模糊決策理論視角下水資源配置的優化分析

◎ 張曉麗　中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

模糊決策理論視角下水資源配置的優化分析

◎ 張曉麗中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

水資源的合理配置可以有效降低河道上游和下游分區用水矛盾，平衡各個部門的用水需求。為了做好水資源配置優化，需要利用模糊決策理論分析定量指標和定性指標對水資源社會效益、經濟效益和生態環境效益進行分析，本文以實際工程為例對模糊決策理論視角下水資源配置優化分析進行了探討，研究證明，方案評估結果具有較高的客觀性和可靠性，可以為相關案例提供參考。

模糊決策理論 水資源配置 優化分析

水資源是人類賴以生存的基礎，是維護社會進步和發展的必要物質條件，分析水資源的可持續利用程度，評價和分析水資源綜合規劃后的社會效益和宏觀經濟效益在促進社會經濟發展方面意義重大。模糊決策理論下水資源配置優化是在綜合考慮水資源配置現狀的前提下，綜合分析區域水資源的屬性和作用，評估此區域現狀配置和規劃配置基礎上水資源的綜合效率，判斷該水資源配置方案的優劣性。

1.案例介紹

某河流流域使用的灌溉方式相對來說較為落后，一部分地區土壤程序了非常嚴重的鹽堿化問題，農作的產量相對來說也比較低。為了提高水資源的利用率，需要根據該地區水資源的實際情況，綜合考慮經濟因素、社會因素和生態因素的影響，對水資源進行合理的配置，實現供水量最大化。共提出了三種建設方案，第一種方案為建設攔蓄水庫+地下水開采+建設水源調蓄池。第二種方案為建設攔截水庫，第三種方案為攔蓄水庫+地下水開采，

2.水資源合理配置基本原則

（1）有效性。有效性指的是實現水資源經濟效益的最大化。確保用水部門水資源利用的邊際效益保持效益最大化。同時還要盡可能降低對流域水循環造成的負面影響，保護流域生態環境。

（2）公平性。不同分區的用水部門要按照不同分區生態環境、經濟效益、社會環境相協調的原則進行取水，保證各個分區和用水部門水資源利用效益達到最大值。

（3）可持續性。要達到不同用水部門和水資源代際間公平分配的基本要求，反對過度開發浪費的情況，在達到居民基本生產、生活、生產以及流域水資源消耗量的基礎上，做好水資源的保護工作，保證流域水質和水文循環的正常性。

3.水資源配置模型建立

3.1配置模型指標體系建立的原則

（1）指標體系框架。指標體系主要包括指標層、準則層、目標層三個部分。

①指標層。指標層為指標體系最低單元，需要根據流域水資源情況對目標層進行合理的配置，并建立相應的評價標準。

②準則層。準則層是指標體系中間單元，主要是流域水資源的用水水平、支撐能力、政策因素和優先程度、修正指數等進一步的反映。

③目標層。目標層是指標體系中的高級單元，要具體體現出流域和子區域經濟、社會、資源、人口、環境的發展情況。

（2）指標設計的基本原則。

①可應用性、推廣性、可比性和科學性要統一。

②針對性和系統性要相互統一。

③空間性和時間性要結合。

④定量、定性要相結合。

⑤靜態和動態要結合。

⑥主導性、可操性、持續性要強。

⑦簡潔性和聚合性要統一。

⑧完備性和獨立性要統一。

3.2模糊判斷矩陣的難點

模糊動態判斷矩陣在使用過程中需要達到一致性要求，而一致性要求是達到模糊動態AHP的難點。由于模糊動態判斷矩陣應用時，很難保證所有時間點都可以達到一致性條件要求。當前已經出現了比較多的改進措施，且取得了一定的研究成果，但是這些方法應用過程中比較復雜，并且很多方法還缺乏相應的理論支持，應用價值不高。實踐證明，專家給出的判斷矩陣雖然階數比較高，但是經過幾個步驟的調整后一般都可以達到一致性要求。不管是什么類型的判斷矩陣都可以使用此方法從近似性矩陣改造成一致性矩陣。

表1　水資源配置方案之指標優度數值

3.3水資源優化配置評估指標體系建立

水資源評估指標體系在構建的過程中，調度模型的目標為實現供水效益最大化，約束條件有供水量約束、即供水量等于或者低于可以開采的水量；需水量約束即供水量超過需求量，現狀供水量約束即當前不合理供水的具體情況。由于供水設施需要花費較長的時間進行建設，考慮到經濟能力、用水習慣也無法立即改變，因此使用T.L.Satty提出的1～9標度法，例如第j個因素相對于第i個因素來說非常重要，那么可以表示為分別代表 aijt的左右擴展，隨著的值不斷增加，判斷起來就越模糊，相反判斷起來就越清晰。

滿足下述標準：

假設有n個待選的方案和評價因素集M，通過對M進行分解，將其劃分成m的子系統，每一個子系統中都含有m1，m2，…，m3個評價因素，按照單層次模型優選的基本原理，可以得出在i個分系統中，系統方案隸屬度最優值一共有n個方案，然后在各分系統評價結果的基礎上進行更高層次的分析，可以設那么高層次優屬度矩陣表示如下：

使用方根法將水資源優化配置方案相對要素的優度數值計算出來，按照層次分析法將各層次指標所屬權重值計算出來，從而計算得出水資源配置各方案綜合優度值，綜合優度值越大則證明水資源配置方案越好。

3.4確定層次指標權重

本文按照1～9標度值法和專家咨詢法對比分析了河流流域水資源配置方案的各項指標，對各項指標進行矩陣運算和一致性水平檢驗后，可以求出流域中評估體系各層指標的權重值。經計算A層要素的權重值為1.0，B層要素權重值B1、B2、B3、B4相對于A層權重值分別為0.468、0.277、0.094、0.161，C層要素權重值C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8相對于B層權重值分別為0.165、0.539、0.296、0.668、0.332、1.000、0.331、0.669，C相對于A層權重值分別為E1=0.075、E2=0.241、E3=0.142、E4=0.186、E5=0.091、E6=0.094、E7=0.052、E8=0.109。

4.水資源配置方案評估結果

本工程在構建好模糊決策模型后，通過計算得出了水資源配置指標優度數值，如表1所示。從實際施工的角度來看，使用方案一進行施工時，在開采地下水、建設地表連續水庫的同時，還修建了水庫調蓄池，方案最具可行性，并且投資規模適宜，對流域內生態環境有一定的保護作用。方案二僅僅建設攔蓄水庫會造成土地資源的占用，而且投入資金也比較大，方案三會有可能因為水資源過度開采造成地下水降落漏洞，對地區的環境健康造成不利影響。

通過使用模糊決策理論模型對制定的三種水資源配置方案進行分析和計算后得到的結果和實際結論一致，說明在進行水資源配置時，使用模糊決策分析模型進行計算和分析是可行的。

5.結論

綜上所述，在使用模糊決策層對該流域的水資源配置方案進行優選評估后得到的結果和綜合論證方案一致，證明模糊決策理論模型在選擇水資源配置方案時有比較強的適用性，利用此模型不僅可以嚴密的進行計算，而且計算結果明了清晰，對區域水資源配置方案的優化方面具有較高的應用價值。

[1]馮耀龍,韓文秀,王宏江,等.面向可持續發展的區域水資源優化配置研究[J].系統工程理論與實踐,2003(2)：133-138.

[2]張仁田.區域水資源可持續利用研究[D].南京：河海大學,2004.

[3]蘇青.流域取水權初始分配研究[D].南京：河海大學,2004.