水資源短缺風險的可變模糊評價方法與應用

(遼寧師范大學地理科學學院 遼寧 大連 116000)

一、引言

目前，社會迅速發展，對于水資源的需求不斷提高，很多國家的水資源短缺問題日益突出，亟待解決。我國是一個干旱缺水嚴重的國家。雖然我國的淡水資源總量約為2.8×104億m3，占全球總量的6%，水資源總量位居世界第六，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印尼。但人均占有量只有2.3×103m3，居于世界第110位[1]。600多個城市中有過半的城市嚴重缺水，這給我國經濟帶來了極大的損失。嚴重阻礙了國家發展的步伐。因此，節約水資源、提出應對水資源短缺問題的措施已經刻不容緩。對水資源的可持續發展具有重要意義。

二、大連市概況

大連地理位置優越，處于遼東半島最南端。東經20°58'-123°31'，北緯38°43'-40°10'，東瀕黃海，西臨渤海，處于環渤海地區的圈首，作為京津的門戶，北依中國東北的遼寧省、吉林省、黑龍江省和內蒙古自治區廣大腹地，南與中國山東半島隔海相望，與日本、韓國、朝鮮和俄羅斯遠東地區相鄰。隨著大連市經濟的快速發展，人們對于水資源的需求量大幅度增長，這樣的水資源量根本不足以維持一個正處于快速城市化發展的城市。隨著社會經濟的發展和人口的增長，再加上水體污染，水資源短缺已成為大連經濟可持續發展的制約因素。因此對大連市進行水資源短缺風險評價對于水資源的合理利用、區域的持續發展都具有重大意義。

三、研究方法

(一)可變模糊識別理論的概念與模型

設論域U上的模糊概念，對U上的任意元素u，u∈U,u具有吸引性質A的相對隸屬度為μA(u)，具有排斥性質A'的相對隸屬度μA'(u)。

其中：μA(u)∈[0，1]，μA'(u)∈[0，1]，且滿足：

μA(u)+μA'(u)=1

(1)

根據可變模糊識別模型μA(u)的計算結果，運用級別特征值公式，確定大連市水資源短缺風險所屬等級。公式如下：

Hj=(1,2...,c)·jU

(2)

式中：H表示大連市水資源短缺風險系數等級；h表示水資源短缺風險評價指標特征值所屬等級[2]。

四、大連市水資源短缺風險評價

(一)指標權重的確定

首先根據評價指標判斷其為越大越優還是越小越優并結合公式數據進行歸一化處理，得到歸一化判斷矩陣B，計算求得fij，求取各個指標的熵值，得到各個指標的權重如表1所示：

表1 大連市水資源短缺風險評價指標的權重

(二)構建可變模糊評價模型

步驟一：根據分級評價指標標準值區間可得大連市水資源各級指標標準值區間矩陣Iab:

步驟二：依據標準區間矩陣Iab構造變動區間的范圍值矩陣Icd:

步驟三：根據對指標i的物理分析與實際情況確定指標級別的矩陣M:

步驟四：依據評價指標的實測值，判斷X區間內任意點的量值x落入點M左側或右側，并對矩陣Iab、Icd、M中的對應數據計算,并計算指標i級別h的相對隸屬度矩陣μA(u)。在此，本文以2007年的指標為例計算指標i級別h的相對隸屬度。根據數據知2007年樣本1(j=1,2,…,5)的特征值向量為[3]：

x=(788.6,28.71,6.38,5.37,2.98,3.91,39,4.82,13350,42579)=(xij)

式中i=1,2,…10為指標序號，對于樣本1指標1，已知x11=788.6,由矩陣Iab可見，x11落入Ⅱ級區間[800,600],據此可先求指標1對Ⅱ級的相對隸屬度。M12=800,788.6落于M12右側。由公式(11)，求得相對隸屬度為0.9715。同理再算x11=788.6對于Ⅰ級、Ⅲ級得相對隸屬度分別為0.4715和0.0285，又因為只有相鄰兩級才有隸屬度，所以Ⅳ級、Ⅴ級得相對隸屬度為0。于是樣本1指標1屬于級別h的相對隸屬度向量為μA(x11)=(0.4715，0.9715，0.0285，0，0)，為了使各級的相對隸屬度之和為，對其作歸一化處理，即μA(x11)=(0.320，0.660，0.019，0，0)。同理，分別計算剩下的9個指標對于級別h的相對隸屬度，則可以得到2007年各指標對于級別h的歸一化相對隸屬度矩陣。應用可變模糊模型，求得α，p四種參數組合下樣本1對級別h(h=1,2,...,5)的綜合相對隸屬度。由上述四種模型參數組合下的級別特征值可知2007年樣本的級別特征值的平均值為H=3.15,評價結果為Ⅲ級，即2007年的水資源短缺風險等級為中等風險。類似的依據上述方法分別計算2008年、2009年、2010年和2011年的級別特征值的平均值，并對各年進行逐一評價。綜上根據各年的相對隸屬度矩陣經計算得出的綜合隸屬度的平均值分別為3.150、3.358、3.323、2.864和2.957，對照評價標準，由此得出各年的水資源短缺風險都為Ⅲ級或接近Ⅲ級。

五、結論

綜上得到的結果知2007年-2009年水資源短缺等級為Ⅲ級，2010年和2011年水資源短缺等級為Ⅱ級。水資源是人類賴以生存發展不可或缺的物質基礎，更是一個國家或地區經濟社會發展的一項重要資源。可見大連市水資源短缺狀況亟待解決。對于改善水資源短缺現象可以從提高對海水的充分利用、提高對中水和雨水的利用率、爭取實現工業用水的“零排放”、建立完善居民水價制度等方面進行改善。