模糊決策理論視角下水資源配置的優(yōu)化分析

◎ 張曉麗　中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

模糊決策理論視角下水資源配置的優(yōu)化分析

◎ 張曉麗中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)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(qū)用水矛盾，平衡各個(gè)部門的用水需求。為了做好水資源配置優(yōu)化，需要利用模糊決策理論分析定量指標(biāo)和定性指標(biāo)對(duì)水資源社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行分析，本文以實(shí)際工程為例對(duì)模糊決策理論視角下水資源配置優(yōu)化分析進(jìn)行了探討，研究證明，方案評(píng)估結(jié)果具有較高的客觀性和可靠性，可以為相關(guān)案例提供參考。

模糊決策理論 水資源配置 優(yōu)化分析

水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，是維護(hù)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的必要物質(zhì)條件，分析水資源的可持續(xù)利用程度，評(píng)價(jià)和分析水資源綜合規(guī)劃后的社會(huì)效益和宏觀經(jīng)濟(jì)效益在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面意義重大。模糊決策理論下水資源配置優(yōu)化是在綜合考慮水資源配置現(xiàn)狀的前提下，綜合分析區(qū)域水資源的屬性和作用，評(píng)估此區(qū)域現(xiàn)狀配置和規(guī)劃配置基礎(chǔ)上水資源的綜合效率，判斷該水資源配置方案的優(yōu)劣性。

1.案例介紹

某河流流域使用的灌溉方式相對(duì)來說較為落后，一部分地區(qū)土壤程序了非常嚴(yán)重的鹽堿化問題，農(nóng)作的產(chǎn)量相對(duì)來說也比較低。為了提高水資源的利用率，需要根據(jù)該地區(qū)水資源的實(shí)際情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素、社會(huì)因素和生態(tài)因素的影響，對(duì)水資源進(jìn)行合理的配置，實(shí)現(xiàn)供水量最大化。共提出了三種建設(shè)方案，第一種方案為建設(shè)攔蓄水庫+地下水開采+建設(shè)水源調(diào)蓄池。第二種方案為建設(shè)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(shí)現(xiàn)水資源經(jīng)濟(jì)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(shí)還要盡可能降低對(duì)流域水循環(huán)造成的負(fù)面影響，保護(hù)流域生態(tài)環(huán)境。

（2）公平性。不同分區(qū)的用水部門要按照不同分區(qū)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)環(huán)境相協(xié)調(diào)的原則進(jìn)行取水，保證各個(gè)分區(qū)和用水部門水資源利用效益達(dá)到最大值。

（3）可持續(xù)性。要達(dá)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(duì)過度開發(fā)浪費(fèi)的情況，在達(dá)到居民基本生產(chǎn)、生活、生產(chǎn)以及流域水資源消耗量的基礎(chǔ)上，做好水資源的保護(hù)工作，保證流域水質(zhì)和水文循環(huán)的正常性。

3.水資源配置模型建立

3.1配置模型指標(biāo)體系建立的原則

（1）指標(biāo)體系框架。指標(biāo)體系主要包括指標(biāo)層、準(zhǔn)則層、目標(biāo)層三個(gè)部分。

①指標(biāo)層。指標(biāo)層為指標(biāo)體系最低單元，需要根據(jù)流域水資源情況對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行合理的配置，并建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

②準(zhǔn)則層。準(zhǔn)則層是指標(biāo)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(yōu)先程度、修正指數(shù)等進(jìn)一步的反映。

③目標(biāo)層。目標(biāo)層是指標(biāo)體系中的高級(jí)單元，要具體體現(xiàn)出流域和子區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、人口、環(huán)境的發(fā)展情況。

（2）指標(biāo)設(shè)計(jì)的基本原則。

①可應(yīng)用性、推廣性、可比性和科學(xué)性要統(tǒng)一。

②針對(duì)性和系統(tǒng)性要相互統(tǒng)一。

③空間性和時(shí)間性要結(jié)合。

④定量、定性要相結(jié)合。

⑤靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要結(jié)合。

⑥主導(dǎo)性、可操性、持續(xù)性要強(qiáng)。

⑦簡(jiǎn)潔性和聚合性要統(tǒng)一。

⑧完備性和獨(dú)立性要統(tǒng)一。

3.2模糊判斷矩陣的難點(diǎn)

模糊動(dòng)態(tài)判斷矩陣在使用過程中需要達(dá)到一致性要求，而一致性要求是達(dá)到模糊動(dòng)態(tài)AHP的難點(diǎn)。由于模糊動(dòng)態(tài)判斷矩陣應(yīng)用時(shí)，很難保證所有時(shí)間點(diǎn)都可以達(dá)到一致性條件要求。當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了比較多的改進(jìn)措施，且取得了一定的研究成果，但是這些方法應(yīng)用過程中比較復(fù)雜，并且很多方法還缺乏相應(yīng)的理論支持，應(yīng)用價(jià)值不高。實(shí)踐證明，專家給出的判斷矩陣雖然階數(shù)比較高，但是經(jīng)過幾個(gè)步驟的調(diào)整后一般都可以達(dá)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(biāo)優(yōu)度數(shù)值

3.3水資源優(yōu)化配置評(píng)估指標(biāo)體系建立

水資源評(píng)估指標(biāo)體系在構(gòu)建的過程中，調(diào)度模型的目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)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(xiàn)狀供水量約束即當(dāng)前不合理供水的具體情況。由于供水設(shè)施需要花費(fèi)較長的時(shí)間進(jìn)行建設(shè)，考慮到經(jīng)濟(jì)能力、用水習(xí)慣也無法立即改變，因此使用T.L.Satty提出的1～9標(biāo)度法，例如第j個(gè)因素相對(duì)于第i個(gè)因素來說非常重要，那么可以表示為分別代表 aijt的左右擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)：

假設(shè)有n個(gè)待選的方案和評(píng)價(jià)因素集M，通過對(duì)M進(jìn)行分解，將其劃分成m的子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)中都含有m1，m2，…，m3個(gè)評(píng)價(jià)因素，按照單層次模型優(yōu)選的基本原理，可以得出在i個(gè)分系統(tǒng)中，系統(tǒng)方案隸屬度最優(yōu)值一共有n個(gè)方案，然后在各分系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行更高層次的分析，可以設(shè)那么高層次優(yōu)屬度矩陣表示如下：

使用方根法將水資源優(yōu)化配置方案相對(duì)要素的優(yōu)度數(shù)值計(jì)算出來，按照層次分析法將各層次指標(biāo)所屬權(quán)重值計(jì)算出來，從而計(jì)算得出水資源配置各方案綜合優(yōu)度值，綜合優(yōu)度值越大則證明水資源配置方案越好。

3.4確定層次指標(biāo)權(quán)重

本文按照1～9標(biāo)度值法和專家咨詢法對(duì)比分析了河流流域水資源配置方案的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和一致性水平檢驗(yàn)后，可以求出流域中評(píng)估體系各層指標(biāo)的權(quán)重值。經(jīng)計(jì)算A層要素的權(quán)重值為1.0，B層要素權(quán)重值B1、B2、B3、B4相對(duì)于A層權(quán)重值分別為0.468、0.277、0.094、0.161，C層要素權(quán)重值C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8相對(duì)于B層權(quán)重值分別為0.165、0.539、0.296、0.668、0.332、1.000、0.331、0.669，C相對(duì)于A層權(quán)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(píng)估結(jié)果

本工程在構(gòu)建好模糊決策模型后，通過計(jì)算得出了水資源配置指標(biāo)優(yōu)度數(shù)值，如表1所示。從實(shí)際施工的角度來看，使用方案一進(jìn)行施工時(shí)，在開采地下水、建設(shè)地表連續(xù)水庫的同時(shí)，還修建了水庫調(diào)蓄池，方案最具可行性，并且投資規(guī)模適宜，對(duì)流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境有一定的保護(hù)作用。方案二僅僅建設(shè)攔蓄水庫會(huì)造成土地資源的占用，而且投入資金也比較大，方案三會(huì)有可能因?yàn)樗Y源過度開采造成地下水降落漏洞，對(duì)地區(qū)的環(huán)境健康造成不利影響。

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

5.結(jié)論

綜上所述，在使用模糊決策層對(duì)該流域的水資源配置方案進(jìn)行優(yōu)選評(píng)估后得到的結(jié)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(shí)有比較強(qiáng)的適用性，利用此模型不僅可以嚴(yán)密的進(jìn)行計(jì)算，而且計(jì)算結(jié)果明了清晰，對(duì)區(qū)域水資源配置方案的優(yōu)化方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1]馮耀龍,韓文秀,王宏江,等.面向可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2003(2)：133-138.

[2]張仁田.區(qū)域水資源可持續(xù)利用研究[D].南京：河海大學(xué),2004.

[3]蘇青.流域取水權(quán)初始分配研究[D].南京：河海大學(xué),2004.