方法[5]。这种方法已经在实践中得到非常广泛的应用[7]。它的基本思想是将系统简化为有序的递阶层次结构且只考虑上层元素对下层元素的支配作用，同一层次的元素被认为是相互独立的。尽管这样的假设在处理系统问题时非常方便，但同时也限制了它在复杂决策问题中的应用。在许多实际问题中，各层次内部元素往往是相互依赖的，低层元素对高层元素也存在反馈作用。因此，Saaty于1996年较为系统地提出了考虑到系统内部各元素相互作用的ANP理论。ANP是由传统AHP延伸发展得到的。
通常，ANP模型包括控制层和网络层两部分。控制层包括问题的目标及决策准则，所有的决策准则均被认为是彼此独立的, 且仅受到目标支配（控制层中可以没有决策准则, 但至少有一个目标）；网络层是由所有受控制层支配的元素组和元素组成的, 其内部是互相影响的网络结构。元素之间的依赖作用可以发生在元素组内部（内部依赖），也可以发生在元素组之间（外部依赖）。
ANP主要是利用“超矩阵”理论对各相互作用的因素进行综合分析，最终得到各元素相对于目标的影响权重。包括以下步骤：
1.1 计算初始超矩阵
初始超矩阵W和加权矩阵A相乘，得加权超矩阵：W=aijWij（i，j=1, 2, ..., N）。显然，该加权超矩阵为列归一化矩阵。
1．3 计算极限超矩阵
元素的N次间接影响关系则可通过计算得到W-k，故加权超矩阵的无限次幂limk→∞W-k反映了元素之间的所有无限次的间接关系[6]。为了反映元素之间的依存关系，需要对超矩阵W做一个稳定处理，即计算极限相对排序向量limk→∞(1/N)W∑Nk=1W-k。如果该极限值收敛且惟一，则它的任一列都是Ps下网络层各元素的极限相对排序，也即是各元素的权重。
2．实证分析
张掖市地处西北干旱区，是依靠黑河水孕育的一片绿洲。该区降水稀少，蒸发强烈，多年平均降水量仅为127.5mm，多年平均蒸发量却高达2047.9mm[8]。在这里，“有水则为绿洲，无水则为荒漠”，用水压力一直很大。尤其是从2000年起国务院开始实施黑河分水方案，并规划要求当黑河上游莺落峡来水15.8亿m3时，上游向下游新增泄水量2.55亿m3，达到9.5亿m3的分水目标，也就是减少现状用水的23%[9]，这使得张掖市水资源短缺问题更加严重。在这样的用水背景下，2002年水利部确定张掖市为我国第一个节水型社会试点。因此，对张掖市的水资源可持续利用状况作出定量评价具有极其重要的意义。
2.1 建立张掖市水资源可持续利用评价指标体系
在干旱区内陆河流域，水资源—社会—经济—环境系统之间是相互作用、相互耦合的关系，因此在建立指标体系时，考虑了水资源、社会、经济和环境系统之间的相互作用关系；同时，遵循科学性、概括性、可比性、可操作性、区域性等原则，采用理论分析法和频度统计法，构建了张掖市水资源可持续利用评价指标体系，如表3所示。
水资源可持续利用综合指数能够从宏观上反映区域水资源可持续利用的整体态势，是区域水资源可持续过程中水资源—社会—经济—环境各子系统相互作用的复合系统发展状况的综合体现。
（1）水资源子系统：它处于核心地位，是判断水资源开发利用能否保证整个社会、经济及环境持续发展的根本。
（2）社会子系统：人口的增长、城市化进程的加快，直接影响到地区的用水水平；同时社会对水资源的管理利用水平也会影响到水资源系统的发展。
（3）经济子系统：水资源的多寡会影响到经济发展速度，而且可能会严重制约经济发展；同时经济发展水平反过来也会影响用水效率及用水效益。
（4）环境子系统：生产用水会挤占生态用水，而生态用水的多少直接决定着生态环境的水平；生产用水量增加的同时，产生的废污水也相应增加；生态环境的恶化反过来会严重影响社会经济的发展。
2.2 确定指标权重
本次问卷调查采用面对面专家打分的方式进行。调查共回收有效问卷23份，问卷主要发放点是与水资源实际利用和理论研究密切相关的一些单位，如张掖市水务局、张掖市水文局、张掖市环保局、高台县林业局、中科院寒旱所，而且通常在这些单位中选择对张掖市水资源问题认识相对深刻的专家来填写问卷。
关键词：水资源可持续利用评价；网络分析法；张掖市
中图分类号：F323.213文献标识码：A文章编号：1003-4161(2007)06-0041-06
要实现人类社会、经济及环境的可持续发展，其基本前提是寻求一条水资源的可持续利用之路。区域水资源可持续利用评价是目前水资源可持续利用研究的核心问题之一，是衡量水资源可持续能力的基本手段，也是进行区域水资源宏观调控的主要依据[1]。尤其对于西北干旱区内陆河流域而言，水已经成为该区环境与发展最大的限制因子[2]，开展水资源可持续利用评价已成为一项迫在眉睫的工作。
就目前的水资源可持续利用评价研究来看，常用的评价方法有综合指数法[3]、模糊综合评价法[4]等。对于这类方法而言，指标权重的确定对于评价结果有决定性的影响。在众多确定指标权重的方法中，Satty于20世纪70年代提出的层次分析法（analytic hierarchy process, 简称AHP）是应用最广泛的方法之一[3]。它能够对专家的定性比较结果进行定量化处理[5]。但是，AHP仅仅考虑了上层元素对下层元素的控制作用，而没有考虑各指标之间的依赖关系，这限制了它在水资源可持续利用评价这种复杂问题中的应用。构建能够描述系统内部相互依赖特征的结构模型可以弥补AHP的这种不足。Satty于1996年提出的网络分析法（analytic network process, 简称ANP）则考虑到了模型中各指标之间的相互作用[6]。因此，对于水资源可持续利用评价而言，ANP是一种比较有潜力的评价方法，但就公开发表的文献来看，目前还没有ANP应用于水资源评价的实例。
本文在建立张掖市水资源可持续利用评价指标体系的基础上，应用AHP和ANP两种方法分别确定指标体系中各指标的权重，通过对比分析，从而遴选恰当的权重确定方法，然后基于结果对张掖市的水资源可持续利用状况进行动态评价，并针对评价结果为地方政府提供一些政策建议。这对于实现张掖市的水资源可持续利用具有一定的理论和实际指导意义。
1． 网络分析法(ANP)
AHP 是在融合了决策者经验知识的基础上，从数学分析的角度给出了决策问题中各方案的重要性权重，因此AHP是定性和定量分析相结合的一种方法[5]。这种方法已经在实践中得到非常广泛的应用[7]。它的基本思想是将系统简化为有序的递阶层次结构且只考虑上层元素对下层元素的支配作用，同一层次的元素被认为是相互独立的。尽管这样的假设在处理系统问题时非常方便，但同时也限制了它在复杂决策问题中的应用。在许多实际问题中，各层次内部元素往往是相互依赖的，低层元素对高层元素也存在反馈作用。因此，Saaty于1996年较为系统地提出了考虑到系统内部各元素相互作用的ANP理论。ANP是由传统AHP延伸发展得到的。
通常，ANP模型包括控制层和网络层两部分。控制层包括问题的目标及决策准则，所有的决策准则均被认为是彼此独立的, 且仅受到目标支配（控制层中可以没有决策准则, 但至少有一个目标）；网络层是由所有受控制层支配的元素组和元素组成的, 其内部是互相影响的网络结构。元素之间的依赖作用可以发生在元素组内部（内部依赖），也可以发生在元素组之间（外部依赖）。
ANP主要是利用“超矩阵”理论对各相互作用的因素进行综合分析，最终得到各元素相对于目标的影响权重。包括以下步骤：
1.1 计算初始超矩阵
初始超矩阵W和加权矩阵A相乘，得加权超矩阵：W=aijWij（i，j=1, 2, ..., N）。显然，该加权超矩阵为列归一化矩阵。
1．3 计算极限超矩阵
元素的N次间接影响关系则可通过计算得到W-k，故加权超矩阵的无限次幂limk→∞W-k反映了元素之间的所有无限次的间接关系[6]。为了反映元素之间的依存关系，需要对超矩阵W做一个稳定处理，即计算极限相对排序向量limk→∞(1/N)W∑Nk=1W-k。如果该极限值收敛且惟一，则它的任一列都是Ps下网络层各元素的极限相对排序，也即是各元素的权重。
2．实证分析
张掖市地处西北干旱区，是依靠黑河水孕育的一片绿洲。该区降水稀少，蒸发强烈，多年平均降水量仅为127.5mm，多年平均蒸发量却高达2047.9mm[8]。在这里，“有水则为绿洲，无水则为荒漠”，用水压力一直很大。尤其是从2000年起国务院开始实施黑河分水方案，并规划要求当黑河上游莺落峡来水15.8亿m3时，上游向下游新增泄水量2.55亿m3，达到9.5亿m3的分水目标，也就是减少现状用水的23%[9]，这使得张掖市水资源短缺问题更加严重。在这样的用水背景下，2002年水利部确定张掖市为我国第一个节水型社会试点。因此，对张掖市的水资源可持续利用状况作出定量评价具有极其重要的意义。
2.1 建立张掖市水资源可持续利用评价指标体系
在干旱区内陆河流域，水资源—社会—经济—环境系统之间是相互作用、相互耦合的关系，因此在建立指标体系时，考虑了水资源、社会、经济和环境系统之间的相互作用关系；同时，遵循科学性、概括性、可比性、可操作性、区域性等原则，采用理论分析法和频度统计法，构建了张掖市水资源可持续利用评价指标体系，如表3所示。
水资源可持续利用综合指数能够从宏观上反映区域水资源可持续利用的整体态势，是区域水资源可持续过程中水资源—社会—经济—环境各子系统相互作用的复合系统发展状况的综合体现。
（1）水资源子系统：它处于核心地位，是判断水资源开发利用能否保证整个社会、经济及环境持续发展的根本。
（2）社会子系统：人口的增长、城市化进程的加快，直接影响到地区的用水水平；同时社会对水资源的管理利用水平也会影响到水资源系统的发展。
（3）经济子系统：水资源的多寡会影响到经济发展速度，而且可能会严重制约经济发展；同时经济发展水平反过来也会影响用水效率及用水效益。
（4）环境子系统：生产用水会挤占生态用水，而生态用水的多少直接决定着生态环境的水平；生产用水量增加的同时，产生的废污水也相应增加；生态环境的恶化反过来会严重影响社会经济的发展。
2.2 确定指标权重
本次问卷调查采用面对面专家打分的方式进行。调查共回收有效问卷23份，问卷主要发放点是与水资源实际利用和理论研究密切相关的一些单位，如张掖市水务局、张掖市水文局、张掖市环保局、高台县林业局、中科院寒旱所，而且通常在这些单位中选择对张掖市水资源问题认识相对深刻的专家来填写问卷。