模糊識別模型解決水資源承載能力綜合評價問題分析

李慶林

(江西省石城水文站，江西 贛州 342700)

水資源的承載力是指在某個特定的時間內預見區域內水資源的可開發的潛力。研究承載能力主要是在可持續開發的目標下維持如何在承載范圍內進行持續開發，并保證合理利用，以此保證水資源的利用效率。目前對水資源的承載力的研究與綜合性評價主要依靠的是模糊判斷法、多目標決策區間法、投影尋蹤法、主要成分分析法等等。不同的方法尤其特有的價值，其中模糊識別模型的方式作為模糊評判法的重要技術措施，可以在復雜的資源條件中對水資源的承載力進行綜合性的評價，是一種較為普遍的水資源研究方式，下面就對稱進行簡要的介紹。

1 模糊識別模型下的水資源承載能力綜合評價

1.1 承載能力的指標體系與標準確立

針對現有的研究成果，針對復雜的研究對象往往進行因素分層，利用單元選擇大量的指標構建一個龐大的評價體系。而在實際的操作中容易形成瓶頸，即某些數據不易獲取。所以在研究城市水資源承載力的綜合評價時，進行了影響因素的總體劃分，一方面水資源的開發與利用是社會發展的重要保障，提高水利資源的承載的狀態作用，利用水資源的支撐系數描述;一方面經濟發展對水資源的承載能力起到的壓力效果，是降低水資源承載能力的副作用，利用水資源的壓力系數表達。而水資源的承載能力的狀態則是二者綜合評價后的客觀反應。所以在建立水資源評價體系的時候必須建立一個水資源承載能力的評價指標體系，然后按照這個指標進行綜合性評價，這樣既可考慮到全方位的影響因素，以反映各個方面的指標。

在模糊識別的思路下，分級條件下面最大的隸屬度原則是不適用性，對于水利資源的承載能力的狀態系數、支撐系數、壓力系數而言綜合評價的特征系數越小則模型越優化。在分析中借助正向與逆向來劃分指標類型，這樣可以保證評價的相對準確。對于正向系數而言，指標越大則水資源的承載力也大，對于水資源的承載壓力則小，如平均水資源占有量、第三產業附加值比重等等。而逆向指標則是越大其對水資源的支撐力弱，對水資源的壓力也就愈大，其承載能力狀態也就高，如GDP用水比例、生態環境用水量等等。綜合上述分析，可以從代表性指標入手，選擇可獲得性與可比性，從定性與定量的層面來對指標進行單體檢驗與整體檢驗，由此提出一些非重要指標，進而形成一個綜合性的指標表。如1、2表。

水資源支撐力的系數標準的確定是參考現有的研究成果分級，結合全國水資源和社會經濟發展的趨勢進行了整合與調試。以萬元GDP用水量的指標作為分級標準。按照我國近期公布的水資源公報數據進行參考，從全國的整體情況看，萬元GDP用水量看，大于1000m3的只有兩個省份，小于200m3的有13個省份和市區，其中北京、天津較低，呈現這樣的差異主要是因為我國的經濟發展存在明顯的地區性差異，國內發達城市的萬元GDP用水量明顯小于全國的平均水平。所以在分析該項指標的時候必須考慮全國的平均水平，所以按照中間值進行取舍，將140和60m3作為下限與上限，而將24m3作為最優的標準，將220m3作為最差標準線，以此形成一個水資源支撐指標的核心參數，以此對其他標準進行調整，形成了下表1。

表1 水資源支撐力系數指標

關于水資源的壓力指標的確定，在研究成果中對我國全社會的經濟發展與水利資源的利用進行了調整與整合，利用人均GDP為指標的依據，利用這個分級來聯系水資源的壓力指標。按照我國現有的發展趨勢，以三步走為基礎，將經濟發展的水平以溫飽、初步小康、中等小康、全面小康、初步富裕、中等富裕六個階段。進而形成一個以GDP為標準的層次，然后將水資源的壓力指標與之整合，進而形成一個壓力系數的指標標準值，如表2。

表2 水資源壓力系數指標

2 水資源承載能力的模糊識別

綜合上面的基礎數據與等級劃分，就可以利用模糊識別的理論進行分析，其中建立模糊集、相對差異函數、相對比例函數等形成一個完整的模糊集理論，并將其用于水資源的承載力分析。假設水資源承載力識別的有n個樣本集合如:

其中j個樣本的特性被描述為m個值如下:

這樣在集合中m×n階就可形成一個特征指標矩陣如下:

公式中xij是樣本j指標i的基本特征值;i值為(1，2，3…，m);j值為(1，2，3，…，n)，按照這個樣本集合中 c個級別，并對其進行辨識，則有m×c階指標，并形成矩陣如下:

公式中yih級別h就是在j特征指標下的參考數據。

按照指標標準形成的矩陣和有待病假的典型城市的實際情況，就可形成一個水資源承載能力的可變i和，使之形成吸引域矩陣和范圍域矩陣:

按照水資源承載能力的等級c來確定上面的吸引域中的相對差異度形成一個相關與Mih的矩陣:

根據上面的公式進行真理，將其特征值進行區分，利用研究文獻中提出的相對差異函數定義計算向對的差異度，此時判斷Mih的左右來劃分，如Xij在Mih左側，此時其相對差異函數的模型就可如下式:

當xij在Mih點右側時，其相對差異函數模型如下式:

如果此時xij在范圍之外則有公式

按照上面的分析，β是非負的指數，可以將其定義為1，即差異函數模型是線性函數。公式中的數據滿足當xij=a、xij=b時，DA(xij)h=0;當 xij=Mih 時，DA(xij)h=1;如 xij=c、xij=d時，DA(xij)h=-1。符合相對差異函數定義。根據相對隸屬度公式計算指標對h級的相對隸屬度形成矩陣如下:

利用上述計算可以形成一個模糊評價模型:

公式中利用非歸一化的綜合對象隸屬度;優化準則參數其值為1或者2;權重度、識別指標、距離參數，這樣上面的公式就可以進行轉變，成為模糊識別模型。通常情況下，模型式(16)中a與p可有4種搭配:

由式模糊模型可得到非歸一化的綜合相對隸屬度矩陣:

按照四種搭配，歸一化處理得到綜合相對隸屬度矩陣:

按照模糊的概念在分級的過程中，最大的隸屬度原則將被棄用，應用的級別將以下式為標準:

按照這樣的樣本分析與級別評價，H則可以最終確定為評價等級，如果將c確定為5，則形成下表3，說明了各個等級對應的級別變量所產生的取值范圍。

表3 級別判定標準范圍

3 結束語

水資源危機是當前經濟發展所必須面對的問題，水資源對經濟發展的制約已經十分明顯，所以對水資源的承載能力的研究從來都沒有停止過。上述利用的是一種可變模糊識別模型，從定量與定性兩個層面對城市水資源承載力識別，利用標準系統建立，從而實現了城市水資源綜合性評價。