◎ 張曉麗　中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

模糊決策理論視角下水資源配置的優(yōu)化分析

◎ 張曉麗中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

水資源的合理配置可以有效降低河道上游和下游分區(qū)用水矛盾，平衡各個部門的用水需求。為了做好水資源配置優(yōu)化，需要利用模糊決策理論分析定量指標和定性指標對水資源社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益進行分析，本文以實際工程為例對模糊決策理論視角下水資源配置優(yōu)化分析進行了探討，研究證明，方案評估結果具有較高的客觀性和可靠性，可以為相關案例提供參考。

模糊決策理論 水資源配置 優(yōu)化分析

水資源是人類賴以生存的基礎，是維護社會進步和發(fā)展的必要物質條件，分析水資源的可持續(xù)利用程度，評價和分析水資源綜合規(guī)劃后的社會效益和宏觀經(jīng)濟效益在促進社會經(jīng)濟發(fā)展方面意義重大。模糊決策理論下水資源配置優(yōu)化是在綜合考慮水資源配置現(xiàn)狀的前提下，綜合分析區(qū)域水資源的屬性和作用，評估此區(qū)域現(xiàn)狀配置和規(guī)劃配置基礎上水資源的綜合效率，判斷該水資源配置方案的優(yōu)劣性。

1.案例介紹

某河流流域使用的灌溉方式相對來說較為落后，一部分地區(qū)土壤程序了非常嚴重的鹽堿化問題，農作的產量相對來說也比較低。為了提高水資源的利用率，需要根據(jù)該地區(qū)水資源的實際情況，綜合考慮經(jīng)濟因素、社會因素和生態(tài)因素的影響，對水資源進行合理的配置，實現(xiàn)供水量最大化。共提出了三種建設方案，第一種方案為建設攔蓄水庫+地下水開采+建設水源調蓄池。第二種方案為建設攔截水庫，第三種方案為攔蓄水庫+地下水開采，

2.水資源合理配置基本原則

（1）有效性。有效性指的是實現(xiàn)水資源經(jīng)濟效益的最大化。確保用水部門水資源利用的邊際效益保持效益最大化。同時還要盡可能降低對流域水循環(huán)造成的負面影響，保護流域生態(tài)環(huán)境。

（2）公平性。不同分區(qū)的用水部門要按照不同分區(qū)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟效益、社會環(huán)境相協(xié)調的原則進行取水，保證各個分區(qū)和用水部門水資源利用效益達到最大值。

（3）可持續(xù)性。要達到不同用水部門和水資源代際間公平分配的基本要求，反對過度開發(fā)浪費的情況，在達到居民基本生產、生活、生產以及流域水資源消耗量的基礎上，做好水資源的保護工作，保證流域水質和水文循環(huán)的正常性。

3.水資源配置模型建立

3.1配置模型指標體系建立的原則

（1）指標體系框架。指標體系主要包括指標層、準則層、目標層三個部分。

①指標層。指標層為指標體系最低單元，需要根據(jù)流域水資源情況對目標層進行合理的配置，并建立相應的評價標準。

②準則層。準則層是指標體系中間單元，主要是流域水資源的用水水平、支撐能力、政策因素和優(yōu)先程度、修正指數(shù)等進一步的反映。

③目標層。目標層是指標體系中的高級單元，要具體體現(xiàn)出流域和子區(qū)域經(jīng)濟、社會、資源、人口、環(huán)境的發(fā)展情況。

（2）指標設計的基本原則。

①可應用性、推廣性、可比性和科學性要統(tǒng)一。

②針對性和系統(tǒng)性要相互統(tǒng)一。

③空間性和時間性要結合。

④定量、定性要相結合。

⑤靜態(tài)和動態(tài)要結合。

⑥主導性、可操性、持續(xù)性要強。

⑦簡潔性和聚合性要統(tǒng)一。

⑧完備性和獨立性要統(tǒng)一。

3.2模糊判斷矩陣的難點

模糊動態(tài)判斷矩陣在使用過程中需要達到一致性要求，而一致性要求是達到模糊動態(tài)AHP的難點。由于模糊動態(tài)判斷矩陣應用時，很難保證所有時間點都可以達到一致性條件要求。當前已經(jīng)出現(xiàn)了比較多的改進措施，且取得了一定的研究成果，但是這些方法應用過程中比較復雜，并且很多方法還缺乏相應的理論支持，應用價值不高。實踐證明，專家給出的判斷矩陣雖然階數(shù)比較高，但是經(jīng)過幾個步驟的調整后一般都可以達到一致性要求。不管是什么類型的判斷矩陣都可以使用此方法從近似性矩陣改造成一致性矩陣。

表1　水資源配置方案之指標優(yōu)度數(shù)值

3.3水資源優(yōu)化配置評估指標體系建立

水資源評估指標體系在構建的過程中，調度模型的目標為實現(xiàn)供水效益最大化，約束條件有供水量約束、即供水量等于或者低于可以開采的水量；需水量約束即供水量超過需求量，現(xiàn)狀供水量約束即當前不合理供水的具體情況。由于供水設施需要花費較長的時間進行建設，考慮到經(jīng)濟能力、用水習慣也無法立即改變，因此使用T.L.Satty提出的1～9標度法，例如第j個因素相對于第i個因素來說非常重要，那么可以表示為分別代表 aijt的左右擴展，隨著的值不斷增加，判斷起來就越模糊，相反判斷起來就越清晰。

滿足下述標準：

假設有n個待選的方案和評價因素集M，通過對M進行分解，將其劃分成m的子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)中都含有m1，m2，…，m3個評價因素，按照單層次模型優(yōu)選的基本原理，可以得出在i個分系統(tǒng)中，系統(tǒng)方案隸屬度最優(yōu)值一共有n個方案，然后在各分系統(tǒng)評價結果的基礎上進行更高層次的分析，可以設那么高層次優(yōu)屬度矩陣表示如下：

使用方根法將水資源優(yōu)化配置方案相對要素的優(yōu)度數(shù)值計算出來，按照層次分析法將各層次指標所屬權重值計算出來，從而計算得出水資源配置各方案綜合優(yōu)度值，綜合優(yōu)度值越大則證明水資源配置方案越好。

3.4確定層次指標權重

本文按照1～9標度值法和專家咨詢法對比分析了河流流域水資源配置方案的各項指標，對各項指標進行矩陣運算和一致性水平檢驗后，可以求出流域中評估體系各層指標的權重值。經(jīng)計算A層要素的權重值為1.0，B層要素權重值B1、B2、B3、B4相對于A層權重值分別為0.468、0.277、0.094、0.161，C層要素權重值C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8相對于B層權重值分別為0.165、0.539、0.296、0.668、0.332、1.000、0.331、0.669，C相對于A層權重值分別為E1=0.075、E2=0.241、E3=0.142、E4=0.186、E5=0.091、E6=0.094、E7=0.052、E8=0.109。

4.水資源配置方案評估結果

本工程在構建好模糊決策模型后，通過計算得出了水資源配置指標優(yōu)度數(shù)值，如表1所示。從實際施工的角度來看，使用方案一進行施工時，在開采地下水、建設地表連續(xù)水庫的同時，還修建了水庫調蓄池，方案最具可行性，并且投資規(guī)模適宜，對流域內生態(tài)環(huán)境有一定的保護作用。方案二僅僅建設攔蓄水庫會造成土地資源的占用，而且投入資金也比較大，方案三會有可能因為水資源過度開采造成地下水降落漏洞，對地區(qū)的環(huán)境健康造成不利影響。

通過使用模糊決策理論模型對制定的三種水資源配置方案進行分析和計算后得到的結果和實際結論一致，說明在進行水資源配置時，使用模糊決策分析模型進行計算和分析是可行的。

5.結論

綜上所述，在使用模糊決策層對該流域的水資源配置方案進行優(yōu)選評估后得到的結果和綜合論證方案一致，證明模糊決策理論模型在選擇水資源配置方案時有比較強的適用性，利用此模型不僅可以嚴密的進行計算，而且計算結果明了清晰，對區(qū)域水資源配置方案的優(yōu)化方面具有較高的應用價值。

[1]馮耀龍,韓文秀,王宏江,等.面向可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2003(2)：133-138.

[2]張仁田.區(qū)域水資源可持續(xù)利用研究[D].南京：河海大學,2004.

[3]蘇青.流域取水權初始分配研究[D].南京：河海大學,2004.