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水资源短缺风险综合评价
摘要选取区域水资源短缺风险程度的风险率、脆弱性、可恢复性、重现期和风险度作为评价指标,利用所给数据及所查询的数据建立了基于集对分析—可变模糊集的区域水资源短缺风险评价模型。最后选取与max{bij}对应的评语为区域水资源短缺风险的评判结果,对北京水资源短缺风险进行五个等级划分之后对北京水资源短缺风险进行分析、评价、得出结论。结果表明,如果没有南水北调工程,2010年整个北京的水资源短缺风险将会处于高风险水平,水资源供需状况极度危险,对水资源采取有效的风险管理措施已刻不容缓。预测结果与北京现状的开发利用程度、缺水量相符,该模型具有一定的可操作性和实用性,并为区域水资源规划和管理提供决策依据。
关键词:水资源短缺;集对分析;可变模糊集;风险分析;综合评价
引言
水资源短缺受供给和需求两个主要因素影响,当供给不能满足用水需求时,就会出现水资源短缺风险。水资源短缺风险评价是在其风险识别和风险分析的基础上,把损失频率、损失程度以及其他因素综合起来考虑,分析风险的影响,寻求风险对策并分析其影响,为风险决策创造条件。根据韩宇平等人所给出公式详见参考文献【1】,首先分析数据建立模糊数学模型,对北京水资源短缺划分等级,并对其进行综合评价,以便对北京未来两年水资源短缺风险进行预测,最后提出一些应对措施,保障人类生存和经济法展维持生态环境系统平衡。
1北京市水资源短缺风险影响因子分析
水资源系统的风险因子指引发水资源风险的自然和社会原因。主要有:水文风险因子、水力风险因子、结构风险因子、可供水量风险因子、用水量风险因子、水环境风险因子和技术风险因子等。
对于北京市,其水资源短缺风险的风险因子可用图1所示的北京水资源短缺风险事故树来进行综述。
北京资源短缺风险
北京资源短缺风险
可供水量太少
用水量太太
水资源量太少
生活用水
工业用水
农业用水
其它用水
水质污染严重
水文风险因子
水力风险因子
工程调蓄量太小
环境风险因子
人口膨胀
工业规模巨大
万元产值用水量大
灌溉面积不确定
灌溉定额不确定
结构风险因子
其它原因
技术风险因子
图1北京水资源短缺风险事故树
2模型构建
2.1风险率根据风险理论,荷载是使系统“失事”的驱动力,而抗力则是对象抵御“失事”的能力。如果把水资源系统的失事状态记为F∈(λρ),正常状态记为S∈(λρ),那么水资源系统的风险率为
(1)
式中:Xt为水资源系统状态变量
如果水资源系统的工作状态有长期的记录,风险率也可以定义为水资源系统不能正常工作的时间与整个工作历时之比,即
(2)
式中:NS为水资源系统工作的总历时;It是水资源系统的状态变量。
2.2脆弱性脆弱性是描述水资源系统失事损失平均严重程度的重要指标。为了定量表示系统的脆弱性,假定系统第i次失事的损失程度为Si,其相应的发生概率为Pi,那么系统的脆弱性可表达为
(3)
式中:NF为系统失事的总次数。
例如,在供水系统的风险分析中,可以用缺水量来描述系统缺水失事的损失程度。类似洪水分析,假定,即不同缺水量的缺水事件是同频率的,这样上式可写为
(4)
式中:为第i次缺水的缺水量。
上式说明干旱的期望缺水量可以用来表示供水系统的脆弱性。为了消除需水量不同的影响,一般采用相对值,即
(5)
式中:是第i次干旱缺水期的需水量。
2.3重现期事故周期是两次进入失事模式F之间的时间间隔,也叫平均重现期。用d(μ,n)表示第n间隔时间的历时,则平均重现期为
(6)
式中:是0到t时段内属于模式F的事故数目。
2.4可恢复性恢复性是描述系统从事故状态返回到正常状态的可能性。系统的恢复性越高,表明该系统能更快地从事故状态转变为正常运行状态。它可以由如下的条件概率来定义
(7)
上式亦可用全概率公式改写为
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