基于模糊綜合評判法的建三江墾區(qū)旱澇等級的研究

岳國峰，丁 紅

(黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱150080)

我國地處東亞季風區(qū)，受季風進退異常、年際和年代際變化較大及其它物理因子的影響，各種氣候災害頻繁發(fā)生，特別是旱災和暴雨等極端氣候的發(fā)生呈加劇趨勢，對地力已經下降的土壤產生重大影響，同時威脅著我國工農業(yè)生產和國民經濟健康發(fā)展［1］。建三江墾區(qū)地處三江平原腹地，屬寒溫帶濕潤季風氣候，年平均降水量為550～600 mm，降水年際變化大，年內分配不均。該墾區(qū)同俄羅斯隔江相望，與同江、富錦、撫遠和饒河等市縣相鄰，區(qū)內土地集中連片，三江環(huán)繞，七河貫通，土質肥沃，資源豐富，是全國著名的優(yōu)質商品糧基地，保障著糧食安全［2］。因此開展旱澇研究，抵御災害風險，對建三江墾區(qū)農業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展至關重要。本文在分析旱澇評價指標和評價標準的基礎上，建立基于模糊綜合評判法的建三江旱澇等級模型，對其旱澇情況進行綜合評價，為能按照自然規(guī)律和科學方法制定防災減災措施提供一定的理論依據。

1 旱澇評價指標

旱澇評價指標起到精確度量，對比和綜合旱澇成因與程度的作用，建立在特定的地域和時間范圍內。合理的選擇旱澇評價指標，能夠客觀的反映旱澇強度。根據建三江的實際情況和資料收集的可行性，研究中選擇了以下指標:

1.1 降雨距平百分率(簡稱R)

R值反映了某時段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度。其公式為:

1.2 Z指標(簡稱Z)

Z值是在假定某時段降水量服從Person－Ⅲ型分布的基礎上，通過對降水量進行正態(tài)化處理后，將其概率密度函數(shù)轉換為以Z為變量的標準正態(tài)分布，公式為:

式中:Cs為偏態(tài)系數(shù);Ii為標準變量。

1.3 旱澇指數(shù)(簡稱I)

I值由某時段降水量與多年平均降水量之差除以標準差所得，它是Z指標計算公式中的一個部分，其表達式為:

參考張強、王躍民等［3－4］專家關于旱澇指標的研究，制成符合建三江實際情況的旱澇等級劃分標準，具體見表1。

表1 旱澇等級劃分標準

2 模糊綜合評判法及其實際應用

2.1 數(shù)據來源

本文以農墾建三江分局七星農場1957—2010年共54 a氣象資料作為基礎數(shù)據，氣象資料由建三江分局氣象臺提供。限于篇幅，本文僅對該農場2006—2010年的旱澇等級進行綜合評價。

2.2 模糊綜合評判法建模步驟［5］

步驟1:確定評價對象的因素論域。本文選定了3個旱澇評價指標，因此影響評價對象的因素集為U = {u1，u2，u3}= {降水距平百分率，z指標，旱 澇指數(shù)}。

步驟 2:建立評價集，即 V = {v1，v2，…v7}= {重旱，大旱，偏旱，正常，偏澇，大澇，重 澇}。

步驟3:隸屬函數(shù)的確定。本文采用三角形函數(shù)，設x為某影響因素，則相應于各等級的隸屬函數(shù)計算公式如下［4］:

當i=1時:

當i=2，3，4，5，6時:

當i=7時:

式中:si(i=1，2，3，…，7)為旱澇等級的對應點，分別對應重旱、大旱、…，重澇;ki(i=1，2，3，…，12)為第i條直線的斜率。

根據2006～2010年各旱澇評價指標的計算值以及上述隸屬度函數(shù)，計算對應于各旱澇等級的隸屬度，結果見表2。

步驟4:建立單因素評判矩陣，即:

式中:rij表示按第i個評價指標進行評價時，ui屬于第j個等級vj的隸屬度。

表2 隸屬度向量表

步驟5:綜合評判

對于權重，即A= {a1，a2，…an}，本文采用層次分析法確定指標權重集，并綜合多位專家意見，得到權重集為A ={0.3 0.5 0.2 }。

以2008年為例進行綜合評價，指標向量矩陣為:

=(0.1885 0.5115 0.2766 0.0234 0 0 0)同理計算七星農場2006年—2009年結果向量，見表3。

2.3 結果分析

由表2可以看出，以2008年為例，若只考慮降雨距平百分率指標，七星農場發(fā)生偏旱的隸屬度為0.9220，處于正常的隸屬度為0.0780，根據最大隸屬度原則，七星農場2008年發(fā)生的是偏旱;若只考慮Z指標發(fā)生的是大旱;若只考慮旱澇指數(shù)發(fā)生的是重旱。通過采用模糊綜合評判法進行綜合評價后，得到的旱澇等級為大旱。據農墾建三江分局統(tǒng)計年鑒記載，2008年的氣候特點是持續(xù)高溫少雨，水資源不足，受旱范圍較廣。采用模糊綜合評判法計算得到的結果為大旱，這與實際情況相符，因此計算結果合理。

表3 結果向量計算表

同理，由表3的綜合評價結果可知，七星農場2006年發(fā)生偏旱的隸屬度為0.4508，正常的隸屬度為0.5429，根據最大隸屬度原則，該農場的旱澇等級為正常;2007年，該農場依舊處于正常等級;2009年，該農場由2008年的大旱天氣恢復法到正常等級;2010年，最大隸屬度為0.7901，處于正常的范圍內。

3 結論

本文利用農墾建三江分局七星農場1957—2010年的歷史氣象資料，計算逐年的降雨距平百分率，Z指標和旱澇指標，建立了基于模糊綜合評判法的旱澇等級模型，因篇幅有限，利用該模型對七星農場2006—2010年的旱澇等級進行評價，所得旱澇等級評價結果與實際情況相符，表明該模型用于該地區(qū)的旱澇等級評價是可行的。

［1］ 耿懷英，曹才瑞.自然災害與防災減災［M］.北京:氣象出版社，2005.

［2］ 趙清.基于灰色預測的建三江地區(qū)地下水變化趨勢研究［J］.水資源與水工程學報，2009，20(5):128－130，134.

［3］ 張強，鞠笑生，李淑華.三種干旱指標的比較和新指標的確定［J］.氣象科技，1998(2):48－52.

［4］ 王躍民，魯慧霞:劉璩瑜，等.3個不同旱澇指標劃分旱澇等級的比較研究［J］.資源與環(huán)境科學，2011(7):326－327，329.

［5］ 付強.數(shù)據處理方法及其農業(yè)應用［M］.北京:科學出版社，2006.