水資源管理多屬性決策與風(fēng)險(xiǎn)分析理論方法及應(yīng)用探析

王 磊

（山東東營(yíng)市水利局，山東東營(yíng) 257091）

在新時(shí)期發(fā)展過程中，水資源危機(jī)問題已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大因素，甚至成為世界性發(fā)展的難題之一。在人類大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展理念的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)水資源危機(jī)的重視程度，不斷實(shí)現(xiàn)水資源的健康、持續(xù)性利用。關(guān)注水資源短缺、洪澇災(zāi)害、環(huán)境污染等問題；構(gòu)建專業(yè)化、綜合化的水資源管理體系，促進(jìn)水資源的協(xié)調(diào)性管理；通過完善水資源可持續(xù)利用的指標(biāo)體系，采取多屬性決策與風(fēng)險(xiǎn)分析理論方法；具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高維空間降維理論與方法應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與完善，高維數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析已經(jīng)投入使用。在解決一些實(shí)際問題過程中，數(shù)據(jù)的維數(shù)比較高，并且其演變過程受到各種因素的影響與制約，為了減少無用信息的影響，在初始認(rèn)識(shí)問題過程中，必須具備“廣納變?cè)彼枷?，因此采用多元分析方法已成為普遍趨?shì)。但是這一過程中遇到的實(shí)際問題也不容忽視，那就是隨著維數(shù)的不斷增多，計(jì)算難度越來越大。例如，當(dāng)維數(shù)有所增加之后，數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)就會(huì)變多，但是散落在高維空間的樣本點(diǎn)較為稀疏；因此，當(dāng)前必須采取一定的措施與方法，解答多維問題。

（1）實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)與劃分，將需要研究的系統(tǒng)劃分為若干個(gè)維數(shù)偏少的子系統(tǒng)，然后再一一處理。

（2）有關(guān)非線性的多維問題，可考慮渾濁優(yōu)化、遺傳算法等方式。

（3）現(xiàn)代多元統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用范圍有所不同，一般可將統(tǒng)計(jì)方法運(yùn)用于指標(biāo)的篩選中。但是以水資源管理的指標(biāo)分類來看，采取聚類分析方法效果不佳[1～2]。一般可以根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的性質(zhì)、特征等，對(duì)指標(biāo)實(shí)行分類，結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，如果采取主成分分析方法，在水資源管理中應(yīng)用較為合適。

2 主成分分析理論與方法應(yīng)用

2.1 主成分分析方法的基本思路

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)來說，可以作為指標(biāo)變量來應(yīng)用，不同的變量反映了指標(biāo)的不同信息，并且在變量之間出現(xiàn)相關(guān)性、重疊性管理。通過采取多元統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)多變量問題進(jìn)行分析，如果變量過多，可能提高計(jì)算量與計(jì)算難度，過于復(fù)雜。但是人們往往希望以最少的變量獲得最多的信息，采取主成分分析方法，則可較好地解決這一問題。因此，在水資源管理的多屬性決策中，對(duì)某一具體指標(biāo)反映的變量比較多，而這些變量之間同時(shí)存在了起到支配作用的有效變量[3]。

2.2 主成分分析方法的計(jì)算

對(duì)于主成分分析的理論，可以通過數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行描述，具體分析如下。

分別設(shè)置n個(gè)指標(biāo)，為X1、X2、X3…，Xn，這些指標(biāo)分別反映了各個(gè)對(duì)象的特征，因此每個(gè)對(duì)象相應(yīng)的指標(biāo)值就是樣本值，定義為n維向量；假設(shè)共有m個(gè)n維向量，那么以矩陣表示如下：

在公式（1）中，每一行數(shù)據(jù)就是一個(gè)具體方案的指標(biāo)，以統(tǒng)計(jì)學(xué)來看，主成分分析的思路為：已知獲得數(shù)據(jù)矩陣，則尋找能夠客觀反映n個(gè)指標(biāo)的線性函數(shù)：

通過這種方法，客觀反映各個(gè)指標(biāo)的變化[4～5]。

主要成分分析的運(yùn)用，可劃分為以下兩大步驟：首先，獲得樣本中協(xié)方差矩陣（V）；其次，計(jì)算該矩陣中，最大特征根（λ）以及相應(yīng)的象征向量（α），即：

也就是需要計(jì)算的主成分分量。

3 水資源管理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.1 理論分析

有關(guān)水資源管理水平的評(píng)價(jià)，可有效保障水資源的利用效率，提高區(qū)域水資源的利用效果，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)優(yōu)化生態(tài)環(huán)境建設(shè)。因此，構(gòu)建有效的指標(biāo)體系，必須奠定在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，盡量選擇對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展影響較大的因素。在發(fā)展過程中，離不開資源消耗問題，而考慮到水資源的稀缺現(xiàn)狀，必須加強(qiáng)對(duì)水資源使用效率的關(guān)注，提高發(fā)展的協(xié)調(diào)性；對(duì)于不同行業(yè)來說，使用水資源應(yīng)該保障適度性，而評(píng)價(jià)過程也可通過用水定額來體現(xiàn)[6]。

3.2 構(gòu)建指標(biāo)體系的原則

對(duì)于區(qū)域性的用水指標(biāo)來說，在選擇過程中應(yīng)主要遵循以下原則。

（1）重要性。對(duì)于反映問題來說，指標(biāo)并不是單一化的，有些指標(biāo)發(fā)生變化之后，可能無法正常反映用水水平的評(píng)價(jià)結(jié)果。如果這些目標(biāo)繼續(xù)保留或使用，將影響綜合評(píng)價(jià)正確性。

（2）完整性。為了對(duì)不同時(shí)間、不同地區(qū)的用水水平進(jìn)行綜合與合理的評(píng)價(jià)，所選擇的指標(biāo)應(yīng)該將整個(gè)指標(biāo)空間完全覆蓋，確保指標(biāo)的完整性。

（3）必要性。對(duì)于選擇的指標(biāo)來說，并不是數(shù)量越多就越好，如果各個(gè)指標(biāo)之間存在較高的相關(guān)度，那么就會(huì)加大信息冗余量，也將對(duì)用水水平產(chǎn)生影響。因此在篩選指標(biāo)過程中，應(yīng)將不必要的指標(biāo)剔除。

（4）可比性。對(duì)于選擇的指標(biāo)，可能分布在不同的時(shí)間、不同的區(qū)域，因此選擇指標(biāo)應(yīng)注意確保其時(shí)間段、區(qū)域的可比性，再加上完善的評(píng)價(jià)方法，才能更好地規(guī)避決策風(fēng)險(xiǎn)，提高決策科學(xué)性[7]。

（5）可操作性。所謂可操作性，一方面強(qiáng)調(diào)指標(biāo)體系的適應(yīng)性，不得采用過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式；另一方面強(qiáng)調(diào)指標(biāo)具有定量和定性雙重特征，但是對(duì)于一些定性指標(biāo)來說，如果不能實(shí)現(xiàn)量化處理，則不宜在指標(biāo)體系中應(yīng)用，以免對(duì)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果造成影響。

3.3 水資源配置方案的評(píng)價(jià)

對(duì)于水資源管理的多屬性決策與風(fēng)險(xiǎn)分析來說，衡量一個(gè)評(píng)價(jià)方案好壞關(guān)鍵在于最終效應(yīng)水平，如經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、社會(huì)效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)等；同時(shí)又可將每一個(gè)指標(biāo)劃分為若干等級(jí)，充分考慮技術(shù)方案的可行性；因此可以說，水資源規(guī)劃方案就是一個(gè)多指標(biāo)的評(píng)選過程，即多屬性決策問題，而相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法也具有綜合性特征。對(duì)于體現(xiàn)方案好壞的各項(xiàng)綜合指標(biāo)來說，如技術(shù)可靠性指標(biāo)、社會(huì)效應(yīng)指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境指標(biāo)等，都屬于定性指標(biāo)形式，但是定性指標(biāo)經(jīng)常出現(xiàn)各種問題，原因分析如下。

（1）人們的認(rèn)知水平具有一定限度，但是指標(biāo)自身難以量化處理。

（2）對(duì)于個(gè)別指標(biāo)來說，如果實(shí)現(xiàn)量化過程，需要付出一定成本，而針對(duì)一些方案中的評(píng)價(jià)問題，往往不劃算。

（3）在評(píng)價(jià)過程中，一些指標(biāo)不需要再進(jìn)行量化，否則過分的強(qiáng)調(diào)定量化問題，可能反而對(duì)結(jié)果造成影響。但是如果采取定性指標(biāo)方式，可能評(píng)價(jià)結(jié)果更加適宜。例如，在評(píng)價(jià)某個(gè)區(qū)域是否實(shí)現(xiàn)了“節(jié)水型社會(huì)”的目標(biāo)，就需要制定一套完備的考核指標(biāo)方案，將指標(biāo)運(yùn)用到實(shí)際工作中，但是注意避免指標(biāo)數(shù)量的片面性，既要對(duì)社會(huì)節(jié)水效果產(chǎn)生積極作用，也要避免浪費(fèi)人力、財(cái)力。

從大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，與水資源管理相關(guān)的評(píng)價(jià)主要集中于水質(zhì)評(píng)價(jià)、水利工程評(píng)價(jià)、水災(zāi)害評(píng)價(jià)等方面，同時(shí)也包括了區(qū)域性、流域性的水資源可持續(xù)利用，可采取AHP、模糊綜合、灰色關(guān)聯(lián)度等評(píng)價(jià)方法，或者通過若干方法的耦合之后，獲得相應(yīng)方法。若想較好地改善定性問題，選用模糊綜合評(píng)價(jià)方法較為適宜，但是在綜合評(píng)價(jià)水問題過程中，卻存在諸多不足之處，主要由于在水資源評(píng)價(jià)方案中，涉及到各方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而每一個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)的設(shè)置并非易事[8]。真正解決問題，必須尋找有益方法，并實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，既可處理定性指標(biāo)，又可保障可操作性。

4 結(jié)論與思考

當(dāng)前，雖然我國(guó)在水資源管理的多屬性決策和風(fēng)險(xiǎn)分析中，已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但是從具體實(shí)踐與應(yīng)用方面來看，仍存在一些問題有待深入探究。

（1）對(duì)于決策分析問題，必須對(duì)未來進(jìn)行客觀、精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)。當(dāng)前有關(guān)水問題的預(yù)測(cè)研究成果較多，計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)理論等廣泛應(yīng)用，如遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，但是有關(guān)區(qū)域用水、供水等預(yù)測(cè)，還沒有涉足，在實(shí)際應(yīng)用過程中，也缺乏被認(rèn)可的技術(shù)支持。

（2）有關(guān)區(qū)域水資源可持續(xù)利用的相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，當(dāng)前尚未完全建立，尤其在評(píng)價(jià)指標(biāo)的定量化處理方面，研究成果偏少。

（3）在評(píng)價(jià)模型中，涉及到諸多不確定因素，過去在指標(biāo)不確定性方面的研究比較多，但是在決策環(huán)境不確定度方面卻很少提及。在水利工程可靠性、洪水災(zāi)害等研究中，風(fēng)險(xiǎn)問題集中體現(xiàn)，而區(qū)域水資源規(guī)劃的不確定性、風(fēng)險(xiǎn)性卻有待完善。

（4）確定水資源管理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括系統(tǒng)構(gòu)建、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、多屬性決策等，但是多方面融合的研究并不多，系統(tǒng)性有待加強(qiáng)。

（5）有關(guān)新理論、新方法的研究比較少。雖然近年來的應(yīng)用數(shù)學(xué)較為深入和廣泛，并且出現(xiàn)了各種理論和方法，如系統(tǒng)科學(xué)理論、渾濁算法、智能決策系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、物元可拓集理論以及粗糙集理論等。同時(shí)，數(shù)學(xué)建模和計(jì)算工具的應(yīng)用也在不斷完善，都在水資源管理方面提供了十分有利的條件，但是實(shí)際應(yīng)用過程中，卻沒有獲得實(shí)效性的成果。

[1]陳繼光.水資源管理中的多指標(biāo)灰區(qū)間數(shù)關(guān)聯(lián)決策模型[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2011（17）

[2]趙立明.流域水資源調(diào)配評(píng)價(jià)決策支持系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用研究[A].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院:水文學(xué)及水資源，2006

[3]徐志偉.基于多屬性決策的城市水資源分配方案的選擇[J].城市發(fā)展研究,2011（6）

[4]陳思源.水資源利用倫理與城市水資源管理決策優(yōu)化[J].城市發(fā)展研究,2010（3）

[5]鄒進(jìn).水資源管理中模糊多屬性決策問題研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2006（4）

[6]楊婷,陳海濤.粗糙集理論在水資源管理群決策中的應(yīng)用[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2010（6）

[7]邱林,余玉敏.區(qū)間數(shù)多屬性決策在水資源管理中的應(yīng)用[J].人民黃河,2008（7）

[8]金磊.基于雙重不確定性理論的水資源決策系統(tǒng)研究[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào),2010（4）