玛纳斯河流域水资源承载力模糊评价

李文宾，姚阿漫

(长安大学 环 境科学与工程学院，陕西 西 安710064)

河流作为流域内城乡居民生活、生产、灌溉用水的重要水源，其水资源系统的直接承载对象是区域社会经济系统，最终承载对象是人口及其生活质量。合理的评价流域水资源承载力将为流域内社会经济可持续发展提供保障，对保护流域生态环境具有重要意义。流域水资源系统是非常复杂且具有不确定性的系统，对流域水资源承载力的评价方法主要有:多目标决策分析法、模糊评价法、主成分分析法、常规趋势法和人工神经网络等。许钟民利用多目标分析评价黑河流域水资源承载力。许有鹏、秦莉云利用模糊综合评价分别对新疆和田河流域和淮河流域水资源承载力进行评价。傅湘采用主成分分析法研究区域水资源承载力评价［1－2］。本文采用物元分析法对玛纳斯河流域水资源承载力进行评价，以期对流域水资源的开发和水资源优化配置提供参考，保障整个流域社会经济可持续发展的水安全。

1 模糊物元分析法

物元有“事物、特征、量值”三个要素，如果量值要素具有模糊性，则该物元就是模糊物元。模糊物元分析分为以下6个步骤［3］:

1)建立复合物元矩阵。如果事物有n个特征C1、C2……Cn，相应的量值为x1、x2……xn，这时则形成 n维物元。若有m 个事物 M1，M2，……，Mm，具有 n 个共同的特征 C1、C2……Cn及对应的模糊量值 x1、x2……xn，则构成某个事物的 n维复合模糊物元。

2)建立从优隶属度模糊物元。为了将模糊物元矩阵变化为隶属度矩阵，需要引用从优原则，从优原则的计算模式如下:

越大越优的指标，其变换公式为:μij=xij/maxxij(2)

越小越优的指标，其变换公式为:μij=minxij/xij(3)

越接近某个常数越优的指标，其变换公式:μij=min(xij，u0)/max(xij，u0) (4)

根据计算公式可得到从优隶属度模糊物元Rμij。

3)建立标准模糊物元与差平方复合物元。模糊物元最终要依靠贴近度来判断被评价对象与标准之间的关系，从而确定评价等级。因此需要构造标准样本n维模糊物元R0n，其中各项μ0i为Rμij内评价样本从优隶属度中的最大值。则差平方复合物RΔ元中各项:

Δij=(μ0i－μij) (5)

4)确定评价指标权重。变异系数法［4］是一种直接利用各项指标所包含的信息求权重的客观赋权法。变异系数是衡量评价指标实测值变异程度的另一个统计量。由于流域水资源承载力的评价指标的量纲不同，所以变异系数采用标准差与平均数的比值(相对值)来比较。第i个评价指标的变异系数为:

其中:σi表示标准差，xi表示平均值。

其权重则为:

5)构建贴近度复合模糊物元。欧氏贴近度表示了被评价样本和标准间的接近程度，其值越大两者越接近，反之，两者接近程度差。欧氏贴近度复合模糊物元:

6)判定等级。根据以上计算出的各评价对象的欧氏贴近度和评价标准的欧氏贴近度，对其进行比较排序，根据其大小关系确定评价等级。

2 玛纳斯河水资源承载力模糊评价

2.1 流域概况

玛纳斯河流域位于新疆天山北麓的准噶尔盆地，东起塔西河，西至巴音沟河，南从天山分水岭，北到玛纳斯湖，总面积约为1.76×104km。行政区包括昌吉州的玛纳斯县，塔城地区的沙湾县，石河子市，农八师等。作为一条干旱区的内流河，玛纳斯河流对流域内的人民生活、工业生产、生态保护提供了用水保障，玛纳斯河水资源承载力的评价对整个流域水资源可持续发展具有重要意义。

2.2 流域水资源承载力评价指标体系

根据已有的研究成果，结合流域内实际情况和评价指标的可获取性，选取水资源利用率C1(%)、城市化率C2(%)、灌溉率 C3(%)、供水模数 C4(104/km2)、缺水率 C5(%)、生态需水指数C6、和单位水量负荷C7(人/104m3)七个指标构成评价流域水资源承载力的指标体系。玛纳斯河流域水资源承载力评价标准见表1。1级表示流域水资源承载力较强，2级表示流域水资源承载力为中等，3级表示流域水资源承载力较差，已接近饱和值，如果持续这种状态，区域将发生水资源短缺。

表1 玛纳斯河流域水资源承载力评价标准

本次研究选取2005、2010年和2015年作为评价年份，具体数据见表2。其中2010年作为现状年，2005年作为对比年份，2015年数据为预测数据。

表2 玛纳斯河流域水资源承载力评价指标

2.3 计算过程

1)复合模糊物元矩阵

2)从优隶属度模糊物元

3)标准模糊物元与差平方复合物元

4)利用变异系数法由式(6)－(7)得个评价指标的权重为:

2.4 结果分析

由欧氏贴近度排序结果可看出，2005年玛纳斯河流域水资源综合承载力属于1级，2010年和2015年玛纳斯河流域水资源承载力属于2级。但是，两者虽都属于2级的范畴，2010年更贴近2级，2015年有向3级贴近的趋势，2010年玛纳斯河流域水资源承载力较2015年强。并将评价结果与文献［5］的结果比较，结果相符。

3 结语

通过对玛纳斯河2005年、2010年和2015年的流域水资源承载力进行综合评价，基于变异系数法的模糊物元分析解决了权重和分级边界模糊的问题，能够合理的评价流域水资源承载力。结果显示，随着社会经济的发展，玛纳斯河流域的水资源开发程度在不断加强，其开发利用也具有了相当的规模，流域水资源承载力呈下降趋势。应当采取措施加强区域水资源开发利用规划和管理，调整产业结构，优化水资源配置，防止流域水资源发生短缺。

［1］许有鹏.干旱地区水资源承载力综合评价［J］.自然资源学报.1993，8(3):229 －237.

［2］陈守煜.复杂水资源系统优化模糊识别理论与应用［M］.吉林:吉林大学出版社.2002:281－283.

［3］蔡文.物元模型及应用［M］.北京:科学技术文献出版社.1994.

［4］贾玲玲.条件变异系数的非参数估计方法［D］.济南:山东大学.2006.

［5］赵宝峰.干旱区水资源特征及其合理开发模式研究—以玛纳斯河流域为例［D］.陕西:长安大学.2010.