基于模糊综合评价法的水资源承载力评价研究

基于模糊综合评价法的水资源承载力评价研究

1水资源承载力的定义通过对以往成果的分析，发现目前还没有可接受的水资源负荷定义。在研究期间，必须从系统和整体的角度来定义水资源负荷。对于系统而言，水资源负荷应考虑水资源与生态环境、经济和社会的协调发展。除了可继承人口的水资源外，它还必须满足系统的生态平衡和经济发展要求。如果是全球水资源承担状况，不仅要考虑人类水量，还要考虑环境水量和生态水量，例如，水面净所需的水量。研究将水资源承载力的定义概括为:在一定的发展阶段,在一定的社会生产力水平和智力、技术、经济条件下,以保证水及生态环境不遭受严重破化为前提,通过科学配置水资源,一个国家或地区的水资源对本地社会经济得以可持续发展所发挥的最大支撑能力.这个定义比较全面地考虑到水资源的优化配置及水资源承载力的自然、社会、经济和技术等诸多方面的因素.2水流承载量评价方法和评价指标2.1评价方法确定通过对承载力评价众多研究方法的分析认为,本研究是一个城市水资源承载力的长期变化趋势(2010～2020)分析,系统动力学方法应用于中短期发展情况模拟可以考虑,但不适宜本研究选取.如果对于分析某一区域水资源承载力在固定年份的空间差异情况可以考虑选择主成分分析法.用多目标模型建模对基础资料的要求较高,而且即使具备了较为齐备的基础资料它的建模也相对较难,目标规划求解方法复杂.本研究选择使用指标综合评价法,主要是因为该方法评价结果直观、明确,对基础数据本身要求不高,适合对长期变化情况的预测评价.其中模糊综合评价法是一种十分有效的多因素决策方法,它可以对受多种因素影响的事物做出全面评价,其特点是评价结果不是绝对地“可承载”或“不可承载”,而是以模糊集理论来描述.水资源承载力评价是一个内涵明确而外延相对不确切的模糊概念,因而采用模糊集理论来进行描述更为合适.又考虑到灰色关联度法对客观数据指标有很好的选取功能.所以研究采用模糊综合评价模型,并结合灰色关联度法进行水资源承载力的分析和评价.2.2评价指标的确定一般的指标选取方法有:专家调研法、最小均方差法和极小极大离差法等.研究首先采用了专家调研的方法,通过问卷打分的方式在27个初选指标中选出10个复选指标,再采用灰色关联分析程序对指标进行分析和筛选,建立了适合城市水资源综合评价的最终指标.采用灰色关联模型对区域水资源条件、开发利用状况、供需关系及生态环境等若干个指标进行分析和筛选.在10个初选指标中,选出一个作为其第一影响因素,指定为参考指标,其他9个指标作为待选的比较指标,利用灰色关联度计算公式为:ζi=minimink|x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)|ζi=minimink|x0(k)−xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)−xi(k)||x0(k)−xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)−xi(k)|2.3评价对象的模糊综合评判模糊综合评价方法模型设定两个有限论域U和V,其中U={u1,u2,u3,…um}作为综合评价元素所构成的集合,V={v1,v2,v3,…vn}作为评判等级所构成的集合,首先对评价元素ui先进行单一元素的评价,隶属度rij表示单一元素ui在总评元素中所起作用大小的变量,在一定程度上也表示根据单一元素ui评定等级的能力.如果计算rij为ui对评判等级vj的隶属度,于是可以得到一组隶属度ri=(ri1,ri2,ri3),即ui的单一元素评判等级的评分值.m个评价级构造出评判矩阵R:R=|r11r12⋯r1nr21r22⋯r2n⋮⋮⋮⋮rm1rm2⋯rm3|R=∣∣∣∣∣∣∣∣r11r12⋯r1nr21r22⋯r2n⋮⋮⋮⋮rm1rm2⋯rm3∣∣∣∣∣∣∣∣评判元素对综合评判的权重系数可以用U上的模糊子集A={a1,a2,a3,…an}表示,ai叫做指标元素ui被考虑的权数,因此A={a1,a2,a3,…an}应当满足条件m∑iai=1∑miai=1.那么B=A·R就是综合评价水资源承载力的模糊变换形式,综合评定值可根据(4-2)式分析计算,其中bj表示B矩阵中各等级隶属度:a=3∑i=1bkjaj3∑j=1bkja=∑3i=1bkjaj∑3j=1bkj一般水资源承载能力受评价指标影响的程度可考虑采用为3个等级,v1等级表示水资源承载能力情况较好,v2等级表示水资源承载能力情况一般的,另外一个v3等级表示水资源承载能力情况较差.评判矩阵R中的隶属函数rij的值对照各元素的分级指标可根据各评价元素的实际数值来分析推求.隶属函数在其各级间平滑过渡,由于v1、v3级位于两侧区间,v2级位于中间区间,属于两侧等级的隶属度各为0.5,落在v2级区间中点隶属度为1,两侧边缘点的隶属度为0.5,中点向两侧按线性递减处理.设v1和v3级的临界值为l1,v2和v3级的临界值为l3,v2等级区间中点值为l2(l2=0.5·(l1+l3)).当评价指标值越小系统越优时,评价因素各评语级隶属函数计算式如下:uvi(ui)={0.5(1+ui-l1)u1-l2ui≥l10.5(1+ui-l1)l1-l2l1＞ui≥l20ui＜l2uv2(ui)={0.5(1+ui-l1)u1-l2ui≥l10.5(1-ui-l1)l1-l2l1＞ui≥l20.5(1-ui-l3)l2-l3l2＞ui≥l30.5(1-ui-l3)ui-l2ui＜l3uv2(ui)={0ui≥l20.5(1+ui-l3)l3-l2l3≤ui＜l20.5(1+ui-l3)ui-l2ui≤l2当评价指标值ui越大系统越优时,一定注意将上述公式中ui的区间范围进行调整,同时将“≥”和“<”改为“≤”和“>”.然后再使用变化后的公式进行计算.按照以上的合并运算,评价对象对于整体而言处于各评语等级上的隶属度就可以得出结果.通过对以上6个主要评价指标的模糊综合评价分析,评价值计算结果为:3水资源承载力评价张家口市水资源承载力的综合评价计算表明,其水资源的利用面临严重的问题,2007年的水资源承载力评价结果为,对表示本区水资源仍有较高承载力的v1隶属度只有0.3439,而对表示水资源开发已具有相当规模,利用潜力尚待挖掘的v2隶属度有0.4615,对表示本区水资源匮乏,承载力不足的v3隶属度为0.1854,综合评分值为0.5660.这说明现在的水资源还是有一定保证,但潜力在减小,水资源的供需矛盾开始凸现,由于目前张家口市开采利用的主要是地下水,今后地下水的开发潜力小.对张家口市水资源承载力多年评价结果为,对v1的隶属度在逐年下降,从2007年的0.3439下降到2020年的0.1775,对v3的隶