可变模糊评价法及在水资源承载能力评价中的应用

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1、水利学报年月第卷第期文章编号可变模糊评价法及在水资源承载能力评价中的应用陈守煜胡吉敏大连理工大学水资源与防洪研究所辽宁大连摘要本文在笔者建立的可变模糊集理论基础上提出可变模糊评价模型与方法该方法能够科学合理地确定样本指标对各级指标标准区间的相对隶属度相对隶属函数并且能够通过变化模型及其参数合理地确定出样本的评价等级提高对样本等级评价的可信度最后将该方法应用于淮河流域水资源承载能力的综合评价应用实例表明该模型计算简便评价结果可信度高关键词可变模糊评价水资源承载能力淮河流域中图分类号文献标识码水资源承载能力是

2、指在某一历史发展阶段以可以预见的技术经济和社会发展水平为依据以可持续发展为原则以维护生态环境良性发展为条件经过合理的优化配置水资源对该区社会经济发展的最大支撑能力水资源承载能力评价分析的目的是为了揭示有限的水资源与人口环境和经济发展之间的关系合理充分地利用水资源使经济建设与水资源保护同步进行促进社会经济持续发展可见对水资源承载能力进行评价必然要涉及资源经济和环境等多方面的因素模糊综合评判法模糊模式识别法投影寻踪法等是各有特点的综合评价方法由于实际用于评价的因素指标评价标准是区间的概念所以大多数的评价方法将

3、评价标准或参照标准处理成点的形式还存在一定的不足因此为了科学地对水资源承载能力进行评价并使评价方法具有可操作性本文提出了可变模糊集合评价方法该方法能够科学合理地确定样本指标对各级指标标准区间的相对隶属度和相对隶属函数并且能够通过变化模型及其参数合理地确定出样本水资源承载能力的评价等级提高对样本等级评价的可信度文中以淮河流域为研究对象应用提出的可变模糊评价模型对该流域水资源承载能力进行了评价从而为淮河流域水资源可持续开发利用提供了决策依据可变模糊集理论文献建立的可变模糊集理论与方法是工程模糊集理论与方法的进

4、一步发展作为其核心的相对隶属函数相对差异函数与模糊可变集合的概念与定义是描述事物量变质变时的数学语言和量化工具为工程领域变化模型及模型参数的必要性与可能性提供新的思路以增加评价识别与决策的可信度与可靠性模糊可变集合定义定义设论域上的一个模糊概念事物现象对中的任意元素在相对隶属函数的连续统数轴任一点上对表示吸引性质的相对隶属度为对表示排斥性质的相对隶属度为设收稿日期基金项目水利部科技创新项目国家自然科学基金资助项目高等学校博士学科点专项科研基金资助项目作者简介陈守煜男浙江宁波人教授主要从事模糊系统与数学模糊

5、水文水资源学研究称为对的相对差异度映射称为对的相对差异函数根据则或?定义令式中称为模糊可变集合分别称为模糊可变集合的吸引为主域排斥为主域和渐变式质变界定义设是的可变因子集式中为可变模型集为可变模型参数集为除模型及其参数外的可变其他因子集令统一称为模糊可变集合关于可变因子集的可变域令统一称为模糊可变集合关于可变因子集的量变域相对差异函数模型设为实轴上模糊可变集合的吸引为主域即区间为包含的某一上下界范围域区间如图所示图点与区间的位置关系根据模糊可变集合定义可知与均为的排斥域即区间设为吸引为主域区间中的点值按物

6、理分析确定不一定是区间的中点值为区间内的任意点的量值则落入点左侧时的相对差异函数模型可为落入点右侧时其相对差异函数模型为式式中为非负指数通常可取即相对差异函数模型为线性函数式与式满足当时当时当时符合相对差异函数定义确定以后根据式可求解相对隶属度可变模糊评价模型设有对水资源承载能力作识别的个样本集合第个样本的特性用个指标特征值表示则样本集可用阶指标特征值矩阵表示式中为样本指标的特征值样本集依据个指标按个级别的指标标准特征值进行识别则有阶指标标准特征值矩阵式中为级别指标的标准特征值参照指标标准值矩阵和待评价流

7、域的实际情况确定水资源承载能力可变集合的吸引为主域矩阵与范围域矩阵根据水资源承载能力分为个级别的实际情况确定吸引为主域中的点值的矩阵依据式式判断样本特征值在点的左侧还是右侧据此选用式式计算差异度再由式计算指标对级的相对隶属度矩阵应用文献中提出的模糊评价模型?式中为非归一化的综合相对隶属度为模型优化准则参数为指标权重为识别指标数为距离参数为海明距离为欧氏距离由式可得到非归一化的综合相对隶属度矩阵将式归一化处理得到综合相对隶属度矩阵式中?根据模糊概念在分级条件下最大隶属度原则的不适用性应用笔者提出的级别特征值

8、对样本进行级别评价应用实例淮河流域的基本情况淮河流域由淮河及沂沭泗两大水系组成本流域位于中原在北纬之间地处我国南北气候过渡地带属暖温带半湿润季风气候区多年平均降雨量地表水资源总量亿地下水资源总量亿流域内水系众多水利设施种类较齐全大中小型水库多座其中大型水库座总库容亿其中兴利库容约亿设计灌溉面积万工程基本配套的有效灌溉面积近万淮河流域的水资源并不丰富特别是近年来随着经济迅速发展和人口骤增流域内水资源供需矛盾日趋明显研究流域水资源