馬桂英

（新疆克孜爾水庫管理局新疆拜城842000）

基于模糊決策理論的水資源優(yōu)化配置方案評估探析

馬桂英

（新疆克孜爾水庫管理局新疆拜城842000）

本文構(gòu)建了基于模糊決策理論的水資源優(yōu)化配置方案評估模型，通過分析流域的水資源現(xiàn)狀、水資源利用效率、區(qū)域防洪水平以及經(jīng)濟社會等方面的指標優(yōu)度數(shù)值，從而優(yōu)選最佳的水資源配置方案。實例表明，該模型可有效降低評估優(yōu)選過程中的主觀因素，方案評估結(jié)果客觀可靠，可為相關(guān)案例提供參考。

模糊決策理論；層次分析法；水資源配置；方案評估

1 引言

水資源優(yōu)化配置方案旨在充分考慮區(qū)域水資源配置現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，依據(jù)合理高效、公平的原則，由經(jīng)濟、社會以及生態(tài)環(huán)境等角度出發(fā)，綜合分析區(qū)域水資源的不同作用與屬性。同時對該區(qū)域水資源配置在生態(tài)環(huán)境、生活以及生產(chǎn)中的配置合理性以及滿足程度進行探析，從而實現(xiàn)評估該區(qū)域規(guī)劃配置與現(xiàn)狀配置條件下的水資源綜合效益值，進而判別該水資源配置方案的優(yōu)劣程度，闡明其與規(guī)劃水平年水資源配置標準的變化趨勢合理程度[1]。近年來，多目標評估方法在水資源優(yōu)化配置方案優(yōu)選中應(yīng)用廣泛，層次分析法因其可將主觀判別與抽象思維數(shù)量化與規(guī)范化，從而使得評估過程的計算簡潔明了，并在很大程度上降低了不確定要素的影響程度，強化了決策思維的一致性[2]。鑒此，本文通過數(shù)量化新疆渭干河流域水資源優(yōu)化配置方案中各項指標，從而探究模糊決策理論在水資源配置方案評估中的適用性。

2 模糊決策理論層次分析模型構(gòu)建

2.1 水資源優(yōu)化配置評估指標體系建立

可根據(jù)被評估的水資源優(yōu)化配置方案來選定各評估層次的準則要素，從而構(gòu)建評估指標體系，并運用層次分析法來為各評估體系指標賦值權(quán)重[3]。采用專家咨詢法對各層級指標實施客觀評判，依據(jù)1～9標度法來為各評估指標間的重要性程度定量賦值[4]。同時，結(jié)合專家咨詢意見建立判別矩陣，并進行一致性水平檢驗?？刹扇》礁ㄇ蟮酶髦笜说南鄬?quán)重值E，計算如下:

式中，aij表示判別矩陣A各要素；n表示矩陣的階數(shù)。

2.2 模糊決策模型構(gòu)建

可通過模糊一致性矩陣來優(yōu)選水資源配置方案，組要包括如下步驟：

（1）構(gòu)建優(yōu)先級別關(guān)系矩陣Ak=（rijk）m×m，(k=1,2,…，n)其中，（rijk）m×m應(yīng)滿足如式2所示條件[5]，

（2）可將上述矩陣Ak轉(zhuǎn)化為模糊一致性矩陣[6]，如式(3)所示，

（3）依據(jù)方根法可求得水資源優(yōu)化配置方案Ai相對要素rk的優(yōu)度數(shù)值vik，具體可由式4計算[7]，

（4）依據(jù)層次分析法可求得各層級的指標所屬權(quán)重值[8]，從而可計算水資源配置各方案的綜合優(yōu)度數(shù)值Vi，具體計算如式5所示，

式中，ωi表示第i個指標要素的權(quán)重值。其中，Vi值越大則表示該水資源配置方案越優(yōu)秀。

3 模型實例應(yīng)用與分析

以新疆渭干河流域為例，采用上述構(gòu)建的評估模型優(yōu)選該流域水資源配置方案。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研及歷史資料分析可知，該流域水資源時空分配呈現(xiàn)明顯的春旱夏澇趨勢，流域農(nóng)業(yè)灌溉方式相對落后，部分區(qū)域土壤鹽堿化問題突出，農(nóng)作物產(chǎn)量相對較低。新疆渭干河流域?qū)儆诘湫偷拇箨懶愿珊禋夂騾^(qū)，因此，選取該流域?qū)嵤┧Y源優(yōu)化配置方案的優(yōu)選探析具有典型的代表性意義。

在充分考慮新疆渭干河流域氣候條件以及地理環(huán)境因素的前提下，依據(jù)該地區(qū)水資源分配實際情況，將經(jīng)濟、社會以及生態(tài)要素融入該流域的水資源綜合配置規(guī)劃中，從而提出如下水資源配置方案：①在該地區(qū)修建地表攔蓄水庫，此作為第一種方案；②在修筑地表攔蓄水庫的同時，加大區(qū)域地下水的開采力度，此作為第二種方案；③在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，興建水源調(diào)蓄池，此作為第三種方案。針對上述方案的評估指標體系可如表1所示。

3.1 層次指標權(quán)重確定

依據(jù)1～9標度值法以及專家咨詢法，對新疆渭干河流域的水資源配置方案各層指標實施對比，在通過一致性水平檢驗以及矩陣運算之后，可求得該流域水資源評估體系各層級指標的權(quán)重值。該流域水資源優(yōu)化配置方案各層級指標權(quán)重值如表2所示。

3.2 優(yōu)先關(guān)系矩陣構(gòu)建

通過測定及對比各水資源配置方案層級指標，可構(gòu)建涵蓋新疆渭干河流域水質(zhì)現(xiàn)狀、水量現(xiàn)狀、地下水變化現(xiàn)狀、水資源損耗率、地表水使用效率、防洪水平、工程耗資以及單位水量開采成本在內(nèi)的指標評估矩陣Ak（k=1,2,…,8），將矩陣Ak轉(zhuǎn)化為模糊矩陣Bk，具體如下表示：

表1 水資源配置方案評估指標體系

表2 流域水資源優(yōu)化配置方案各層級指標權(quán)重值

表3 水資源配置方案指標優(yōu)度數(shù)值

3.3 水資源配置方案優(yōu)選評估

依據(jù)式4可求得水資源配置各方案指標的優(yōu)度數(shù)值，計算結(jié)果如表3所示。

3.4 水資源配置方案評估結(jié)果

依據(jù)表3計算所得的水資源配置方案評估指標優(yōu)度數(shù)值可知，采用方案三在水質(zhì)及水量指標方面明顯優(yōu)于方案二級方案一，而方案三的其余各項評估指標的優(yōu)度數(shù)值相較于其余兩方案均屬于折中水平。

依據(jù)式5以及表2中指標優(yōu)度數(shù)值數(shù)據(jù)，可計算方案一、方案二以及方案三的綜合優(yōu)度數(shù)值分別為：0.319，0.322以及0.359，V3=0.359＞V2＞V1，即V3在加權(quán)后的綜合優(yōu)度數(shù)值最大，說明方案三優(yōu)于方案一與方案二，方案三即為該流域水資源配置的最優(yōu)化方案。究其原因，方案三在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，通過興建水資源調(diào)蓄池來協(xié)助地表攔蓄水庫調(diào)配水源，從而實現(xiàn)了區(qū)域地表水與地下水資源的科學統(tǒng)一調(diào)配使用。針對方案一而言，修建單一的地表攔蓄水庫將占用大面積土地資源，因此其工程耗資過大。對于方案二而言，針對區(qū)域地下水資源的過度開采，可能引發(fā)區(qū)域地下水降落漏斗，對流域的地質(zhì)條件以及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。綜合而言，第三種水資源配置方案，即在修筑地表攔蓄水庫、開采地下水的同時，興建水源調(diào)蓄池，無論在對流域生態(tài)環(huán)境的維護以及方案實施的可行性、投資規(guī)模適度性方面均優(yōu)于其余兩種方案。

通過上述計算與論證分析可知，采取基于模糊決策理論的層次分析模型計算上述三種水資源配置方案，計算結(jié)果同論證分析結(jié)論一致，說明該方法與模型適用于水資源配置方案的論證優(yōu)選。

4 結(jié)語

通過建立新疆渭干河流域水資源配置方案優(yōu)選評估指標體系，采取構(gòu)建的模糊決策層次分析模型評估流域的水資源配置方案，并將計算結(jié)果同綜合論證分析結(jié)論比較，結(jié)果說明基于模糊理論的層次分析模型在水資源優(yōu)化配置方案的優(yōu)選中具有較強的適用性。該模型具有較好的嚴密性且計算過程簡潔明了，有效克服了方案比選的主觀影響，對區(qū)域水資源優(yōu)化配置方案的優(yōu)選具有一定借鑒價值。陜西水利

[1]李新華.落實最嚴格的水資源管理制度全面推進水資源配置、節(jié)約與保護[J].陜西水利，2010，（2）:10-11.

[2]婁帥，王慧敏，牛文娟，許葉軍.基于區(qū)間直覺模糊集的水資源配置群決策研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2014，（3）:319-327.

[3]楊志，王修內(nèi).鹽環(huán)定揚黃工程寧夏受水區(qū)水資源配置研究[J].陜西水利，2010，（5）: 133-134.

[4]梁士奎，左其亭.基于人水和諧和“三條紅線”的水資源配置研究[J].水利水電技術(shù)，2013，（7）:1-4.

[5]馮纏利，賀隨成.陜北榆林能源化工基地水資源配置及供水網(wǎng)絡(luò)研究[J].陜西水利，2012，（6）:61-62.

[6]葉健，劉洪波，閆靜靜.不確定性模糊多目標模型在生態(tài)城市水資源配置中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學學報，2012，（4）:1001-1007.

[7]陳博.可持續(xù)水資源管理中的水資源危機管理[J].陜西水利，2012，（6）:29-30.

[8]萬新宇，鄭永路.水資源配置方案多層次可變模糊決策[J].水力發(fā)電，2013，（11）:11-15.

（責任編輯：暢妮）

TV213.4

A