模糊综合评价水资源可持续利用的质量分析

冯书仓，贾艳梅

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

模糊综合评价水资源可持续利用的质量分析

冯书仓，贾艳梅

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

[摘要]如何确定影响水资源可持续利用的主要因素常常困扰着水利工作者，鉴于问题的复杂性及其质量的模糊性特点，提出基于多层次模糊综合评价模型的质量诊断方法，通过某流域的算例详细说明诊断的步骤,并验证该方法的有效性。在充分考虑水资源条件、供需水系统、社会经济和生态环境协调发展的基础上，进一步提高评价结果的客观性, 实现有限水资源综合效益最优，达到水资源可持续发展的要求。

[关键词]水资源；模糊综合评价；质量诊断

水是人类赖以生存的宝贵自然资源，也是工农业生产的重要原料。当今世界已经进入一个水资源紧张的年代，出现全球范围的水危机。随着社会经济的发展，人口增多，水资源需求量呈逐年递增趋势，而水资源的总量却是有限的，如何对实现水资源的可持续发展，实现综合效益最优，在考虑水资源可供水量的基础上满足各用水户的需水量，使水环境与经济协调发展，达到水资源的可持续发展要求是目前亟待解决的问题。

近年来，学术界也开展了许多水资源可持续发展的研究，而且在社会经济和计算机技术的高速发展过程中不断发展和完善，取得了很多有价值的成果。从研究方法上看,优化模型由单一的数学规划模型发展为数学规划与模拟技术、向量优化理论等几种方法的组合模型;对问题的描述由单目标发展为多目标,特别是大系统优化理论、计算机技术和新的优化算法的应用。使复杂多水源、多用水部门的水资源优化配置问题变得较为简单。求解也较为方便：从研究对象的空间规模上，由最初的灌区、水库等工程控制单元水量的优化配置研究，扩展到不同规模的区域、流域和跨流域水量优化配置研究[1]。目前研究成果中较多的是侧重于研究评价极少有指导水资源可持续发展质量改进为评价目标的研究成果，本文主要目标是在对水资源可持续发展质量评价体系和评价模型的基础上，探索合理有效的质量诊断方法，为水资源可持续发展决策进行鉴定、诊断、改进提供依据，从而实现水资源的可持续发展要求。

1水资源可持续发展质量综合评价指标

目前研究的成果中建立了水资源可持续发展质量综合评价指标体系，包括水资源条件、供水需水系统、社会经济发展水平和生态环境状况四个一级指标，同时确定了22个二级指标，各级指标具体见图1所示[2]。

2多级模糊综合评价模型

从上述的指标体系中可以看出，水资源可持续发展评价的问题具有一定的模糊性，同时由于水资源可持续发展这一复杂系统，其质量的影响因素是多方面的，需要运用多级模糊综合评价的的方法才可以取到客观且量化的评价结果，以便于进一步通过质量诊断找出关键的影响因素进行相应的质量改进[3]。

2.1确定因素集、评语集和权数集

利用评级指标体系给出因素集U={U1、U2、U3、U4}，U1={u11，u12，u13，u14}，U2={u21，u22，u23，u24，u25}，U3={u31，u32，u33，u34，u35，u36}，U4={u41，u42，u43，u44，u45，u46，u47}；评价等级优秀、较好、一般、较差相应的评语集为V={v1，v2，v3，v4}；通过专家评分法确定了各项指标的权重，权重集A={Ai}={a1，a2，a3，a4，a5}；Ai={ai1，ai2，…，aik}，具体结果见图1所示。

图1　区域水资源综合评价指标体系

2.2计算隶属度

分别从各个二级评价指标uik来考虑其被评为各个等级的隶属度rikj，得到单因素评价矩阵Ri={rik1，rik2，rik3，rik4}。本文拟采用专家意见法来确定隶属度rikj，即聘请若干个专家对各二级指标进行评价，评价前需收集尽量全的资料及有关数据，并以有关标准为参考，分析统计各指标被评为各个评价等级的专辑人数，将赞同指标uik被评为评价等级vj的专家人数与总专家人数的比值作为该指标的隶属度rikj。为了避免评价结果受个别专家观点的影响，应尽量增加专家总数。

表1　某区域水资源可持续发展质量评价数据

R12={r121,r122,r123,r124}={0.615 4,0.384 6,0,0}

同理可得R13，R14和R2,R3,R4。上述步骤的具体结果见表2。

2.3进行一级模糊综合评价

由公式(1)Bi=Ai·Ri得各单因素评价向量：

同理可得B2,B3,B4。

2.4进行二级模糊综合评价

据公式(2)B=A·R，通过矩阵的复合运算得到最终评价向量：

3水资源可持续发展质量诊断原理

模糊综合评价结果反映出该区域水资源可持续发展质量为较好，但对于水利工作者来说，更重要的是如何发现影响目前质量的关键问题所在，从而能够明确改进工作的方向。为此，我们可以按照模糊综合评价的步骤进行反方向的推理过程来寻找水资源可持续发展质量的关键因素。寻找影响目前质量关键的问题的基本思路为：导致较差评价等级的评价值较高或者说是导致优秀评价等级的评价值较低的多个影响因素中，我们很容易想到权数最大的因素即为水资源可持续发展问题中最急需提高的质量问题，对于二级评价则首先需要根据最终评价量B先找出最差的单因素Ui，再根据Ui的单因素评价向量Bj进一步找出一个最差的或多个较差的因素uik[4]。具体过程如图2所示。

图2　水资源可持续发展质量诊断的反向推理过程

4算例

从上述对某区域水资源可持续发展质量综合评价结果可知，最终评价向量B的最后一个元素b4的值不为零,说明在矩阵R=[rikj]22×4的第四列含有非零元素，即有某指标被评为较差等级，诊断步骤如下：

4.1计算Fi确定需要改进的大类Ui

=0.3120×(0.1850×0+0.2760×0+0.3650×0+0.1740×0.0256)

同理，F2=a2(a21×a214+a22×a224+a23×a234+a24×a244+a25×a254)

=0.254×(0.3726×0+0.2841×0+0.1233×0+0.1211×0+0.0989×0)

=0

F3=0.0031, F4=0.0013

根据公式(4)Fmax=maxFi，U3是首当其冲需要进行改进的因素，根据质量评价指标体系，社会经济发展水平是影响水资源可持续发展的主要因素，可以通过提高单方水的总产值、控制人口增长速度、提高耕地灌溉效率等方法优化系统。

4.2计算fik发现待改进的子因素ui

f14=a14×r114=0.1740×0.0256=0.0045

f41=a41×r414=0.1758×0.0256=0.0045

f47=a47×r414=0.0888×0.0256=0.0023

所以下一个明确的改进目标是u41，即生态环境的用水率。

5质量评价与诊断的系统实施

区域水资源可持续发展是一个复杂的多因素影响系统，其评价质量存在模糊性和多层次的特点，因此在对水资源可持续发展研究时采用多层次的模糊综合评价方法，将模糊信息定量化，影响总体质量因素显性化，有利于水利工作者在开展工作时明确目标，抓住重点。

AHP-Fuzzy法能有效的根据单一指标模糊评价矩阵直接构造用于确定各评价指标权重的判断矩阵，据此计算或修正各评价指标的权重值直至判断矩阵达到满意的一致性，并进一步进行基于最终评价向量的水资源可持续发展质量影响因素的精确诊断。实际评价中，可利用计算机系统实现判断矩阵的一致性检验和评价指标的权重修正[5]。

6结语

采用多层次模糊综合法对水资源可持续性发展质量的诊断可以避开整体评价水平的影响，能够及时发现系统中存在的问题。由于采用了反向推理法进行水资源可持续发展质量的诊断可以帮助水利工作者找到根本性的、局部的影响因素，为完善管理提供科学依据，通过算例证明了该方法的有效性，对于同类问题的其他复杂系统也可以采用多级模糊综合评价反推法进行质量诊断。

参考文献

[1]吴浩东. 运用动态规划方法来解决水资源的最优分配[J].资源环境与工程.2006.12.

[2]沈晓娟，徐向阳.区域水资源的模糊综合评价[J].海河水利.2005.10.

[4]刘普寅，吴孟达.模糊理论及应用[M].长沙:国防科技大学出版社.2003.194-199.

[5]夏德，程国平.电子商务环境下的物流模糊评价及逆诊断[J].科技管理研究.2003，(2)：55-57.

[5]金菊良，魏一鸣.基于改进层次分析法的模糊综合评价模型[J].水利学报.2004，(3)：65-71.

[收稿日期]2016-03-14

[作者简介]冯书仓(1981-)，男，河北南皮人，工程师，主要从事水资源研究和管理工作。

[中图分类号]TV213.9

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0160-03