基于模糊決策理論的水資源優化配置方案評估探析

馬桂英

（新疆克孜爾水庫管理局新疆拜城842000）

基于模糊決策理論的水資源優化配置方案評估探析

馬桂英

（新疆克孜爾水庫管理局新疆拜城842000）

本文構建了基于模糊決策理論的水資源優化配置方案評估模型，通過分析流域的水資源現狀、水資源利用效率、區域防洪水平以及經濟社會等方面的指標優度數值，從而優選最佳的水資源配置方案。實例表明，該模型可有效降低評估優選過程中的主觀因素，方案評估結果客觀可靠，可為相關案例提供參考。

模糊決策理論；層次分析法；水資源配置；方案評估

1 引言

水資源優化配置方案旨在充分考慮區域水資源配置現狀的基礎上，依據合理高效、公平的原則，由經濟、社會以及生態環境等角度出發，綜合分析區域水資源的不同作用與屬性。同時對該區域水資源配置在生態環境、生活以及生產中的配置合理性以及滿足程度進行探析，從而實現評估該區域規劃配置與現狀配置條件下的水資源綜合效益值，進而判別該水資源配置方案的優劣程度，闡明其與規劃水平年水資源配置標準的變化趨勢合理程度[1]。近年來，多目標評估方法在水資源優化配置方案優選中應用廣泛，層次分析法因其可將主觀判別與抽象思維數量化與規范化，從而使得評估過程的計算簡潔明了，并在很大程度上降低了不確定要素的影響程度，強化了決策思維的一致性[2]。鑒此，本文通過數量化新疆渭干河流域水資源優化配置方案中各項指標，從而探究模糊決策理論在水資源配置方案評估中的適用性。

2 模糊決策理論層次分析模型構建

2.1 水資源優化配置評估指標體系建立

可根據被評估的水資源優化配置方案來選定各評估層次的準則要素，從而構建評估指標體系，并運用層次分析法來為各評估體系指標賦值權重[3]。采用專家咨詢法對各層級指標實施客觀評判，依據1～9標度法來為各評估指標間的重要性程度定量賦值[4]。同時，結合專家咨詢意見建立判別矩陣，并進行一致性水平檢驗。可采取方根法求得各指標的相對權重值E，計算如下:

式中，aij表示判別矩陣A各要素；n表示矩陣的階數。

2.2 模糊決策模型構建

可通過模糊一致性矩陣來優選水資源配置方案，組要包括如下步驟：

（1）構建優先級別關系矩陣Ak=（rijk）m×m，(k=1,2,…，n)其中，（rijk）m×m應滿足如式2所示條件[5]，

（2）可將上述矩陣Ak轉化為模糊一致性矩陣[6]，如式(3)所示，

（3）依據方根法可求得水資源優化配置方案Ai相對要素rk的優度數值vik，具體可由式4計算[7]，

（4）依據層次分析法可求得各層級的指標所屬權重值[8]，從而可計算水資源配置各方案的綜合優度數值Vi，具體計算如式5所示，

式中，ωi表示第i個指標要素的權重值。其中，Vi值越大則表示該水資源配置方案越優秀。

3 模型實例應用與分析

以新疆渭干河流域為例，采用上述構建的評估模型優選該流域水資源配置方案。經現場調研及歷史資料分析可知，該流域水資源時空分配呈現明顯的春旱夏澇趨勢，流域農業灌溉方式相對落后，部分區域土壤鹽堿化問題突出，農作物產量相對較低。新疆渭干河流域屬于典型的大陸性干旱氣候區，因此，選取該流域實施水資源優化配置方案的優選探析具有典型的代表性意義。

在充分考慮新疆渭干河流域氣候條件以及地理環境因素的前提下，依據該地區水資源分配實際情況，將經濟、社會以及生態要素融入該流域的水資源綜合配置規劃中，從而提出如下水資源配置方案：①在該地區修建地表攔蓄水庫，此作為第一種方案；②在修筑地表攔蓄水庫的同時，加大區域地下水的開采力度，此作為第二種方案；③在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，興建水源調蓄池，此作為第三種方案。針對上述方案的評估指標體系可如表1所示。

3.1 層次指標權重確定

依據1～9標度值法以及專家咨詢法，對新疆渭干河流域的水資源配置方案各層指標實施對比，在通過一致性水平檢驗以及矩陣運算之后，可求得該流域水資源評估體系各層級指標的權重值。該流域水資源優化配置方案各層級指標權重值如表2所示。

3.2 優先關系矩陣構建

通過測定及對比各水資源配置方案層級指標，可構建涵蓋新疆渭干河流域水質現狀、水量現狀、地下水變化現狀、水資源損耗率、地表水使用效率、防洪水平、工程耗資以及單位水量開采成本在內的指標評估矩陣Ak（k=1,2,…,8），將矩陣Ak轉化為模糊矩陣Bk，具體如下表示：

表1 水資源配置方案評估指標體系

表2 流域水資源優化配置方案各層級指標權重值

表3 水資源配置方案指標優度數值

3.3 水資源配置方案優選評估

依據式4可求得水資源配置各方案指標的優度數值，計算結果如表3所示。

3.4 水資源配置方案評估結果

依據表3計算所得的水資源配置方案評估指標優度數值可知，采用方案三在水質及水量指標方面明顯優于方案二級方案一，而方案三的其余各項評估指標的優度數值相較于其余兩方案均屬于折中水平。

依據式5以及表2中指標優度數值數據，可計算方案一、方案二以及方案三的綜合優度數值分別為：0.319，0.322以及0.359，V3=0.359＞V2＞V1，即V3在加權后的綜合優度數值最大，說明方案三優于方案一與方案二，方案三即為該流域水資源配置的最優化方案。究其原因，方案三在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，通過興建水資源調蓄池來協助地表攔蓄水庫調配水源，從而實現了區域地表水與地下水資源的科學統一調配使用。針對方案一而言，修建單一的地表攔蓄水庫將占用大面積土地資源，因此其工程耗資過大。對于方案二而言，針對區域地下水資源的過度開采，可能引發區域地下水降落漏斗，對流域的地質條件以及生態環境造成負面影響。綜合而言，第三種水資源配置方案，即在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，興建水源調蓄池，無論在對流域生態環境的維護以及方案實施的可行性、投資規模適度性方面均優于其余兩種方案。

通過上述計算與論證分析可知，采取基于模糊決策理論的層次分析模型計算上述三種水資源配置方案，計算結果同論證分析結論一致，說明該方法與模型適用于水資源配置方案的論證優選。

4 結語

通過建立新疆渭干河流域水資源配置方案優選評估指標體系，采取構建的模糊決策層次分析模型評估流域的水資源配置方案，并將計算結果同綜合論證分析結論比較，結果說明基于模糊理論的層次分析模型在水資源優化配置方案的優選中具有較強的適用性。該模型具有較好的嚴密性且計算過程簡潔明了，有效克服了方案比選的主觀影響，對區域水資源優化配置方案的優選具有一定借鑒價值。陜西水利

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（責任編輯：暢妮）

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