馮書倉，賈艷梅

(河北省滄州水文水資源勘測局，河北 滄州 061000)

模糊綜合評價水資源可持續(xù)利用的質(zhì)量分析

馮書倉，賈艷梅

(河北省滄州水文水資源勘測局，河北 滄州 061000)

[摘要]如何確定影響水資源可持續(xù)利用的主要因素常常困擾著水利工作者，鑒于問題的復(fù)雜性及其質(zhì)量的模糊性特點，提出基于多層次模糊綜合評價模型的質(zhì)量診斷方法，通過某流域的算例詳細(xì)說明診斷的步驟,并驗證該方法的有效性。在充分考慮水資源條件、供需水系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高評價結(jié)果的客觀性, 實現(xiàn)有限水資源綜合效益最優(yōu)，達(dá)到水資源可持續(xù)發(fā)展的要求。

[關(guān)鍵詞]水資源；模糊綜合評價；質(zhì)量診斷

水是人類賴以生存的寶貴自然資源，也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要原料。當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入一個水資源緊張的年代，出現(xiàn)全球范圍的水危機(jī)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口增多，水資源需求量呈逐年遞增趨勢，而水資源的總量卻是有限的，如何對實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)綜合效益最優(yōu)，在考慮水資源可供水量的基礎(chǔ)上滿足各用水戶的需水量，使水環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到水資源的可持續(xù)發(fā)展要求是目前亟待解決的問題。

近年來，學(xué)術(shù)界也開展了許多水資源可持續(xù)發(fā)展的研究，而且在社會經(jīng)濟(jì)和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展過程中不斷發(fā)展和完善，取得了很多有價值的成果。從研究方法上看,優(yōu)化模型由單一的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型發(fā)展為數(shù)學(xué)規(guī)劃與模擬技術(shù)、向量優(yōu)化理論等幾種方法的組合模型;對問題的描述由單目標(biāo)發(fā)展為多目標(biāo),特別是大系統(tǒng)優(yōu)化理論、計算機(jī)技術(shù)和新的優(yōu)化算法的應(yīng)用。使復(fù)雜多水源、多用水部門的水資源優(yōu)化配置問題變得較為簡單。求解也較為方便：從研究對象的空間規(guī)模上，由最初的灌區(qū)、水庫等工程控制單元水量的優(yōu)化配置研究，擴(kuò)展到不同規(guī)模的區(qū)域、流域和跨流域水量優(yōu)化配置研究[1]。目前研究成果中較多的是側(cè)重于研究評價極少有指導(dǎo)水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量改進(jìn)為評價目標(biāo)的研究成果，本文主要目標(biāo)是在對水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量評價體系和評價模型的基礎(chǔ)上，探索合理有效的質(zhì)量診斷方法，為水資源可持續(xù)發(fā)展決策進(jìn)行鑒定、診斷、改進(jìn)提供依據(jù)，從而實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展要求。

1水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量綜合評價指標(biāo)

目前研究的成果中建立了水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量綜合評價指標(biāo)體系，包括水資源條件、供水需水系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境狀況四個一級指標(biāo)，同時確定了22個二級指標(biāo)，各級指標(biāo)具體見圖1所示[2]。

2多級模糊綜合評價模型

從上述的指標(biāo)體系中可以看出，水資源可持續(xù)發(fā)展評價的問題具有一定的模糊性，同時由于水資源可持續(xù)發(fā)展這一復(fù)雜系統(tǒng)，其質(zhì)量的影響因素是多方面的，需要運(yùn)用多級模糊綜合評價的的方法才可以取到客觀且量化的評價結(jié)果，以便于進(jìn)一步通過質(zhì)量診斷找出關(guān)鍵的影響因素進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量改進(jìn)[3]。

2.1確定因素集、評語集和權(quán)數(shù)集

利用評級指標(biāo)體系給出因素集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}；評價等級優(yōu)秀、較好、一般、較差相應(yīng)的評語集為V={v1，v2，v3，v4}；通過專家評分法確定了各項指標(biāo)的權(quán)重，權(quán)重集A={Ai}={a1，a2，a3，a4，a5}；Ai={ai1，ai2，…，aik}，具體結(jié)果見圖1所示。

圖1　區(qū)域水資源綜合評價指標(biāo)體系

2.2計算隸屬度

分別從各個二級評價指標(biāo)uik來考慮其被評為各個等級的隸屬度rikj，得到單因素評價矩陣Ri={rik1，rik2，rik3，rik4}。本文擬采用專家意見法來確定隸屬度rikj，即聘請若干個專家對各二級指標(biāo)進(jìn)行評價，評價前需收集盡量全的資料及有關(guān)數(shù)據(jù)，并以有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為參考，分析統(tǒng)計各指標(biāo)被評為各個評價等級的專輯人數(shù)，將贊同指標(biāo)uik被評為評價等級vj的專家人數(shù)與總專家人數(shù)的比值作為該指標(biāo)的隸屬度rikj。為了避免評價結(jié)果受個別專家觀點的影響，應(yīng)盡量增加專家總數(shù)。

表1　某區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量評價數(shù)據(jù)

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

同理可得R13，R14和R2,R3,R4。上述步驟的具體結(jié)果見表2。

2.3進(jìn)行一級模糊綜合評價

由公式(1)Bi=Ai·Ri得各單因素評價向量：

同理可得B2,B3,B4。

2.4進(jìn)行二級模糊綜合評價

據(jù)公式(2)B=A·R，通過矩陣的復(fù)合運(yùn)算得到最終評價向量：

3水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量診斷原理

模糊綜合評價結(jié)果反映出該區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量為較好，但對于水利工作者來說，更重要的是如何發(fā)現(xiàn)影響目前質(zhì)量的關(guān)鍵問題所在，從而能夠明確改進(jìn)工作的方向。為此，我們可以按照模糊綜合評價的步驟進(jìn)行反方向的推理過程來尋找水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量的關(guān)鍵因素。尋找影響目前質(zhì)量關(guān)鍵的問題的基本思路為：導(dǎo)致較差評價等級的評價值較高或者說是導(dǎo)致優(yōu)秀評價等級的評價值較低的多個影響因素中，我們很容易想到權(quán)數(shù)最大的因素即為水資源可持續(xù)發(fā)展問題中最急需提高的質(zhì)量問題，對于二級評價則首先需要根據(jù)最終評價量B先找出最差的單因素Ui，再根據(jù)Ui的單因素評價向量Bj進(jìn)一步找出一個最差的或多個較差的因素uik[4]。具體過程如圖2所示。

圖2　水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量診斷的反向推理過程

4算例

從上述對某區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量綜合評價結(jié)果可知，最終評價向量B的最后一個元素b4的值不為零,說明在矩陣R=[rikj]22×4的第四列含有非零元素，即有某指標(biāo)被評為較差等級，診斷步驟如下：

4.1計算Fi確定需要改進(jìn)的大類Ui

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

同理，F(xiàn)2=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

根據(jù)公式(4)Fmax=maxFi，U3是首當(dāng)其沖需要進(jìn)行改進(jìn)的因素，根據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)體系，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是影響水資源可持續(xù)發(fā)展的主要因素，可以通過提高單方水的總產(chǎn)值、控制人口增長速度、提高耕地灌溉效率等方法優(yōu)化系統(tǒng)。

4.2計算fik發(fā)現(xiàn)待改進(jìn)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

所以下一個明確的改進(jìn)目標(biāo)是u41，即生態(tài)環(huán)境的用水率。

5質(zhì)量評價與診斷的系統(tǒng)實施

區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展是一個復(fù)雜的多因素影響系統(tǒng)，其評價質(zhì)量存在模糊性和多層次的特點，因此在對水資源可持續(xù)發(fā)展研究時采用多層次的模糊綜合評價方法，將模糊信息定量化，影響總體質(zhì)量因素顯性化，有利于水利工作者在開展工作時明確目標(biāo)，抓住重點。

AHP-Fuzzy法能有效的根據(jù)單一指標(biāo)模糊評價矩陣直接構(gòu)造用于確定各評價指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣，據(jù)此計算或修正各評價指標(biāo)的權(quán)重值直至判斷矩陣達(dá)到滿意的一致性，并進(jìn)一步進(jìn)行基于最終評價向量的水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量影響因素的精確診斷。實際評價中，可利用計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)判斷矩陣的一致性檢驗和評價指標(biāo)的權(quán)重修正[5]。

6結(jié)語

采用多層次模糊綜合法對水資源可持續(xù)性發(fā)展質(zhì)量的診斷可以避開整體評價水平的影響，能夠及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題。由于采用了反向推理法進(jìn)行水資源可持續(xù)發(fā)展質(zhì)量的診斷可以幫助水利工作者找到根本性的、局部的影響因素，為完善管理提供科學(xué)依據(jù)，通過算例證明了該方法的有效性，對于同類問題的其他復(fù)雜系統(tǒng)也可以采用多級模糊綜合評價反推法進(jìn)行質(zhì)量診斷。

參考文獻(xiàn)

[1]吳浩東. 運(yùn)用動態(tài)規(guī)劃方法來解決水資源的最優(yōu)分配[J].資源環(huán)境與工程.2006.12.

[2]沈曉娟，徐向陽.區(qū)域水資源的模糊綜合評價[J].海河水利.2005.10.

[4]劉普寅，吳孟達(dá).模糊理論及應(yīng)用[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社.2003.194-199.

[5]夏德，程國平.電子商務(wù)環(huán)境下的物流模糊評價及逆診斷[J].科技管理研究.2003，(2)：55-57.

[5]金菊良，魏一鳴.基于改進(jìn)層次分析法的模糊綜合評價模型[J].水利學(xué)報.2004，(3)：65-71.

[收稿日期]2016-03-14

[作者簡介]馮書倉(1981-)，男，河北南皮人，工程師，主要從事水資源研究和管理工作。

[中圖分類號]TV213.9

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0160-03