基于灰色聚類的區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)

胡 凱

(滄州水利物資供應(yīng)處,河北 滄州 061001)

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水安全問(wèn)題進(jìn)行了廣泛的探討和研究[1,5],并采用不同的方法和模型對(duì)地區(qū)或流域進(jìn)行水安全評(píng)價(jià),如多層次模糊評(píng)價(jià)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、集對(duì)分析法、風(fēng)險(xiǎn)分析方法、層次分析法、模糊物元分析法、優(yōu)化方法等。水資源-生態(tài)-社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),具有信息不確定、不完備的特點(diǎn),屬于灰色系統(tǒng),文中將利用灰色聚類方法,對(duì)滄州區(qū)域水資源(供水)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 灰色聚類方法

設(shè)有n個(gè)聚類對(duì)象,記為 1#,2#,3#,… ,n;m個(gè)聚類指標(biāo),記為 1,2,3,… ,m;S個(gè)不同灰類,記為Ⅰ ,Ⅱ ,Ⅲ ,…,S;dij為第i個(gè)聚類對(duì)象對(duì)于第j個(gè)聚類指標(biāo)的樣本值,所有聚類對(duì)象對(duì)于所有聚類指標(biāo)的樣本值即為以dij為元素的矩陣：

fjk(dij)(k=Ⅰ ,Ⅱ ,Ⅲ ,… ,S;i=1#,2#,3#,… ,n;j=1,2,3,… ,m)為第 i個(gè)聚類對(duì)象的第 j個(gè)聚類指標(biāo)的樣本值相對(duì)于第k個(gè)灰類的白化權(quán)函數(shù),根據(jù)dij將對(duì)象i歸入灰類k之中,稱為灰色聚類。稱為灰色聚類權(quán)矩陣。

2 基于灰色聚類的水資源安全評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

水資源安全評(píng)價(jià)對(duì)象不僅涉及水資源本身,而是包括水資源-生態(tài)-社會(huì)經(jīng)濟(jì)整個(gè)系統(tǒng),因此,影響水資源安全評(píng)價(jià)的因素很多,既包括自然因素,也包括社會(huì)因素和經(jīng)濟(jì)因素。對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的描述,一個(gè)可行的辦法就是建立一套指標(biāo)體系,通過(guò)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的外部進(jìn)行描述,從而將復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化、量化,抽象出事物內(nèi)部的本質(zhì)變化規(guī)律和聯(lián)系,以涵蓋復(fù)雜系統(tǒng)特征的綜合信息[7]。

滄州地處華北平原東部,屬濱海平原,海河水系,分為黑龍港、滹沱、清南、運(yùn)東4個(gè)3級(jí)分區(qū)。根據(jù)水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選擇原則,參考前人的研究成果[8～11],并結(jié)合滄州的具體情況,從水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境3個(gè)方面初步海選出指標(biāo),然后利用主觀預(yù)斷、理論分析和頻度統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行篩選,最后建立滄州區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見(jiàn)表 1。

表1 滄州區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與指標(biāo)值

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)及白化權(quán)函數(shù)

為了對(duì)區(qū)域水資源安全性做出綜合評(píng)價(jià),必須首先對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)。目前有關(guān)水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),而且其內(nèi)涵與外延對(duì)于不同學(xué)者的理解也并不完全相同[1～2]。滄州屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)之一,因此,將其評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為“(基本)安全”、“不安全”、“極不安全”3個(gè)等級(jí)。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性以及對(duì)區(qū)域水資源安全的影響程度,借鑒現(xiàn)有的研究成果[1,11],確定出表 1中的15個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和閾值(見(jiàn)表 2),其相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如表3所示。

2.3 現(xiàn)狀年份水資源安全評(píng)價(jià)

滄州區(qū)域4個(gè)3級(jí)分區(qū)頻率P=50%年份的水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)樣本值如表1所示[11],將評(píng)價(jià)指標(biāo)樣本值代入相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)求出其相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)值 fjk(dij),由式(2)求出標(biāo)定聚類權(quán),并代入式(1)求出灰色聚類權(quán)系數(shù),構(gòu)成聚類權(quán)系數(shù)1矩陣,如表4所示。根據(jù)聚類權(quán)系數(shù)最大原則即可確定出水資源安全所屬的等級(jí)(灰類)。由評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,滄州區(qū)域4個(gè) 3級(jí)分區(qū)頻率P=50%的年份水資源安全(供水)形勢(shì)非常嚴(yán)峻,4個(gè)分區(qū)均處于不安全狀態(tài),其中滹沱和運(yùn)東兩區(qū)處于極不安全狀態(tài)。

表2 水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

表3 白化權(quán)函數(shù)fk(dij)

表4 滄州區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

水資源(供水)安全狀態(tài)是在對(duì)區(qū)域水資源特征、開(kāi)發(fā)利用狀況以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和生態(tài)環(huán)境對(duì)水資源的需求程度等供需諸方面進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)多因素綜合分析與評(píng)價(jià)而得出的結(jié)論,它反映了區(qū)域水資源系統(tǒng)對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的支撐能力。通過(guò)對(duì)滄州區(qū)域水資源(供水)安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)可以看出,滄州區(qū)域水資源(供水)安全形勢(shì)非常嚴(yán)峻,這與環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的建設(shè)、河北經(jīng)濟(jì)的崛起特別是滄州經(jīng)濟(jì)崛起的要求是極不相適應(yīng)的,因此,通過(guò)增加水資源量、實(shí)施節(jié)水型社會(huì)建設(shè)以及提高用水效率等各種綜合措施提高區(qū)域水資源的承載力,是保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的根本途徑。

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