李文賓，姚阿漫

(長安大學 環(huán) 境科學與工程學院，陜西 西 安710064)

河流作為流域內(nèi)城鄉(xiāng)居民生活、生產(chǎn)、灌溉用水的重要水源，其水資源系統(tǒng)的直接承載對象是區(qū)域社會經(jīng)濟系統(tǒng)，最終承載對象是人口及其生活質(zhì)量。合理的評價流域水資源承載力將為流域內(nèi)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供保障，對保護流域生態(tài)環(huán)境具有重要意義。流域水資源系統(tǒng)是非常復雜且具有不確定性的系統(tǒng)，對流域水資源承載力的評價方法主要有:多目標決策分析法、模糊評價法、主成分分析法、常規(guī)趨勢法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等。許鐘民利用多目標分析評價黑河流域水資源承載力。許有鵬、秦莉云利用模糊綜合評價分別對新疆和田河流域和淮河流域水資源承載力進行評價。傅湘采用主成分分析法研究區(qū)域水資源承載力評價［1－2］。本文采用物元分析法對瑪納斯河流域水資源承載力進行評價，以期對流域水資源的開發(fā)和水資源優(yōu)化配置提供參考，保障整個流域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的水安全。

1 模糊物元分析法

物元有“事物、特征、量值”三個要素，如果量值要素具有模糊性，則該物元就是模糊物元。模糊物元分析分為以下6個步驟［3］:

1)建立復合物元矩陣。如果事物有n個特征C1、C2……Cn，相應的量值為x1、x2……xn，這時則形成 n維物元。若有m 個事物 M1，M2，……，Mm，具有 n 個共同的特征 C1、C2……Cn及對應的模糊量值 x1、x2……xn，則構(gòu)成某個事物的 n維復合模糊物元。

2)建立從優(yōu)隸屬度模糊物元。為了將模糊物元矩陣變化為隸屬度矩陣，需要引用從優(yōu)原則，從優(yōu)原則的計算模式如下:

越大越優(yōu)的指標，其變換公式為:μij=xij/maxxij(2)

越小越優(yōu)的指標，其變換公式為:μij=minxij/xij(3)

越接近某個常數(shù)越優(yōu)的指標，其變換公式:μij=min(xij，u0)/max(xij，u0) (4)

根據(jù)計算公式可得到從優(yōu)隸屬度模糊物元Rμij。

3)建立標準模糊物元與差平方復合物元。模糊物元最終要依靠貼近度來判斷被評價對象與標準之間的關系，從而確定評價等級。因此需要構(gòu)造標準樣本n維模糊物元R0n，其中各項μ0i為Rμij內(nèi)評價樣本從優(yōu)隸屬度中的最大值。則差平方復合物RΔ元中各項:

Δij=(μ0i－μij) (5)

4)確定評價指標權(quán)重。變異系數(shù)法［4］是一種直接利用各項指標所包含的信息求權(quán)重的客觀賦權(quán)法。變異系數(shù)是衡量評價指標實測值變異程度的另一個統(tǒng)計量。由于流域水資源承載力的評價指標的量綱不同，所以變異系數(shù)采用標準差與平均數(shù)的比值(相對值)來比較。第i個評價指標的變異系數(shù)為:

其中:σi表示標準差，xi表示平均值。

其權(quán)重則為:

5)構(gòu)建貼近度復合模糊物元。歐氏貼近度表示了被評價樣本和標準間的接近程度，其值越大兩者越接近，反之，兩者接近程度差。歐氏貼近度復合模糊物元:

6)判定等級。根據(jù)以上計算出的各評價對象的歐氏貼近度和評價標準的歐氏貼近度，對其進行比較排序，根據(jù)其大小關系確定評價等級。

2 瑪納斯河水資源承載力模糊評價

2.1 流域概況

瑪納斯河流域位于新疆天山北麓的準噶爾盆地，東起塔西河，西至巴音溝河，南從天山分水嶺，北到瑪納斯湖，總面積約為1.76×104km。行政區(qū)包括昌吉州的瑪納斯縣，塔城地區(qū)的沙灣縣，石河子市，農(nóng)八師等。作為一條干旱區(qū)的內(nèi)流河，瑪納斯河流對流域內(nèi)的人民生活、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護提供了用水保障，瑪納斯河水資源承載力的評價對整個流域水資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2.2 流域水資源承載力評價指標體系

根據(jù)已有的研究成果，結(jié)合流域內(nèi)實際情況和評價指標的可獲取性，選取水資源利用率C1(%)、城市化率C2(%)、灌溉率 C3(%)、供水模數(shù) C4(104/km2)、缺水率 C5(%)、生態(tài)需水指數(shù)C6、和單位水量負荷C7(人/104m3)七個指標構(gòu)成評價流域水資源承載力的指標體系?，敿{斯河流域水資源承載力評價標準見表1。1級表示流域水資源承載力較強，2級表示流域水資源承載力為中等，3級表示流域水資源承載力較差，已接近飽和值，如果持續(xù)這種狀態(tài)，區(qū)域?qū)l(fā)生水資源短缺。

表1 瑪納斯河流域水資源承載力評價標準

本次研究選取2005、2010年和2015年作為評價年份，具體數(shù)據(jù)見表2。其中2010年作為現(xiàn)狀年，2005年作為對比年份，2015年數(shù)據(jù)為預測數(shù)據(jù)。

表2 瑪納斯河流域水資源承載力評價指標

2.3 計算過程

1)復合模糊物元矩陣

2)從優(yōu)隸屬度模糊物元

3)標準模糊物元與差平方復合物元

4)利用變異系數(shù)法由式(6)－(7)得個評價指標的權(quán)重為:

2.4 結(jié)果分析

由歐氏貼近度排序結(jié)果可看出，2005年瑪納斯河流域水資源綜合承載力屬于1級，2010年和2015年瑪納斯河流域水資源承載力屬于2級。但是，兩者雖都屬于2級的范疇，2010年更貼近2級，2015年有向3級貼近的趨勢，2010年瑪納斯河流域水資源承載力較2015年強。并將評價結(jié)果與文獻［5］的結(jié)果比較，結(jié)果相符。

3 結(jié)語

通過對瑪納斯河2005年、2010年和2015年的流域水資源承載力進行綜合評價，基于變異系數(shù)法的模糊物元分析解決了權(quán)重和分級邊界模糊的問題，能夠合理的評價流域水資源承載力。結(jié)果顯示，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，瑪納斯河流域的水資源開發(fā)程度在不斷加強，其開發(fā)利用也具有了相當?shù)囊?guī)模，流域水資源承載力呈下降趨勢。應當采取措施加強區(qū)域水資源開發(fā)利用規(guī)劃和管理，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化水資源配置，防止流域水資源發(fā)生短缺。

［1］許有鵬.干旱地區(qū)水資源承載力綜合評價［J］.自然資源學報.1993，8(3):229 －237.

［2］陳守煜.復雜水資源系統(tǒng)優(yōu)化模糊識別理論與應用［M］.吉林:吉林大學出版社.2002:281－283.

［3］蔡文.物元模型及應用［M］.北京:科學技術文獻出版社.1994.

［4］賈玲玲.條件變異系數(shù)的非參數(shù)估計方法［D］.濟南:山東大學.2006.

［5］趙寶峰.干旱區(qū)水資源特征及其合理開發(fā)模式研究—以瑪納斯河流域為例［D］.陜西:長安大學.2010.