陳　藝

（塔城水文勘測(cè)局新疆塔城834700）

水資源優(yōu)化配置改進(jìn)物元可拓模型研究

陳藝

（塔城水文勘測(cè)局新疆塔城834700）

為客觀評(píng)估水資源配置方案優(yōu)劣程度，本文在結(jié)合可拓物元法與水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估，遵循物元可拓原理將決策方案問題拓為多維度物元結(jié)構(gòu)，同時(shí)基于定量與定性原則改進(jìn)傳統(tǒng)物元可拓法方法基礎(chǔ)上，探索構(gòu)建了水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估改進(jìn)物元可拓模型。以宜川縣蘋果灌區(qū)水資源優(yōu)化配置為應(yīng)用實(shí)例表明，該模型適用于區(qū)域水資源配置方案評(píng)估，研究可為區(qū)域水資源配置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供決策依據(jù)。

水資源配置；可拓物元模型；方案評(píng)估；分析研究

1　物元可拓基本原理

依據(jù)可拓物元基本原理可假定事物A、特性B及量值C構(gòu)成物元M（A，B，C）。應(yīng)用到一般情況：如果事物A有n個(gè)特征值B（b1，b2，…，bn）與相對(duì)應(yīng)量值C（c1，c2，…，cn），則可稱M（A，B，C）為n維物元［1］。

1.1物元模型原理

水資源的優(yōu)化配置包括環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及水資源4個(gè)方面，每個(gè)方面又包含多個(gè)綜合評(píng)估指標(biāo)。因此，可將水資源優(yōu)化配置的方案集設(shè)為評(píng)估對(duì)象集R（R1，R2，…Rm）。其中的每個(gè)元素Rk（k=1，2，…，m）所對(duì)應(yīng)的特征與其量值分別為B（b1，b2，…bn）與C（ck1，ck2，…ckn），特征量值范圍可分為p個(gè)區(qū)間［2］：［αi1，βi1］，［αi2，βi2］，…［αip，βip］，（i=1，2，…n），將評(píng)估類區(qū)間集記為：

評(píng)估類別集T=｛Tj=j｝（j=1，2，…，p），評(píng)估對(duì)象物元為：

式中，Rk：第k個(gè)評(píng)估元素；Mk：第k個(gè)評(píng)估對(duì)象的物元；bi：評(píng)估對(duì)象Rk的i個(gè)特征元素；xki：Rk關(guān)于bi的量值。Xk：特征元素的量值集合；

1.2歸一化處理方法

考慮到各元素特征量值差異性較大，避免影響到綜合評(píng)估結(jié)果，需將各評(píng)估方案特征元素的量值進(jìn)行歸一化處理：

上式中，xki、mki：歸一化處理前、后各評(píng)估方案特征元素的量值。

1.3確定權(quán)重值

運(yùn)用層次分析法確定各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)εi，需滿足

1.4確定關(guān)聯(lián)度

第k個(gè)評(píng)估對(duì)象Rk第j個(gè)評(píng)估類別在第個(gè)指標(biāo)下的關(guān)聯(lián)度為：

其中：

上式中，l（cki，Ckij）：點(diǎn)與區(qū)間的距離或側(cè)距離。

由式（5）～（8）可確定各評(píng)估對(duì)象Rk對(duì)各類別j的關(guān)聯(lián)度Kkj（ci），綜合關(guān)聯(lián)度為［3］：

上式中，Kj'（Rk）：帶權(quán)關(guān)聯(lián)度；Kkj（ci）：第i個(gè)特征元素關(guān)聯(lián)度。

若滿足Kj0'（Rk）=maxKkj（Rk），則可判定Rk屬于等級(jí)j0

2　改進(jìn)物元法可拓原理

物元可拓模型是可拓集合輪和物元理論的結(jié)合，主要用于解決不相容的問題。但是傳統(tǒng)的物元可拓模型在實(shí)際應(yīng)用的過程中，存在下述幾個(gè)問題：

（1）在進(jìn)行關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算時(shí)，當(dāng)待評(píng)物元的某一個(gè)指標(biāo)數(shù)值大于節(jié)域時(shí)，如果將這個(gè)指標(biāo)值直接代入，會(huì)出現(xiàn)分母為零的情況，這時(shí)是無法得到關(guān)聯(lián)函數(shù)值的，自然也沒有辦法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）在對(duì)各個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定時(shí)，一般使用關(guān)聯(lián)度、常權(quán)以及最大隸屬度開展評(píng)定工作的，并且評(píng)定過程中無法對(duì)相同等級(jí)的樣本實(shí)施評(píng)定工作。

（3）（cki，Ckij）為點(diǎn)與區(qū)間測(cè)距和點(diǎn)與區(qū)間跟距，然而，傳統(tǒng)的物元可拓法使用相同的計(jì)算方法，影響到整體評(píng)估效果。

對(duì)于上述問題，首先需要進(jìn)一步規(guī)格化帶評(píng)物元和經(jīng)典域，其次是使用變權(quán)理論對(duì)各個(gè)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定，最后引入等級(jí)變量特征值和貼近度來對(duì)對(duì)象等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。鑒于此，本文為了降低確定評(píng)價(jià)指標(biāo)是的主觀因素，將評(píng)價(jià)過程中相關(guān)指標(biāo)的平等地位體現(xiàn)出來，需要對(duì)因素長(zhǎng)權(quán)變量進(jìn)行一致化處理，并利用變權(quán)理論將評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定出來，即各個(gè)指標(biāo)因素長(zhǎng)權(quán)變量一致，同時(shí)采用重新更改區(qū)間的方法將區(qū)間與點(diǎn)的側(cè)距轉(zhuǎn)變成區(qū)間與點(diǎn)的距，且采用補(bǔ)償系數(shù)δ以避免由區(qū)間長(zhǎng)度改變導(dǎo)致的區(qū)間與點(diǎn)距的影響［4］。采用的計(jì)算方法如下：

上式中，e0：區(qū)間中點(diǎn)；δ：修正系數(shù)

3　應(yīng)用實(shí)例

3.1區(qū)域概況

以宜川縣蘋果灌區(qū)水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估為應(yīng)用實(shí)例，該地區(qū)年平均降水量約550mm，且蒸發(fā)量較大，年平均徑流量1.2×106m3，年季徑流變化程度較小，但年內(nèi)徑流分布不均衡，且易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害或季節(jié)性災(zāi)害。同時(shí)，該地區(qū)含有豐富的地下水資源，鑒于保障地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，需最大程度的降低對(duì)地下水的開采。

3.2區(qū)域水資源優(yōu)化配置評(píng)估

在對(duì)該灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、環(huán)境的可承受度、水資源生態(tài)狀況分析基礎(chǔ)上，采取了陸地水庫(kù)方案（X）、潛水開采加地表水庫(kù)方案（Y）、潛水開采及陸地水庫(kù)加調(diào)節(jié)池方案（Z）等灌區(qū)水資源配置方案。在可行性、科學(xué)性、綜合性及可比性的原則下，選取灌區(qū)生活H1及工業(yè)用水H2、工業(yè)用水保障率H3、單方陸地水H4及潛水H5供水投資、總投資H6、年總運(yùn)行費(fèi)用H7、潛水增添開采量H8、灌區(qū)潛水埋深H8、灌區(qū)陸地水利用率H10、灌區(qū)水資源開發(fā)效率H11、灌區(qū)潛水開采率H12等12個(gè)評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和水資源開發(fā)4個(gè)維數(shù)的評(píng)估指標(biāo)體系。

遵循物元可拓計(jì)算法，可將水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估等級(jí)依次分為“較好，良好，中等，較差”四個(gè)評(píng)估等級(jí)［5］。在已有的評(píng)估指標(biāo)體系下歸一化處理各評(píng)估指標(biāo)，將得到的各評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)相對(duì)的取值空間為經(jīng)典域，將各個(gè)評(píng)估指標(biāo)整體取值空間定為節(jié)域Mp。得到改進(jìn)可拓物元分析法的水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估節(jié)域和經(jīng)典域依次為M01、M02、M03、M04，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

依據(jù)改進(jìn)層次分析法計(jì)算可確定各評(píng)估特征元素權(quán)值如下：

γ=（0.048，0.074，0.065，0.062，0.166，0.088，

0.057，0.114，0.073，0.087，0.118）。

以方案Z為分析實(shí)例，歸一化各評(píng)估指標(biāo)后分別代入計(jì)算式（5）～（9），可計(jì)算得到各評(píng)估指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。依據(jù)最大隸屬原則，依次確定各評(píng)估指標(biāo)的判斷等級(jí)，傳統(tǒng)與改進(jìn)的分析方法所得結(jié)果見下表2。由表2數(shù)據(jù)可知，除去灌區(qū)生活及工業(yè)用水、地下水開采三個(gè)指標(biāo)外，改進(jìn)的方法與傳統(tǒng)的方法所得結(jié)果完全相同，所以結(jié)論正確。

依據(jù)表2中數(shù)據(jù)可推求各評(píng)估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，同時(shí)采用（10）計(jì)算可得方案Z帶權(quán)關(guān)聯(lián)度：R=（0.116，-0.100，0.212，-0.024），整體的評(píng)估等級(jí)可取不同等級(jí)整體關(guān)聯(lián)度的最大值，故方案Z整體評(píng)估等級(jí)為“良好”。類似，可求解出方案X、Y的整體關(guān)聯(lián)度，經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)法和傳統(tǒng)法的綜合評(píng)估等級(jí)全部一致，故在水資源優(yōu)化配置評(píng)估中采用改進(jìn)的物元可拓法是可行的。因此，三個(gè)方案的優(yōu)劣程度為：Z＞Y＞X，然而方案Z評(píng)估等級(jí)僅為“良好”，仍有提高的空間：灌區(qū)地下水埋深與開采率的評(píng)估層次都達(dá)到“中等”，評(píng)估指標(biāo)的等級(jí)較低，需加強(qiáng)深入研究以提高其評(píng)估等級(jí)等級(jí)。

表1　改進(jìn)可拓物元法的水資源優(yōu)化配置方案評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

表2　方案Z的關(guān)聯(lián)度與評(píng)估判斷結(jié)果

4　結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)物元可拓原理應(yīng)用于區(qū)域水資源優(yōu)化配置評(píng)估中，可有效評(píng)估區(qū)域水資源配置水平，改進(jìn)物元可拓原理適用于涵蓋多指標(biāo)的水資源配置方案評(píng)估工作。同時(shí)，改進(jìn)物元可拓模型可依據(jù)所評(píng)估指標(biāo)體系等級(jí)賦值，直觀地確定區(qū)域水資源配置方案不足之處，且具有較高應(yīng)用可靠度，并有效削弱了傳統(tǒng)指標(biāo)評(píng)估方法區(qū)間點(diǎn)距計(jì)算誤差，研究可為區(qū)域水資源配置方案評(píng)估與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。陜西水利

［1］史銀軍，粟曉玲，徐萬林，南彩艷，楊雪菲.基于水資源轉(zhuǎn)化模擬的石羊河流域水資源優(yōu)化配置［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2011，（8）:1423-1434.

［2］強(qiáng)拔云，張丹.節(jié)水灌溉技術(shù)在宜川縣蘋果灌區(qū)的應(yīng)用與建議［J］.陜西水利，2013，（2）: 168-169.

［3］李正，王軍，白中科，郭義強(qiáng).基于物元評(píng)判模型的土地整理綜合效益評(píng)價(jià)方法研究［J］.水土保持通報(bào)，2010，（6）:190-194.

［4］霍小梅.安塞縣水資源開發(fā)現(xiàn)狀及優(yōu)化配置評(píng)估模型探究［J］.陜西水利，2016，（1）:36-37.［5］阮國(guó)鋒，張建明，穆彥虎，張虎，柴明堂.基于熵權(quán)物元可拓模型的凍土路基熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)［J］.冰川凍土，2014，（1）:123-129.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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