王曉慶

(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004)

0 引 言

水是保障我國區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分重要的自然資源之一。目前階段，伴隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，水資源短缺問題也逐漸成為制約社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]。水資源的承載力主要指的是某一地區(qū)，大部分指缺水地區(qū)所需要的水資源供需平衡的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，但是水資源承載距今為止仍然是模糊的概念，需要繼續(xù)探尋[2]。為了加強(qiáng)對區(qū)域水資源的控制與應(yīng)用，各個地區(qū)的管理人員會結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H的需求與情況，對水資源的承載力進(jìn)行模糊預(yù)測[3]。傳統(tǒng)的預(yù)測方式通常采用合理賦值以及預(yù)測模型處理來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域承載力的預(yù)測，這種方式雖然可以完成預(yù)期的測定目標(biāo)，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，時常會出現(xiàn)一定的誤差與缺陷，對于最終的預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生消極的影響[4]。

因此，在上述背景環(huán)境之下，需要設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定且靈活的預(yù)測模式?？勺兡：且环N嚴(yán)密的測定形式，對于數(shù)據(jù)的測試與核定具有較好的效果，尤其是對龐大數(shù)據(jù)的分析，更為準(zhǔn)確，可以將其應(yīng)用在水資源承載力的預(yù)測工作之中，提升整體的預(yù)測質(zhì)量與效率。通過調(diào)整模型的參數(shù)與指標(biāo)，進(jìn)行相對應(yīng)的預(yù)測評價，為后續(xù)對應(yīng)區(qū)域水資源承載力的控制以及合理配置奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

1 可變模糊集下水資源承載力預(yù)測方法設(shè)計(jì)

1.1 可變模糊承載預(yù)測因子確定

在對可變模糊集下水資源承載力預(yù)測方法進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需要先對可變模糊承載預(yù)測因子進(jìn)行明確。在可變模糊集的背景之下，將水資源的承載區(qū)域進(jìn)行劃定，并提取相應(yīng)的預(yù)測特征值，具體公式如下：

(1)

式中：C為預(yù)測特征值；η為模糊承載范圍；y為預(yù)測隸屬度；I為可變預(yù)測范圍。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的預(yù)測特征值。依據(jù)得出的特征值，在不同的區(qū)域之上進(jìn)行目標(biāo)預(yù)測因子的整合，結(jié)合權(quán)重描述，構(gòu)建可變模糊承載的因子預(yù)測結(jié)構(gòu)，具體見圖1。

圖1 可變模糊承載的因子預(yù)測結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖1，可以完成對可變模糊承載的因子預(yù)測結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。隨著各個因子的變化，測定具體的方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，以此來設(shè)定相對應(yīng)的可變模糊承載預(yù)測因子范圍，為后續(xù)的預(yù)測工作奠定基礎(chǔ)。

1.2 雙向水資源承載力預(yù)測結(jié)構(gòu)建立

在完成對可變模糊承載預(yù)測因子的確定之后，需要建立雙向水資源承載力預(yù)測結(jié)構(gòu)?？紤]到水資源承載力的完整性、代表性和可靠性，根據(jù)區(qū)域水資源的特征，設(shè)立預(yù)測指標(biāo)，具體見表1。

表1 區(qū)域水資源特征預(yù)測指標(biāo)表

根據(jù)表1，可以完成對區(qū)域水資源特征預(yù)測指標(biāo)的設(shè)定。根據(jù)指標(biāo)的特征，對不同區(qū)域水資源的承載范圍明確，獲取雙向差異函數(shù)，并形成特征預(yù)測矩陣，結(jié)合可變模糊集，計(jì)算雙向模糊預(yù)測系數(shù)，公式如下：

(2)

式中：F為雙向模糊預(yù)測系數(shù)；C為預(yù)測特征值；?為特征誤差。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的雙向模糊預(yù)測系數(shù)。結(jié)合所設(shè)定的預(yù)測指標(biāo)，形成雙向覆蓋預(yù)測結(jié)構(gòu)。

1.3 可變模糊集下求解相對承載預(yù)測隸屬度矩陣設(shè)計(jì)

在完成雙向水資源承載力預(yù)測結(jié)構(gòu)的建立之后，結(jié)合可變模糊集，設(shè)計(jì)求解相對承載預(yù)測隸屬度矩陣。將預(yù)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入結(jié)構(gòu)中，形成水資源的預(yù)測環(huán)境。同時，將可變模糊集與承載預(yù)測結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，設(shè)定測量隸屬度矩陣，公式如下：

(3)

(4)

(5)

式中：L、I、X為承載預(yù)測隸屬度；w為可變范圍；g為模糊承載系數(shù)；ρ為預(yù)測比值。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的承載預(yù)測隸屬度。至此，完成了對測量隸屬度矩陣的設(shè)計(jì)[6]。但是需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用的過程之中，矩陣還需要設(shè)定可變模糊區(qū)域，加強(qiáng)對水資源承載效果的驗(yàn)證與審核。

1.4 載荷可變模糊水資源承載力預(yù)測模型構(gòu)建

在完成求解相對承載預(yù)測隸屬度矩陣的設(shè)計(jì)之后，需要構(gòu)建載荷可變模糊水資源承載力預(yù)測模型。首先需要對范圍內(nèi)的水資源邊緣承載覆蓋值測定，隨后在合理的范圍之內(nèi)，依據(jù)實(shí)際情況的變化，更改調(diào)整載荷作用范圍，一定程度上可以提升水資源的整體承載效力[7]。同時，將所設(shè)計(jì)的求解相對承載預(yù)測隸屬度矩陣以及預(yù)測結(jié)構(gòu)所在模型之中，隨著隸屬度的變化，設(shè)定邊緣承載覆蓋面積，形成具有可控性的預(yù)測模型，再將預(yù)測因子添加在模型之中，完成水資源承載力預(yù)測目標(biāo)的核定，以此來進(jìn)一步完善優(yōu)化載荷可變模糊水資源承載力預(yù)測模型的設(shè)計(jì)與構(gòu)建[8]。

1.5 物元測定法實(shí)現(xiàn)水資源承載力的預(yù)測

在完成對載荷可變模糊水資源承載力預(yù)測模型的構(gòu)建之后，采用物元測定法實(shí)現(xiàn)水資源承載力的預(yù)測。首先測定區(qū)域的物元承載比例，公式如下：

(6)

式中：B為水資源物元承載比例；π為測定區(qū)域范圍；h為變化預(yù)測系數(shù)。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的水資源物元承載比例。根據(jù)得出的比例，劃定水資源承載力的預(yù)測區(qū)域，利用預(yù)測模型，獲取區(qū)域水資源的數(shù)據(jù)信息，得出最終的承載力預(yù)測結(jié)果，進(jìn)行對比分析，利用物元測定法最終實(shí)現(xiàn)水資源承載力的預(yù)測。

2 測試方法

本文主要是對可變模糊集下水資源承載力預(yù)測方法的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證與分析。本次測試共劃定為3個測試小組，第一組為傳統(tǒng)的灰色模型承載力預(yù)測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)灰色模型承載力預(yù)測組；第二組為傳統(tǒng)的物元評價承載力預(yù)測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)物元承載力預(yù)測組；第三組為本文所設(shè)計(jì)的承載力預(yù)測方法，將其設(shè)定為可變模糊集承載力預(yù)測組。3種測試方法在相同的背景環(huán)境之下同時測試，最終得出的結(jié)果以對比的形式進(jìn)行分析研究。

2.1 測試準(zhǔn)備

在對可變模糊集下水資源承載力預(yù)測方法進(jìn)行測試之前，需要先搭建相應(yīng)的測試環(huán)境。本次選取A市為主要的水資源承載力預(yù)測對象。經(jīng)過調(diào)查，A市位于我國西北地區(qū)，是一個水資源極度匱乏的城市，實(shí)際的水資源可應(yīng)用量嚴(yán)重不足，供需矛盾突出。與去年相對比，A市全市的GDP數(shù)值有了十分明顯的提升，這表明A市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也在逐年提升。然而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展一定程度上也是需要資源的輔助支持的，尤其是水資源的支撐，更是關(guān)系到A市區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的限制條件。因此，對于水資源承載力的預(yù)測是十分必要的。

可以先對A市區(qū)域內(nèi)的河流以及湖泊等水資源聚集地進(jìn)行匯總整合，同時對水質(zhì)作出劃定分類。隨后，對不可使用的污水區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的處理，確保其處于可使用的范圍之內(nèi)。結(jié)合模糊關(guān)系合成原理，設(shè)定水資源承載的極限標(biāo)準(zhǔn)，具體公式如下：

(7)

式中：K為預(yù)估水資源承載的極限標(biāo)準(zhǔn)；V為自產(chǎn)總量；D為儲備水量；α為定量化均值；φ為允許出現(xiàn)的最大承載標(biāo)準(zhǔn)值。

通過上述計(jì)算，可以得出預(yù)估的水資源承載的極限標(biāo)準(zhǔn)。通過得出的標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)定相應(yīng)的承載力范圍，同時結(jié)合水資源的承載范圍，構(gòu)建再生水循環(huán)處理系統(tǒng)。這部分需要對A市可應(yīng)用的水資源進(jìn)行量化處理，并計(jì)算出實(shí)際的承載值，公式如下：

(8)

式中：M為實(shí)際的易定量承載值；v為可再生定量賦值；B為模糊承載范圍。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的易定量承載值。完成上述背景環(huán)境的設(shè)定之后，核定測試的設(shè)備是否處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，同時確保不存在影響最終預(yù)測結(jié)果的外部因素，核定無誤后，開始測試。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述所搭建的測試環(huán)境之中，進(jìn)行具體的測試與驗(yàn)證。在預(yù)設(shè)的承載力范圍之內(nèi)，首先識別水資源風(fēng)險因子，具體見圖2。

圖2 水資源承載力風(fēng)險因子識別思路圖

根據(jù)圖2，可以完成對水資源承載力風(fēng)險因子識別思路的設(shè)計(jì)。隨后，進(jìn)行水資源承載識別初始集的處理與評判，這部分主要可以采用Delphi法與DEMATEL法，對A市干旱指數(shù)、溫度變幅、干燥度、徑流變化、城鎮(zhèn)化率以及水生態(tài)面積侵占比例等指標(biāo)作出總結(jié)。在所設(shè)定的水資源承載力的預(yù)測模型之中，進(jìn)行承載危險性指數(shù)的計(jì)算，具體公式如下：

(9)

式中：Y為承載危險性指數(shù)；R為城鎮(zhèn)生活日用水定額；ζ為人均日用水定額。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的承載危險性指數(shù)，然后進(jìn)行A市水資源承載力危險區(qū)域劃定。此時，A市的水資源區(qū)域已經(jīng)被劃定為危險區(qū)域與非危險區(qū)域，危險區(qū)域?yàn)樗Y源承載力較弱的地區(qū)水資源嚴(yán)重不足，而非危險區(qū)域的承載能力在合理的范圍之內(nèi)，水資源狀態(tài)相對穩(wěn)定。在上述環(huán)境下，將A市的河流劃定為6個不同的區(qū)域，測定每一區(qū)域的水資源承載力分值，同時進(jìn)行承載力預(yù)測等級的劃定，具體見表2。

表2 A市的水資源承載力分值、等級劃定表

根據(jù)表2，可以完成對A市的水資源承載力分值、等級的劃定。結(jié)合上述所得出的數(shù)據(jù)信息，對A市6個不同區(qū)域的水資源承載能力預(yù)測，并進(jìn)行AHP模糊承載權(quán)重比的計(jì)算，具體公式如下：

(10)

式中：T為AHP模糊承載權(quán)重比；r為模糊可變權(quán)重值；κ為聚類模糊系數(shù)；e為可變范圍。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際的AHP模糊承載權(quán)重比。經(jīng)過測試，可以得出實(shí)際的測試結(jié)果，通過進(jìn)行對比分析，具體結(jié)果見表3。

表3 水資源承載力預(yù)測結(jié)果分析表

根據(jù)表3，可以完成對實(shí)際測試結(jié)果的分析與研究。與傳統(tǒng)灰色模型承載力預(yù)測組和傳統(tǒng)物元承載力預(yù)測組相對比，本文所設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)物元承載力預(yù)測方法最終得出的AHP模糊承載權(quán)重比相對較高，表明在AHP模糊承載權(quán)重比背景之下，對于A市的水資源承載力預(yù)測效果更佳，預(yù)測的范圍更為精準(zhǔn)，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

3 結(jié) 語

本文對基于可變模糊集的水資源承載力預(yù)測方法進(jìn)行了分析與研究。對比于傳統(tǒng)的預(yù)測方法，本文所設(shè)計(jì)的水資源承載力預(yù)測方法相對更加靈活，具有較強(qiáng)的可變性與穩(wěn)定性；同時對于所測定的范圍也可作出合理地延伸、擴(kuò)展，結(jié)合水資源的管理制度設(shè)計(jì)針對性較強(qiáng)的預(yù)測方法，使得在實(shí)際應(yīng)用的過程中，獲取的預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠。另外，在可變模糊集技術(shù)的輔助之下，還可以形成循環(huán)預(yù)測的多目標(biāo)承載力預(yù)估模式，加強(qiáng)對水資源的分布、用量、結(jié)構(gòu)等的控制，遵循可持續(xù)發(fā)展的社會水資源管控目標(biāo)，推動資源保護(hù)邁入一個新的階段。