摘要 我國實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略后，西部水資源開發(fā)利用問題變得越來越突出。為了弄清楚西部水資源開發(fā)利用存在的風(fēng)險現(xiàn)狀，本文在風(fēng)險概念的基礎(chǔ)上探討了水資源開發(fā)利用風(fēng)險概念和影響因素，并構(gòu)建了西部水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價指標(biāo)體系。根據(jù)水資源系統(tǒng)表現(xiàn)出多模態(tài)、突跳和發(fā)散的基本突變特征，論述了運(yùn)用突變理論評價水資源開發(fā)利用風(fēng)險具有一定的可行性，將突變理論引入到水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價中，對西部水資源開發(fā)利用風(fēng)險進(jìn)行評價。首先對各項(xiàng)風(fēng)險評價指標(biāo)按照重要性排序，并對各指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化；然后利用突變模型的歸一公式和突變模型的評價準(zhǔn)則進(jìn)行遞歸運(yùn)算，最后求出各層指標(biāo)相對風(fēng)險值（突變隸屬度），將評價結(jié)果與風(fēng)險等級對照，綜合判斷和分析各層各項(xiàng)指標(biāo)相對風(fēng)險狀況。計算結(jié)果表明：在西部12個省份中，各層指標(biāo)的風(fēng)險值差異顯著，但是水資源開發(fā)利用綜合風(fēng)險值分布在0.66-0.92之間，總體上屬于中高度風(fēng)險水平，12省份風(fēng)險從小到大排序?yàn)椋何鞑亍兾鳌貞c→四川→青海→云南→貴州→廣西→內(nèi)蒙→甘肅→新疆→寧夏，這一結(jié)果與西部12省份水資源開發(fā)利用實(shí)際狀況相符，可以為西部大開發(fā)過程水資源合理有效利用和管理提供風(fēng)險決策參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞西部；水資源；開發(fā)利用；風(fēng)險評價；突變理論

中圖分類號X37文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2013）

20世紀(jì)末，我國提出了西部大開發(fā)戰(zhàn)略，其目標(biāo)旨在縮小我國東西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的差異，使得我國國土經(jīng)濟(jì)和社會均衡發(fā)展與全面發(fā)展。我國西部地區(qū)共有12個?。ㄊ?、區(qū)），分為西北地區(qū)（陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)）和西南地區(qū)（四川省、貴州省、云南省、重慶市、西藏自治區(qū)和廣西壯族自治區(qū)）。西部地區(qū)土地面積為685萬km2，占總國土面積的71.4%，其水資源總量約15 000億m3，占全國水資源總量的54%。在西部地區(qū)中，西北與西南地區(qū)自然條件很不相同，多數(shù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平都同樣屬于低水平，各自水資源量多少都存在自己的水問題?？傮w來看，水資源主要集中在西南和西北山區(qū)，西南水多地少，西北水少地多，水土組合呈現(xiàn)出極不均衡的狀況，這種狀況制約著西部社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1-2]。西部地區(qū)經(jīng)過10余年的努力和發(fā)展，社會經(jīng)濟(jì)等各方面均得到了較快發(fā)展。相應(yīng)地水資源開發(fā)利用程度也不斷加大，表現(xiàn)為用水量迅速增長，水資源開發(fā)利用問題突出，如在西北地區(qū)，幾乎所有省份水資源開發(fā)利用程度高于全國平均水平（25.4%）。2009年，甘肅和內(nèi)蒙接近50%，新疆達(dá)到了70%，寧夏達(dá)到了800%，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界干旱區(qū)平均水資源利用為30%的水平[3]。這樣高強(qiáng)度的開發(fā)利用水資源已引起了水資源衰竭和生態(tài)惡化等問題，如河流水量銳減、河道斷流、內(nèi)陸湖面積縮小，我國最大內(nèi)陸河塔里木河下游斷流。為了實(shí)現(xiàn)西部水資源的可持續(xù)利用，以支撐經(jīng)濟(jì)西部經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，要正確認(rèn)識和評估西部水資源開發(fā)利用風(fēng)險，為水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供決策依據(jù)。本文利用突變理論開展西部12?。ㄊ?、區(qū)）水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價。

1水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價內(nèi)涵與方法

1.1水資源開發(fā)利用風(fēng)險概念及評價指標(biāo)

19世紀(jì)初，西方經(jīng)濟(jì)學(xué)家提出了“風(fēng)險”的概念，認(rèn)為風(fēng)險是商業(yè)活動的副產(chǎn)品，經(jīng)營者的收入是其為經(jīng)營活動承擔(dān)風(fēng)險的報酬。Willet認(rèn)為風(fēng)險是關(guān)于不期望發(fā)生的事件發(fā)生的不確定性的客觀體現(xiàn)[4]。20世紀(jì)30-40年代，人們開始研究風(fēng)險與可靠性問題，并運(yùn)用概率論研究機(jī)器設(shè)備的維修問題。后來風(fēng)險分析和可靠性理論不斷完善充實(shí)，逐漸形成了一門應(yīng)用科學(xué)。到了60年代，美國教授William從風(fēng)險可測算性出發(fā)，認(rèn)為風(fēng)險是在給定情況下和特定時間內(nèi)，可能發(fā)生結(jié)果之間的差異，并指出風(fēng)險可分為客觀風(fēng)險與主觀風(fēng)險，前者是實(shí)際存在的，后者是個人對客觀風(fēng)險的估計。80年代后，風(fēng)險分析進(jìn)入到定量化階段，并且風(fēng)險分析理論開始走進(jìn)各個學(xué)科領(lǐng)域，諸如社會學(xué)科、管理學(xué)科、醫(yī)學(xué)等。風(fēng)險的概念也隨認(rèn)識程度不同、專業(yè)角度不同而豐富多樣。

國外對水領(lǐng)域風(fēng)險與不確定性研究始于上世紀(jì)50年代，把風(fēng)險理論引入到水領(lǐng)域，從風(fēng)險概念、影響因素、表征指標(biāo)、評價準(zhǔn)則等方面開展研究，并將風(fēng)險分析應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，如洪水風(fēng)險分析、供水系統(tǒng)可靠性分析、工程風(fēng)險分析、風(fēng)險決策分析等，為水系統(tǒng)在風(fēng)險分析方面做出了重要貢獻(xiàn)[5-7]。近些年來，國內(nèi)學(xué)者將不確定性和風(fēng)險理論引入到水領(lǐng)域，對有關(guān)水利用的不確定性和風(fēng)險問題開展了很多研究，取得了顯著成就。目前與水有關(guān)的風(fēng)險定義很多，如防洪風(fēng)險、洪水風(fēng)險、供水風(fēng)險、工程性風(fēng)險、水環(huán)境風(fēng)險和水管理風(fēng)險等，由于研究問題和對象不同，風(fēng)險的定義有一定的差別。國內(nèi)學(xué)者對水系統(tǒng)的風(fēng)險研究更多地側(cè)重于風(fēng)險分析的應(yīng)用[8-11]。但迄今為止，對有關(guān)水利用風(fēng)險的內(nèi)涵還沒有一個明確而統(tǒng)一的定義。

由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，大規(guī)模開采水資源，引發(fā)了一系列的水資源和生態(tài)問題。另外，在水資源開發(fā)利用規(guī)劃和管理活動中，由于監(jiān)測不到位、認(rèn)識不科學(xué)及管理措施不當(dāng)?shù)龋绊懙焦┧亢退|(zhì)，有可能導(dǎo)致缺水、斷流和水源污染等水安全事故。這些影響因素和不利后果在開發(fā)利用過程中具有不確定性，需要對其進(jìn)行風(fēng)險研究。由于水資源系統(tǒng)不僅涉及系統(tǒng)本身，還涉及社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)相互作用、相互耦合構(gòu)成具有一定結(jié)構(gòu)和功能的開放性復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間、要素與外部環(huán)境之間不斷地進(jìn)行著物質(zhì)交換、能量傳輸和信息傳遞，所以水資源開發(fā)利用風(fēng)險概念是非常豐富的和復(fù)雜的。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從風(fēng)險內(nèi)涵和構(gòu)成要素的角度，認(rèn)為水資源開發(fā)利用風(fēng)險是指特定時空環(huán)境條件下，在水資源開發(fā)利用過程中，受各種不確定性因素影響，水資源系統(tǒng)可能產(chǎn)生不利事件造成不確定程度的損失。其研究對象是風(fēng)險事件成因和風(fēng)險事故概率以及事故對環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會構(gòu)成的不利影響和危害。這些不利事件有水資源枯竭、地下水位下降、水污染、生態(tài)功能退化、水土流失、土地荒漠化等。

水資源開發(fā)利用受到各種不確定因素的干擾，可概括為：自然不確定性因素和人類活動不確定性因素。自然不確定性因素主要指水資源系統(tǒng)外部環(huán)境變化（如氣候變化、太陽活動）以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化所引起的人類無法控制的自然現(xiàn)象給系統(tǒng)帶來的不確定性；人類活動不確定性因素主要指社會發(fā)展和人類認(rèn)識的局限性導(dǎo)致人類認(rèn)識和解決問題的能力受到約束或者導(dǎo)致人類無法把握和有效地控制人類社會的發(fā)展所引起的社會、經(jīng)濟(jì)、政治的變化對水資源開發(fā)利用造成的影響。不確定性因素較難考慮，然而可以從水資源開發(fā)利用的脆弱性、開發(fā)利用現(xiàn)狀和開發(fā)利用導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)生態(tài)環(huán)境等方面來考慮水資源開發(fā)利用風(fēng)險水平。因此，水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價從可操作角度，一般可以從水資源的稟賦條件狀況、水資源開發(fā)利用狀況、社會經(jīng)濟(jì)水平和生態(tài)環(huán)境狀況4個方面進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建和指標(biāo)選取，然后選取綜合評價方法對其計算并進(jìn)行結(jié)果分析。

杜朝陽等：西部水資源開發(fā)利用風(fēng)險現(xiàn)狀評價中國人口·資源與環(huán)境2013年第10期1.2水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價方法

目前，風(fēng)險評價方法有很多種，大致可分為兩類：（1）單因素控制的風(fēng)險評價方法，如直接積分法（DC）、蒙特卡羅法（MC）、一次二階矩法（FOSM）、均值一次二階矩法（MFOSM）、改進(jìn)一次二階矩法（AFOSM）和驗(yàn)算點(diǎn)法（JC）等，這些方法均屬于隨機(jī)理論方法，主要解決單目標(biāo)問題；（2）多因素控制的風(fēng)險評價方法，如基于模糊理論、灰色理論、未確知理論和熵理論的風(fēng)險評價方法，這些方法屬于綜合評價方法，主要解決多目標(biāo)、多約束條件的問題[8，11]。同樣，對于水資源開發(fā)利用風(fēng)險，根據(jù)研究問題的復(fù)雜性選擇相應(yīng)的方法進(jìn)行風(fēng)險評價，但是在選擇方法之前，要對此方法對水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價的可行性進(jìn)行論證。本文將引入突變理論的風(fēng)險評價方法。

2引入突變理論的風(fēng)險評價方法

2.1突變理論及突變評價方法

許多年來，自然界許多事物的連續(xù)的、漸變的、平滑的運(yùn)動變化過程，都可以用微積分的方法給以圓滿解決。但在自然界和社會中存在著大量突變和躍遷現(xiàn)象，如地震、細(xì)胞分裂、戰(zhàn)爭和經(jīng)濟(jì)危機(jī)等，這種狀況無法用微積分?jǐn)?shù)學(xué)進(jìn)行描述，迫使數(shù)學(xué)家研究不連續(xù)性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論。1972年，法國數(shù)學(xué)教授Rene Thom創(chuàng)立了突變理論，用拓?fù)鋵W(xué)、奇點(diǎn)和穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)理論來研究自然界和社會現(xiàn)象中的各種形態(tài)、結(jié)構(gòu)的非連續(xù)性突變，系統(tǒng)而明確地闡明了突變理論，從而奠定了突變理論的基礎(chǔ)，這標(biāo)志著突變理論的正式誕生[12-13]。突變評價方法屬于突變理論的適用性應(yīng)用，是指將觀察到的突變現(xiàn)象帶入某一數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行數(shù)據(jù)計算及評價。突變評價方法優(yōu)點(diǎn)：不采用指標(biāo)權(quán)重，而是根據(jù)各指標(biāo)在歸一公式中的地位和機(jī)制決定各指標(biāo)相對重要性，定性與定量相結(jié)合，從而減少主觀性又不失科學(xué)性和合理性，評價結(jié)果客觀、準(zhǔn)確、計算簡便，不要求樣本數(shù)大于變量數(shù)，其應(yīng)用范圍廣泛[14-15]。

在水資源系統(tǒng)中，隨著外部環(huán)境和內(nèi)部要素發(fā)生變化，系統(tǒng)某些狀態(tài)漸變到一定程度，連續(xù)性就會破壞，水資源系統(tǒng)自組織機(jī)制顯得格外活躍，打破原有的系統(tǒng)平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了質(zhì)變飛躍。在這個過程中，水資源系統(tǒng)表現(xiàn)出多模態(tài)（系統(tǒng)隨時出現(xiàn)穩(wěn)定和非穩(wěn)定狀態(tài)）、突跳（連續(xù)性就會破壞，出現(xiàn)間斷點(diǎn)）和發(fā)散（控制變量數(shù)值的微小變化卻可能導(dǎo)致狀態(tài)變量終值的很大變化），這些特征屬于突變的基本特征，因此，運(yùn)用突變理論評價水資源開發(fā)利用風(fēng)險具有可行性。

2.2突變評價方法簡介

（1）初等突變類型。 突變理論通過對系統(tǒng)的勢函數(shù)將其臨界點(diǎn)分類，研究各種類型臨界點(diǎn)附近非連續(xù)性變化狀態(tài)的特征，按其幾何形狀概括，有7種性質(zhì)不同的基本類型[16]（見表1）。

表中V（x）表示勢函數(shù)，勢函數(shù)的變量有兩類：①狀態(tài)變量x，y，表示系統(tǒng)的行為狀態(tài)；②控制變量a，b，c，d，可把它視為影響系統(tǒng)行為狀態(tài)的因素?？梢钥闯?，每種突變類型都是由一個勢函數(shù)決定的，平衡曲面為滿足勢函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)（或兩個一階偏導(dǎo)數(shù)）為零的所有點(diǎn)的集合；某一類型的突變過程可以通過其相應(yīng)的平衡曲面來描述。同時，可能出現(xiàn)性質(zhì)不同的不連續(xù)構(gòu)造的數(shù)目與狀態(tài)變量數(shù)目無關(guān)，而主要取決于控制變量的數(shù)目。

另外，由表1可以看出，這7種初等突變類型的控制變量維數(shù)均不大于4，但實(shí)際中，研究對象較為復(fù)雜，多數(shù)情況下，控制變量維數(shù)（評價中為評價指標(biāo)數(shù)）遠(yuǎn)超過4個，這就限制了突變理論的應(yīng)用，為此需要對初等突變類型進(jìn)行擴(kuò)展。文獻(xiàn)[17]已將其控制變量維數(shù)由4維擴(kuò)展到n維，從而擴(kuò)大了突變理論應(yīng)用條件和范圍。

（2）歸一公式。 在實(shí)際評價中，最常用的初等突變類

經(jīng)過歸一化處理后，狀態(tài)變量和控制變量的取值范圍均為0-1，稱其為突變模糊隸屬度函數(shù)。突變模型中各控制變量對狀態(tài)變量的作用，是根據(jù)突變模型內(nèi)在的矛盾對立統(tǒng)一關(guān)系由模型本身確定的，各控制變量對狀態(tài)變量的影響有主次之分，主要控制變量在前，次要控制變量在后，如圖1。

根據(jù)評價內(nèi)容和指標(biāo)選取需要，對控制變量維數(shù)可以進(jìn)行適當(dāng)拓展，以滿足評價要求。

（3）突變評價準(zhǔn)則。 利用突變理論進(jìn)行綜合分析與評價時，視實(shí)際問題性質(zhì)不同而采用3種不同評價準(zhǔn)則[19]。

a. 非互補(bǔ)準(zhǔn)則。當(dāng)系統(tǒng)控制變量之間的作用不可互相替代，不可相互彌補(bǔ)其不足時，則按照“大中取小”原則取值，即從諸控制變量（a，b，c，d）相應(yīng)的突變級數(shù)值中選取最小值作為系統(tǒng)的x值，即x=min{xa，xb，xc，xd}。

b. 互補(bǔ)準(zhǔn)則。若系統(tǒng)的各控制變量之間可相互彌補(bǔ)不足時，可以使x值達(dá)到較高的平均值，即取控制變量（a，b，c，d）所對應(yīng)的xa，xb，xc，xd的平均值。

c. 過閾互補(bǔ)準(zhǔn)則。系統(tǒng)的各控制變量必須達(dá)到某一閾值后才能互補(bǔ)。

從理論上可以證明，只有遵循上述原則，才能滿足突變理論中分歧方程的要求。另外，為避免非互補(bǔ)準(zhǔn)則可能丟棄主導(dǎo)因素，從而影響到上層指標(biāo)，使得評價結(jié)果失去應(yīng)有的公正性和科學(xué)合理性，可以采取以下兩種方法處理：①舍棄次要的且影響小的因素，選擇公正合理的控制變量；②限制各控制變量評分的相對高低，淡化次要控制變量，突出起主導(dǎo)作用的控制變量[18]。

3引入突變理論的水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價步驟結(jié)合水資源開發(fā)利用風(fēng)險概念、影響因素和主要水資源問題，應(yīng)用突變理論進(jìn)行水資源利用風(fēng)險評價，具體過程如下：

（1）構(gòu)造評價指標(biāo)體系，根據(jù)水資源開發(fā)利用風(fēng)險評價概念和內(nèi)容、風(fēng)險因子的內(nèi)在作用關(guān)系及指標(biāo)選擇的原則和目的，對風(fēng)險評價目標(biāo)進(jìn)行多層次分解（目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層），建立評價指標(biāo)體系，按照指標(biāo)重要性將風(fēng)險評價指標(biāo)排序。

（2）確定底層評價指標(biāo)的分值，對指標(biāo)（控制變量）數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)一化。 由于各個指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)取值量級和度量單位不盡相同，數(shù)據(jù)之間沒有可比性。因此，為了使指標(biāo)之間具有可比性，在使用突變歸一化公式之前，根據(jù)綜合評判的要求，采用模糊數(shù)學(xué)的方法產(chǎn)生一種多維的、取值在[0，1]之間的模糊隸屬函數(shù)值。

對于正向指標(biāo)，其值越大越好，那么指標(biāo)值的模糊隸屬度為