專利名稱：基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水資源規(guī)劃與管理領(lǐng)域，具體地說是一種基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法。
背景技術(shù)：
1972年，法國科學(xué)家雷內(nèi)·托姆(Rene Thorn)在其研究成果《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學(xué)》中，明確地闡明了突變理論(Catastrophe Theory).后經(jīng)發(fā)展，逐漸成為一個新的數(shù)學(xué)分支，專門用于研究非連續(xù)變化和突變現(xiàn)象，成為一門描述一系列連續(xù)性的量變?nèi)绾窝葑兂商S式質(zhì)變的重要理論，被譽為“微積分以后數(shù)學(xué)上的一次革命”，與耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論共稱為新三論。突變理論建立在拓撲動力學(xué)和奇點理論基礎(chǔ)之上，涉及數(shù)學(xué)的背景知識較深，但經(jīng)過齊曼(Zeeman)、阿爾諾特(V . I Arnold)等人的研究，使其應(yīng)用模型相對簡單，因此運用領(lǐng)域廣闊，涉及自然科學(xué)和社會科學(xué)的多個方面，取得了大量應(yīng)用性成果。在水資源領(lǐng)域，突變理論已廣泛應(yīng)用到施工、設(shè)計、管理的各個環(huán)節(jié)中，并涵蓋地表水、地下水等多個領(lǐng)域。水資源供需系統(tǒng)中過程表現(xiàn)為多模態(tài)、突跳、發(fā)散等特征，即在一般情況下，隨著狀態(tài)變量的變化，系統(tǒng)可能隨時出現(xiàn)安全或不安全的狀況，表現(xiàn)出兩種截然不同的狀態(tài)；同時可能在很短時間內(nèi)，水資源供需系統(tǒng)可能發(fā)生一個很大的改變；此外，在水資源供需系統(tǒng)中，控制參數(shù)數(shù)值的有限變化引起狀態(tài)變量平衡位置數(shù)值的微弱變化。但在水安全突變臨界點附近，控制參數(shù)初值的微小變化卻可能導(dǎo)致狀態(tài)變量終值的很大變化。因此，水資源供需過程具有突變特征。保證水資源系統(tǒng)的水安全是水資源供需調(diào)控效果的一個重要目標(biāo)。但水安全涉及因素較多，致使水安全評價不僅要充分考慮區(qū)域水資源狀況，還要綜合評價與之相關(guān)的經(jīng)濟、社會、環(huán)境等多方面因素，是非常復(fù)雜的問題。從目前的研究成果來看，評價方法多采用層次分析法、投影尋蹤模型、模糊優(yōu)選模型、模糊綜合評判模型等，但普遍存在的問題為 (1)指標(biāo)體系選取主觀性強。水安全涉及多方面因素，既有動態(tài)性指標(biāo)又有靜態(tài)性指標(biāo)，既有定性指標(biāo)又有定量指標(biāo)等，致使當(dāng)前指標(biāo)選取具有一定主觀性和局限性；(2)評價方法不成熟。通常，對權(quán)重和隸屬函數(shù)主要通過專家打分的形式確定權(quán)重或目標(biāo)變量的隸屬度函數(shù)值，使評價結(jié)果帶有一定的主觀性，可信度較差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，該方法利用實體一關(guān)聯(lián)概念模型建立水安全評價指標(biāo)體系，并針對水資源供需系統(tǒng)的突變特性，建立基于突變理論的水安全評價模型，對不同水資源管理方式實施后水安全狀況進行綜合評估，評價結(jié)果全面準(zhǔn)確，可信度高。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，其特征在于該方法利用實體一關(guān)聯(lián)概念模型建立水安全評價指標(biāo)體系，并針對水資源供需系統(tǒng)的突變特性，建立基于突變理論的水安全評價模型，對不同水資源管理方式實施后水安全狀況進行綜合評估，具體包括以下步驟
1)運用實體一關(guān)聯(lián)概念，將水安全分為實體子系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，實體子系統(tǒng)包括外部環(huán)境安全、水資源安全；關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)包括水資源-經(jīng)濟安全、水資源-環(huán)境安全、水資源-社會安全；
2)根據(jù)水安全評價的原則，建立涉及經(jīng)濟社會發(fā)展、外部環(huán)境變化、水資源開發(fā)利用方面的綜合評價指標(biāo)體系；
3)設(shè)定不同水資源管理模式下指標(biāo)值變化過程，并代入水安全指標(biāo)體系；
4)對指標(biāo)體系進行原始數(shù)據(jù)規(guī)范化；依據(jù)突變理論綜合評判的要求，將控制變量的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到0 1范圍內(nèi)的越大越好型無量綱可比較數(shù)值，即對控制變量進行原始數(shù)據(jù)規(guī)格化?？刹捎媚：龜?shù)學(xué)的方法對控制變量進行原始數(shù)據(jù)規(guī)格化。5)根據(jù)初始模糊隸屬函數(shù)值，利用歸一公式進行綜合量化遞歸運算，得到評價系統(tǒng)的總突變隸屬度值；利用歸一公式對同一系統(tǒng)各控制變量進行模糊綜合分析與評判時， 遵從“互補”與“非互補”原則；采用燕尾突變、尖點突變、蝴蝶突變模型進行評價；
6)重復(fù)步驟5)，分別求出不同評價系統(tǒng)的總突變隸屬函數(shù)值及其變化規(guī)律，進行不同系統(tǒng)間綜合分析與評判，實現(xiàn)基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估。本發(fā)明中，外部環(huán)境安全包括經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和環(huán)境變化；水資源安全包括供、用、耗、排過程。本發(fā)明結(jié)合水安全系統(tǒng)非線性、開放、動態(tài)等特點，按照系統(tǒng)實體一關(guān)聯(lián)概念，遵循全面性與代表性相結(jié)合、定性分析與定量分析結(jié)合、科學(xué)性與可操作性相結(jié)合等原則構(gòu)建了涵蓋外部環(huán)境安全、水資源安全、水資源-社會安全、水資源-經(jīng)濟安全、水資源-環(huán)境安全于一體的指標(biāo)體系，同時基于突變理論的水安全評價模型，對水資源管理效果進行評估。本發(fā)明評價結(jié)果全面準(zhǔn)確，可信度高。


圖1是通過本發(fā)明得到的2020年Bl情景下榆林市水安全狀況圖。
具體實施例方式一種本發(fā)明所述的基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，具體步驟如下
1)運用實體一關(guān)聯(lián)概念，將水安全分為實體子系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，實體子系統(tǒng)主要包括外部環(huán)境安全、水資源系統(tǒng)安全，關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)主要包括水資源-經(jīng)濟安全、水資源-環(huán)境安全、水資源-社會安全。2)結(jié)合水安全評價的基本原則，建立涉及經(jīng)濟社會發(fā)展、外部環(huán)境變化、水資源開發(fā)利用方面的綜合評價指標(biāo)體系；見表1。1水安全評價初選指標(biāo)體系
權(quán)利要求
1.一種基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，其特征在于該方法利用實體一關(guān)聯(lián)概念模型建立水安全評價指標(biāo)體系，并針對水資源供需系統(tǒng)的突變特性，建立基于突變理論的水安全評價模型，對不同水資源管理方式實施后水安全狀況進行綜合評估，具體包括以下步驟1)運用實體一關(guān)聯(lián)概念，將水安全分為實體子系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，實體子系統(tǒng)包括外部環(huán)境安全、水資源安全；關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)包括水資源-經(jīng)濟安全、水資源-環(huán)境安全、水資源-社會安全；2)根據(jù)水安全評價的原則，建立涉及經(jīng)濟社會發(fā)展、外部環(huán)境變化、水資源開發(fā)利用方面的綜合評價指標(biāo)體系；3)設(shè)定不同水資源管理模式下指標(biāo)值變化過程，并代入水安全指標(biāo)體系；4)對指標(biāo)體系進行原始數(shù)據(jù)規(guī)范化；依據(jù)突變理論綜合評判的要求，將控制變量的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到0 1范圍內(nèi)的越大越好型無量綱可比較數(shù)值，即對控制變量進行原始數(shù)據(jù)規(guī)格化；5)根據(jù)初始模糊隸屬函數(shù)值，利用歸一公式進行綜合量化遞歸運算，得到評價系統(tǒng)的總突變隸屬度值；利用歸一公式對同一系統(tǒng)各控制變量進行模糊綜合分析與評判時，遵從 “互補”與“非互補”原則；采用燕尾突變、尖點突變、蝴蝶突變模型進行評價；6)重復(fù)步驟5)，分別求出不同評價系統(tǒng)的總突變隸屬函數(shù)值及其變化規(guī)律，進行不同系統(tǒng)間綜合分析與評判，實現(xiàn)基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，其特征在于外部環(huán)境安全包括經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和環(huán)境變化；水資源安全包括供、用、耗、排過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水資源供需過程突變特征的區(qū)域水安全評估方法，其特征在于步驟4)中，采用模糊數(shù)學(xué)的方法對控制變量進行原始數(shù)據(jù)規(guī)格化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種區(qū)域水安全評價方法，包括運用水資源供需系統(tǒng)突變特征，按照實體—關(guān)聯(lián)概念，將水安全分為實體子系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，并結(jié)合水安全評價的基本原則，建立了涉及經(jīng)濟社會發(fā)展、外部環(huán)境變化、水資源開發(fā)利用方面的指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系包括外部環(huán)境安全、水資源系統(tǒng)安全、水資源-經(jīng)濟安全、水資源-環(huán)境安全、水資源-社會安全等方面，綜合反映了水安全的總體特征。最后，針對水資源供需系統(tǒng)的突變特性，建立了基于突變理論的水安全評價模型，對區(qū)域水安全狀況進行評估。本發(fā)明評價結(jié)果全面準(zhǔn)確，可信度高，可有效評估不同調(diào)控模式下水安全狀況，將為水資源管理提供依據(jù)。
文檔編號G06Q50/00GK102156930SQ20111012249
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者張建云, 王小軍, 賀瑞敏 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院