基于集對分析的水資源可持續利用評價研究

杜宜霞

(農墾查哈陽灌區水務局，黑龍江甘南 162116)

基于集對分析的水資源可持續利用評價研究

杜宜霞

(農墾查哈陽灌區水務局，黑龍江甘南 162116)

區域水資源可持續利用評價是區域資源-經濟-社會可持續發展戰略研究的核心問題之一，目前提出的評價模型大多存在結構復雜、不易操作等問題。為此，文章提出基于集對分析的水資源可持續利用評價模型。實例研究結果表明，在區域各種自然資源可持續利用系統評價中均具有推廣應用價值。

集對分析;水資源;可持續利用;評價模型;評價指標;聯系度;實例

0 引言

集對分析(Set Pair Analysis，簡稱SPA)是我國學者趙克勤于1989年提出的一種針對確定與不確定問題進行同異反定量分析的新理論［1］，其解決問題的思路是“客觀承認，系統描述，定量刻畫，具體分析”，把確定與不確定性作為一個系統來處理。SPA的基本思想是在一定的問題背景下，對所論及的兩個集合建立同異反聯系度μ=a+bi+cj，并從同異反3個方面來分析事物之間的聯系和轉化。由于集對分析全面而深刻地反映了客觀世界中大量存在的確定、不確定系統的對立統一關系，因此，已在評價、管理、預測、決策和規劃的諸多領域獲得廣泛應用［2-4］。

水資源可持續利用評價實際上是判斷人口、社會、經濟各子系統與水資源子系統之間是否協調發展的過程，該評價過程既具有確定性又具有不確定性的特征［5］。因此，宜采用集對分析方法進行評價。同時，集對分析法與其他評價方法相比，具有可操作性強、計算簡單準確、可靠性強、直觀信息利用率高等特點［6］。鑒于此，本研究將集對分析方法應用到水資源可持續利用評價中，以期為水資源可持續利用評價提供一種新的、有效的評價方法。

1 研究方法簡介

利用集對分析對水資源可持續利用進行評價，首先將研究區域的水資源可持續利用評價指標與評價標準構筑一個集對。對于某區域的水資源而言，假定有N個評價指標，其中有S、F1、F2和P個評價指標分別屬于水資源可持續利用評價等級中的I、II、III和IV級，則聯系度μ表達式為：

式中：i1和i1為差異度系數;j為對立度系數。

式中：a為同一度;c為對立度;b1和b2為差異度。

由式(2)可知，a值越大，c值越小，區域的水資源可持續利用級別越高。進一步分析評價指標的數值與評價標準之間的數量關系可知，即使不同區域的水資源可持續利用程度處于同一級別，也會因評價指標數值的差異，而使水資源可持續利用能力有所不同。因此，相對于分級標準可繼續作同一、差異和對立的集對分析。

對于越大越優(正)指標，評價樣本指標xl(l=1，2，…，N)與評價指標標準的聯系度μl的計算公式為：

對于越小越優(逆)指標，評價樣本指標xl(l=1，2，…，N)與評價指標標準的聯系度μl的計算公式為：

式(3)和(4)中：s1、s2、s3和s4分別為評價標準 I、II、III和 IV 級的門限值;xl為第l(l=1，2，…，N)個評價指標值;N為評價指標數，本文中N=7。

對式(3)和(4)的計算結果求平均值，即可得到評價樣本的平均聯系度μ，由μ中同一度、差異度和對立度的大小可確定待評價區域水資源可持續利用所屬的等級。

平均聯系度μ的計算公式為：

2 結果與分析

為了便于不同評價方法的評價結果的比較，本文水資源可持續利用評價指標體系、標準和評價樣本(陜西省漢中地區)均來源于參考文獻［7］(見表1)。

表1 水資源可持續利用評價指標體系及評價指標統計值

為了具體確定區域水資源可持續利用所屬等級，可進一步分析評價指標的數值和評價標準之間的數量關系。通過對評價樣本各指標值所屬等級的判斷，可以在式(3)和(4)中選擇各指標聯系度μl的計算公式，并根據式(5)計算待評價樣本的平均聯系度μ，以此判斷評價樣本水資源可持續利用所屬等級。各指標聯系度μl的計算過程及結果見表2。

表2 聯系度μl計算過程及結果

根據式(5)計算得出區域水資源可持續利用的聯系度均值表達式為：μ=0.2743+0.1243i1+0.3131i2+0.2883j，由此可以確定待研究區域水資源可持續利用能力屬于III級，水資源可持續能力較差，其評價結果與基于加速遺傳算法的Shepard插值模型(SP模型)［7］評價結果相同。

3 結論

集對分析方法充分利用了研究對象中所包含的不確定性信息，將研究對象的辯證認識和系統性定量描述進行有機的結合，并在綜合處理研究對象不同層次上系統信息的基礎上，引入差異度系數刻畫所論集對的同一性、差異性、對立性聯系，定量計算不同層次意義上的水資源可持續利用水平，并給出相應的評價等級。本文構建的基于集對分析的水資源可持續利用模型概念清晰，結構簡單，易操作，計算簡潔，建模方法簡便而有效，在區域各種自然資源可持續利用系統評價中均具有推廣應用價值。

［1］趙克勤.集對分析及其初步應用［M］.杭州：浙江科學技術出版社，2000.

［2］張斌.同異反集合理論及其應用［J］.系統工程理論與實踐，2000，20(2)：126-130.

［3］高潔，盛昭瀚.集對分析聚類預測法及其應用［J］.系統工程學報，2002，17(5)：458-462.

［4］李祚泳.大氣環境質量綜合評價的集對分析方法［J］.環境科學研究，1998，11(2)：31-33.

［5］李祚泳，汪嘉楊，熊建秋，等.可持續發展評價模型與應用［M］.北京：科學出版社，2007.

［6］劉天朝，何文社.集對分析法在水資源可持續利用評價中的應用［J］. 人民黃河，2010，30(1)：59-60.

［7］金菊良，丁晶，魏一鳴，等.區域水資源可持續利用系統評價的插值模型［J］. 自然資源學報，2002，17(5)：610-615.

Research of Sustainable Use Evaluation for Water Resources Based on Set Pair Analysis

DU Yi-xia
(Chahayang Irrigation Area Water Affairs Bureau，Gannan 162116，China)

Sustainable use evaluation for regional water resources is one of the core questions about regional water resources，economy and social sustainable development strategy research，there are some problems in existing evaluation models，as their structures are too complex or not easy to operate etc.Therefore，an evaluation model of sustainable use for water resources is put forward based on set pair analysis in this study.The researched results of a case show that it has applying and popularizing value in evaluation for sustainable use system of various natural resources.

set pair analysis;water resources;sustainable use;evaluation model;evaluation index;linkage degree;case

TV213

A

1007-7596(2011)06-0020-02

2011-05-29

杜宜霞(1976-)，女，山東巨野人，工程師。