基于環(huán)境模糊集的新疆水文水資源系統(tǒng)淺析

黃松嶺

（新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊水文勘測(cè)局，新疆 烏魯木齊 830000）

傳統(tǒng)水文學(xué)著重考慮水文現(xiàn)象的特定水文概念的準(zhǔn)確性，往往會(huì)忽視或不重視模糊性分析，影響了對(duì)往常表述水文特征的完整性。需要知道的是完整表達(dá)水文系統(tǒng)的特征，只肯定“非彼即它”并不意味著完整，還應(yīng)該在合適的時(shí)空條件下肯定“即彼且它”的存在，否則將會(huì)對(duì)研究方法論造成致命缺陷[1]。因而，水文水資源的模糊集分析是十分有必要的，有利于促進(jìn)水文科學(xué)的進(jìn)步。比如研究河流年徑流既要觀察到流域內(nèi)的水文現(xiàn)象，同時(shí)也要注意區(qū)域內(nèi)的自然地理環(huán)境和植被覆蓋條件等因素的影響[2]。在分析年徑流變化的隨意性的同時(shí)，還要注意把握年徑流豐水期和枯水期的模糊性，這樣可以在計(jì)算年徑流量及年內(nèi)分配的準(zhǔn)確性過程中，有利于建立考慮明確性分析，同時(shí)顧及隨意和模糊性的分析，保證理論系統(tǒng)的嚴(yán)格[3]。本文主要針對(duì)新疆地區(qū)基于環(huán)境模糊集的水文水資源系統(tǒng)進(jìn)行分析探究。

1 環(huán)境模糊集概述

1.1 環(huán)境模糊集

環(huán)境模糊理論以及方法系統(tǒng)是我國著名水資源學(xué)家、工程模糊專家陳守煜先生提出并建立的。陳守煌先生在二十世紀(jì)八十年代創(chuàng)建了一批新學(xué)科——模糊水文水資源學(xué)，自九十年代以后又相繼建立了工程模糊理論，不僅可以用在水文水資源學(xué)科，而且能夠廣泛地應(yīng)用在其他技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)。二十一世紀(jì)開始，陳守煜先生又在工程模糊理論為基礎(chǔ)的前提下建立了可變模糊的理論和方法?？勺兡：侠碚摷捌涓耪撓到y(tǒng)是如今水文學(xué)科最先進(jìn)的研究成果，標(biāo)志著模糊水文學(xué)科已經(jīng)由開創(chuàng)走向發(fā)展、實(shí)際應(yīng)用的新階段[5]。環(huán)境模糊理論包括對(duì)立模糊定義、相對(duì)比例函數(shù)定義、相對(duì)屬于函數(shù)定義、相對(duì)相差函數(shù)定義、模糊集合可變定義等，其方法理論系統(tǒng)包括模糊聚合循環(huán)更迭模型、模糊識(shí)別可變模型、多層次模糊優(yōu)選模型、模糊識(shí)別可變優(yōu)選模型等。傳統(tǒng)模糊學(xué)中的隸屬度及屬于函數(shù)都是絕對(duì)的，定義的缺點(diǎn)是概念的惟一性與不能完整地反映模糊論的基本特質(zhì)——中介過渡原則[6]。而且如今對(duì)于如何科學(xué)合理地運(yùn)用、符合實(shí)際地確定模糊系統(tǒng)中每個(gè)因素對(duì)于概念的屬于程度還沒有突破性進(jìn)展。陳守煜先生在傳統(tǒng)屬于度及屬于函數(shù)的定義基礎(chǔ)上，進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，確定了相對(duì)屬于度及相對(duì)屬于函數(shù)的定義。這體現(xiàn)在定義上就更加準(zhǔn)確、完整，而且消除了確定屬于度、屬于函數(shù)中長期存在的“主觀隨意性”的懷疑。

1.2 理論適用范圍

我國模糊水文水資源學(xué)以及可變模糊理論與模型都還處在發(fā)展萌芽階段，多數(shù)還是用在水質(zhì)測(cè)評(píng)、水資源評(píng)價(jià)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防洪工程系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、冰凌警報(bào)等方面。像陳守煜先生等將其中的相對(duì)屬于度理論和模型在地下水水質(zhì)測(cè)評(píng)中進(jìn)行了應(yīng)用、研宄；李亞偉等應(yīng)用模糊集合識(shí)別從而解決環(huán)境的綜合承載能力；于雪峰等將模糊類聚循環(huán)更迭模型應(yīng)用在“模糊類聚更迭洪水災(zāi)難度數(shù)劃分”中；陳守煜先生等將可變模糊理論及模糊可變模型識(shí)別應(yīng)用在水庫防洪統(tǒng)測(cè)調(diào)度，將模糊識(shí)別優(yōu)選與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PB 法相結(jié)合應(yīng)用在水資源水質(zhì)測(cè)評(píng)及冰凌預(yù)警中?？紤]到地區(qū)水利規(guī)劃對(duì)環(huán)境的影響是模糊的，其環(huán)境綜合評(píng)價(jià)影響屬于水利方面的多層次多屬性的相關(guān)決策問題，而可變模糊理論及其模型相對(duì)于其它評(píng)價(jià)方法的可靠性，使得可對(duì)其理論及其模型在地區(qū)水利規(guī)劃環(huán)境綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中應(yīng)用的試探性探討。

2 基于環(huán)境模糊集的水文水資源建設(shè)分析

2.1 平均權(quán)重計(jì)算方法

平均權(quán)重法能夠簡(jiǎn)單處理各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)對(duì)模糊概念的影響性，忽視各指標(biāo)之間所存在的誤差。當(dāng)參數(shù)指標(biāo)超過一定標(biāo)準(zhǔn)或參數(shù)指標(biāo)的影響性不具備明顯差別時(shí)，尤其是當(dāng)參數(shù)指標(biāo)L 為全系數(shù)時(shí)，可以運(yùn)用等權(quán)重法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

但當(dāng)指標(biāo)數(shù)目不足且參數(shù)指標(biāo)的影響性具備顯著差別時(shí)，就不適合依據(jù)相對(duì)差別函數(shù)模型得到的相對(duì)屬于度矩陣料作為評(píng)價(jià)中L 項(xiàng)參數(shù)關(guān)于L 個(gè)級(jí)別的權(quán)重矩陣X 系數(shù)采用該理論中的計(jì)算方法對(duì)區(qū)域內(nèi)水資源可持續(xù)利用的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行測(cè)評(píng)。

其中包含二元比較模糊分析、級(jí)別特殊值法和相對(duì)屬于度法。

2.2 指標(biāo)系統(tǒng)及等級(jí)層次的建立

DRASTIC 方法選取地下水脆弱性影響最大的7 個(gè)主要因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中D、R、T、C 可以直接進(jìn)行測(cè)量，分別被化為7,5,5,6 個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)著指標(biāo)值的一個(gè)區(qū)間范圍，這個(gè)范圍被賦予1～10 之間的定額，如表1 所示。而A、S、I 是不可直接測(cè)量的，根據(jù)其介質(zhì)類別劃分為不同的類型，每個(gè)類型給定一個(gè)1～10 之間的定額。

表1 指標(biāo)D、R、T、C 的分級(jí)及定額

3 結(jié)果分析和評(píng)價(jià)

依據(jù)新疆區(qū)域內(nèi)水資源利用的總體要求，結(jié)合生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、水資源分布狀況，生物分布帶和水土利用條件，新疆區(qū)域水利建設(shè)的重心是：北疆區(qū)域水資源開發(fā)條件良好，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地實(shí)行禁牧政策，進(jìn)一步作為生態(tài)草原的存在；對(duì)天山北麓、阿爾泰山山地實(shí)行季節(jié)性放牧政策，保護(hù)好當(dāng)?shù)刭Y源環(huán)境。水利工程建設(shè)的特點(diǎn)是著重開發(fā)和利用區(qū)域內(nèi)主要河流的水資源，從而達(dá)到生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡，改善和修復(fù)大自然的目的。面對(duì)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡劣的高寒山區(qū)，需要實(shí)施生態(tài)移民。在水文水資源開發(fā)建設(shè)過程中，提高管理工作質(zhì)量可以保證工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

表2 參數(shù)指標(biāo)級(jí)別區(qū)間值

根據(jù)表2 參數(shù)指標(biāo)級(jí)別對(duì)新疆地區(qū)水文水資源進(jìn)行級(jí)別評(píng)價(jià)，我們可以看出參數(shù)指標(biāo)不同級(jí)別之間的差異，1 級(jí)明顯要比其他級(jí)別更穩(wěn)定，平衡度更好。其次是2 級(jí)，最差是3 級(jí)，指標(biāo)之間波動(dòng)落差極大。

4 結(jié)語

基于環(huán)境模糊集的水文水資源系統(tǒng)在計(jì)算和模糊相結(jié)合的基礎(chǔ)上，對(duì)河流水質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且水質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)層次中具備模糊性，保障其在理論與實(shí)踐上都具有指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。水資源不僅是影響自然系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，更是人類社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的重要組成結(jié)構(gòu)，與人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的周遭變化都有著緊密聯(lián)系，因此水文水資源系統(tǒng)不僅需要具備水文系統(tǒng)中的隨意性和模糊性，更需要具備影響人類社會(huì)和生態(tài)環(huán)境當(dāng)中所具備的特殊性，具備廣泛的研究前景和重要現(xiàn)實(shí)意義。