水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的可變模糊評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用

(遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 遼寧 大連 116000)

一、引言

目前，社會(huì)迅速發(fā)展，對(duì)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(gè)干旱缺水嚴(yán)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(gè)城市中有過半的城市嚴(yán)重缺水，這給我國經(jīng)濟(jì)帶來了極大的損失。嚴(yán)重阻礙了國家發(fā)展的步伐。因此，節(jié)約水資源、提出應(yīng)對(duì)水資源短缺問題的措施已經(jīng)刻不容緩。對(duì)水資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

二、大連市概況

大連地理位置優(yōu)越，處于遼東半島最南端。東經(jīng)20°58'-123°31'，北緯38°43'-40°10'，東瀕黃海，西臨渤海，處于環(huán)渤海地區(qū)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(nèi)蒙古自治區(qū)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(yuǎn)東地區(qū)相鄰。隨著大連市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于水資源的需求量大幅度增長(zhǎng)，這樣的水資源量根本不足以維持一個(gè)正處于快速城市化發(fā)展的城市。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，再加上水體污染，水資源短缺已成為大連經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。因此對(duì)大連市進(jìn)行水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于水資源的合理利用、區(qū)域的持續(xù)發(fā)展都具有重大意義。

三、研究方法

(一)可變模糊識(shí)別理論的概念與模型

設(shè)論域U上的模糊概念，對(duì)U上的任意元素u，u∈U,u具有吸引性質(zhì)A的相對(duì)隸屬度為μA(u)，具有排斥性質(zhì)A'的相對(duì)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(jù)可變模糊識(shí)別模型μA(u)的計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用級(jí)別特征值公式，確定大連市水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)所屬等級(jí)。公式如下：

Hj=(1,2...,c)·jU

(2)

式中：H表示大連市水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)等級(jí)；h表示水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值所屬等級(jí)[2]。

四、大連市水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(一)指標(biāo)權(quán)重的確定

首先根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷其為越大越優(yōu)還是越小越優(yōu)并結(jié)合公式數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化判斷矩陣B，計(jì)算求得fij，求取各個(gè)指標(biāo)的熵值，得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重如表1所示：

表1 大連市水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

(二)構(gòu)建可變模糊評(píng)價(jià)模型

步驟一：根據(jù)分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間可得大連市水資源各級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣Iab:

步驟二：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間矩陣Iab構(gòu)造變動(dòng)區(qū)間的范圍值矩陣Icd:

步驟三：根據(jù)對(duì)指標(biāo)i的物理分析與實(shí)際情況確定指標(biāo)級(jí)別的矩陣M:

步驟四：依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值，判斷X區(qū)間內(nèi)任意點(diǎn)的量值x落入點(diǎn)M左側(cè)或右側(cè)，并對(duì)矩陣Iab、Icd、M中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算,并計(jì)算指標(biāo)i級(jí)別h的相對(duì)隸屬度矩陣μA(u)。在此，本文以2007年的指標(biāo)為例計(jì)算指標(biāo)i級(jí)別h的相對(duì)隸屬度。根據(jù)數(shù)據(jù)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(biāo)序號(hào)，對(duì)于樣本1指標(biāo)1，已知x11=788.6,由矩陣Iab可見，x11落入Ⅱ級(jí)區(qū)間[800,600],據(jù)此可先求指標(biāo)1對(duì)Ⅱ級(jí)的相對(duì)隸屬度。M12=800,788.6落于M12右側(cè)。由公式(11)，求得相對(duì)隸屬度為0.9715。同理再算x11=788.6對(duì)于Ⅰ級(jí)、Ⅲ級(jí)得相對(duì)隸屬度分別為0.4715和0.0285，又因?yàn)橹挥邢噜弮杉?jí)才有隸屬度，所以Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)得相對(duì)隸屬度為0。于是樣本1指標(biāo)1屬于級(jí)別h的相對(duì)隸屬度向量為μA(x11)=(0.4715，0.9715，0.0285，0，0)，為了使各級(jí)的相對(duì)隸屬度之和為，對(duì)其作歸一化處理，即μA(x11)=(0.320，0.660，0.019，0，0)。同理，分別計(jì)算剩下的9個(gè)指標(biāo)對(duì)于級(jí)別h的相對(duì)隸屬度，則可以得到2007年各指標(biāo)對(duì)于級(jí)別h的歸一化相對(duì)隸屬度矩陣。應(yīng)用可變模糊模型，求得α，p四種參數(shù)組合下樣本1對(duì)級(jí)別h(h=1,2,...,5)的綜合相對(duì)隸屬度。由上述四種模型參數(shù)組合下的級(jí)別特征值可知2007年樣本的級(jí)別特征值的平均值為H=3.15,評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)，即2007年的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等風(fēng)險(xiǎn)。類似的依據(jù)上述方法分別計(jì)算2008年、2009年、2010年和2011年的級(jí)別特征值的平均值，并對(duì)各年進(jìn)行逐一評(píng)價(jià)。綜上根據(jù)各年的相對(duì)隸屬度矩陣經(jīng)計(jì)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(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由此得出各年的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)都為Ⅲ級(jí)或接近Ⅲ級(jí)。

五、結(jié)論

綜上得到的結(jié)果知2007年-2009年水資源短缺等級(jí)為Ⅲ級(jí)，2010年和2011年水資源短缺等級(jí)為Ⅱ級(jí)。水資源是人類賴以生存發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要資源?？梢姶筮B市水資源短缺狀況亟待解決。對(duì)于改善水資源短缺現(xiàn)象可以從提高對(duì)海水的充分利用、提高對(duì)中水和雨水的利用率、爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)工業(yè)用水的“零排放”、建立完善居民水價(jià)制度等方面進(jìn)行改善。