五元减法集对势及其在水资源承载力趋势分析中的应用

为进一步推广减法集对势这一新颖的趋势分析方法在水资源承载力领域中的应用,在原有三元减法集对势研究的基础上,考虑五元联系数的结构形式及其同一度、对立度、差异度子项对最终趋势分析的影响,构造了五元减法集对势,并应用于山东省和黑龙江省的水资源承载力单指标和子系统的趋势分析中。结果表明:2006年山东省水资源承载状况较差,主要由于"生态环境特性"和"水资源利用特性"子系统的发展趋势均为反势,"城市污水日处理量""万元工业增加值用水量"等指标亟需加强调控;现阶段黑龙江省水资源承载状况整体较好,其中"生态"子系统的发展趋势最好,其余子系统均为均势,"产水能力""第一产业占比"等指标的发展趋势较差,"生态用水比例"指标的发展趋势最好。五元减法集对势可清晰、准确地识别出水资源承载力中较差或较好的子系统或单指标,可为后期调控措施的制定提供参考。此方法不仅适用于水资源承载力趋势分析中,也可应用于其他领域类似的趋势问题分析中。

基于模糊集对分析-五元减法集对势的新疆水资源承载力评价

为定量评价新疆各地州水资源承载力状况、识别需要进行水资源承载力调控的地区,建立了新疆水资源承载力指标体系与评价等级标准,构建了模糊集对评价模型,结合五元减法集对势对新疆15个地州水资源承载力进行评价并诊断其发展态势。结果表明:新疆水资源承载力呈现出北疆较好、南疆其次、东疆稍弱的情况,评级为Ⅰ级的地区占13.4%,Ⅱ级占20%,Ⅲ级占20%,Ⅳ级占33.3%,Ⅴ级占13.3%,其中伊犁州水资源承载力最强,和田地区承载状况最差;吐鲁番地区的五元减法集对势值为-0.23302、哈密地区为-0.3031、阿克苏地区为-0.2405、和田地区为-0.2154,属于偏反势发展,需进行承载力调控;模糊集对分析评价结果与模糊聚类、物元分析法评价结果大体一致,具有可靠性。研究结果可为新疆水资源合理配置与调控提供可靠的科学依据。

基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟方法的旱灾风险评估

为准确客观地评估旱灾风险等级,应用集对分析半偏减法集对势和三角模糊数随机模拟方法确定差异度系数,得到评估样本联系数在显著性水平下的置信区间,由联系数值与评价等级间的关系建立映射函数确定评价样本等级区间,构建了基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估方法,并应用于江淮分水岭地区旱灾风险评估实际问题中。结果表明:在时间变化方面,2008—2017年六安市旱灾风险等级呈先上升后降低的趋势,合肥、淮南和滁州三市都处于波动状态,10年间旱灾风险等级总体呈下降趋势;在空间变化方面,江淮分水岭地区旱灾风险北部高于南部、东部高于西部,淮南市旱灾风险等级最高,六安市最低。基于五元半偏减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估方法的计算结果范围包含五元半偏减法集对势方法的计算结果,进一步验证了五元半偏减法集对势法评价结果的可靠性。

基于子区域基尼匹配系数与减法集对势的水资源空间均衡评价方法

为合理评价区域水资源分布与经济社会发展的空间均衡问题,在已有方法的基础上,提出了子区域基尼匹配系数与减法集对势相结合的水资源空间均衡评价模型。以水资源总量为基础,与人口数量、第二产业GDP和耕地面积3项指标构建一一对应的匹配关系,利用洛伦兹曲线围成的单个子区域面积比来计算子区域基尼匹配系数,进而计算五元减法集对势,最终得到相应的评价等级,并对安徽省2011—2018年16个地级市的水资源空间均衡状态进行了评价。结果表明:在3组匹配关系中,空间均衡状态最好的为水资源总量-耕地面积,次之为水资源总量-人口数量,最差的一组为水资源总量-第二产业GDP;3对匹配关系空间均衡等级的多年均值表现为Ⅴ(反势)级,其中2012年和2015年的空间均衡状态最差,2018年的空间均衡状态最佳。

基于集对云模型和减法集对势的河南省水资源脆弱性评价

开展水资源脆弱性评价是加强水资源管理的有效途径。针对于集对分析中联系数的线性表达不能兼顾水资源评价系统中存在的模糊性以及随机性问题,引入云模型改进集对分析中联系数的计算,并通过方差最大化原则耦合层次分析法以及熵权法计算得到评价指标的综合权重,建立了融合权重的集对云模型,对2010-2019年河南省各地级市的水资源脆弱性开展评价。同时,引进五元减法集对势对各城市水资源脆弱性的发展趋势进行分析。结果表明:河南省水资源呈现轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱3个等级,分布上呈现南部、西部的城市整体水资源脆弱性较低,北部、中部的城市整体水资源脆弱性较高,主要是水资源自然禀赋的不足以及开发利用程度高所致;信阳、三门峡、驻马店系统态势多数年份处于均势或偏同势,水资源脆弱性状况较其余城市更好,发展形势健康;郑州、焦作、开封等城市系统态势所有年份均处于反势或偏反势,发展形势严峻,属于水资源脆弱性重点调控的地区;河南省最严格水资源管理制度的实行以及南水北调中线工程的供水缓解了水资源短缺的压力,水资源脆弱性自2014年起呈现下降趋势,符合河南省的实际情况。研究结果可为河南省水资源合理开发利用以及水资源~社会经济~生态环境的协调发展提供决策依据。

基于水资源承载力动态评价的五元引力减法集对势方法

【目的】动态评价区域水资源承载状态及变化趋势,识别、诊断水资源承载力脆弱性子系统和指标。【方法】综合考虑五元联系数分量的物理意义及对所论集对系统态势影响程度的差异性,借鉴万有引力和阻尼的思想,构建了基于联系数的五元引力减法集对势。将五元引力减法集对势应用于四川省、黑龙江省水资源承载力动态评价和变化趋势分析中,并与现有的五元减法集对势进行对比分析。【结果】四川省水资源承载力总体态势向好发展,评价指标体系中各子系统对四川省水资源承载力的影响程度从大到小排序为:生态环境子系统>社会经济子系统>水资源子系统,其中连续处于反势、偏反势的生态环境子系统是脆弱性子系统,相关指标是需要密切关注和调控的;黑龙江省水资源承载状况整体较好,可以支撑承载客体,其中指标“降水量”“第三产业占比”处于反势,“产水能力”“人口密度”“第一产业占比”处于偏反势,是需要调控的指标,五元引力减法集对势判别的系统集对势值和态势与五元减法集对势计算结果基本一致,且在诊断、识别脆弱性子系统和指标上更为敏感、有效。【结论】所构建的五元引力减法集对势的计算结果与实际物理意义更为符合,且计算简单、解释性强,为多等级集对系统动态分析评价提供了一种新的集对势方法。

基于五元半偏减法集对势的区域农业旱灾脆弱性评价

农业旱灾脆弱性动态评价对保障区域农业可持续发展具有重要意义。为分析农业旱灾脆弱性评价子系统及指标的发展趋势,识别影响区域农业旱灾脆弱性变化的主要因素,提出了一种联系数伴随函数——五元半偏减法集对势,据此建立了区域农业旱灾脆弱性动态评价方法,在蚌埠市应用结果表明:蚌埠市农业旱灾脆弱性评价系统中的暴露子系统2001—2010年总体由均势转向偏反势,向着集对势降低的方向发展,农业旱灾脆弱性呈增强趋势,其中,对蚌埠市农业旱灾脆弱性变化影响较大的指标为复种指数,且复种指数存在向反势发展的趋势;灾损敏感性子系统发展趋势波动较大,2001—2010年逐渐由偏反势发展到偏同势,评估结果呈现逐年向好趋势,其中,单位农业增加值耗水量的减少使得蚌埠市农业旱灾脆弱性有较为明显的改善;防灾减灾能力子系统在2001—2009年处于偏反势,2009年之后逐渐稳定为均势,脆弱性状况呈缓慢改善趋势,其中,影响脆弱性的主要指标有节水灌溉率、农民人均GDP。本研究可为改善区域农业旱灾脆弱性状况提供科学的决策依据,也可为解决复杂系统多等级问题提供新的有效途径。

基于博弈论和五元引力减法集对势的区域水资源承载力动态评价方法

为了解区域水资源承载力状态的发展趋势、识别影响区域水资源承载力的关键指标,采用博弈论确定评价指标的组合权重,引入五元引力减法集对势判断区域水资源承载力发展趋势、识别影响区域水资源承载力的关键指标,建立了基于博弈论和五元引力减法集对势的区域水资源承载力动态评价方法,将评价方法应用于广东省水资源承载力评价,结果表明:2013—2019年广东省水资源承载力承载状况良好且向好发展,2014、2017年出现波动性下降,五元引力减法集对势识别出影响广东省水资源承载力的关键指标包括单位面积水资源量、环保投资占GDP比重、城市化率、万元工业产值用水量。基于五元引力减法集对势的区域水资源承载力评价方法计算简便、成果可读性强,可为区域水资源承载力动态评价提供新的方法。

基于组合赋权-集对分析的城市供水安全评价

为更精准地评价城市供水安全,将集对分析法与主客观组合赋权法相结合,建立区域城市供水安全评价模型,即用最小相对信息熵原理确定指标综合权重并耦合到指标联系度中,构建出城市供水安全的组合赋权-集对分析的评价体系,通过五元减法集对势确定城市供水安全等级,并对昆明市2011~2020年的供水安全评价划分安全等级。结果表明,2011~2013年昆明市供水处于安全等级,其中2011、2012年更倾向于基本安全等级;2014~2020年昆明市供水处于非常安全等级但更倾向于安全等级,供水状态相对安全和稳定。所提方法一定程度上解决了城市供水安全评价等级中的不确定性和多指标性问题,为城市供水安全评价提供了一种新思路。

基于模糊集对分析的新疆水资源脆弱性评价

为科学评价新疆维吾尔自治区的水资源脆弱性状况,基于自然、人为和承载力3个子系统构建水资源脆弱性评价指标体系,通过模糊集对分析模型从时空维度对新疆15个地区(州、市)的水资源脆弱性进行评价,并利用五元引力减法集对势识别其目标层发展趋势。结果表明:空间分布上,水资源脆弱性呈现出东疆较强、南疆次之、北疆较弱的规律;时间趋势上,19.03%的地区脆弱性等级呈上升趋势,18.88%的地区较为稳定,62.09%的地区呈下降趋势,总体上脆弱性状况有所改善,但需对水资源脆弱性状况发展态势恒为偏反势的乌鲁木齐市、哈密市和昌吉回族自治州以及出现反势态势的喀什地区给予密切关注和调控。研究结果可为新疆水资源的高效利用和优化管理提供理论依据。

新疆水资源空间均衡评价

为弥补单一基尼系数法在新疆水资源空间均衡评价上的不足,需系统评价水资源与社会发展的匹配关系。选取新疆耕地面积、人口数量、工农业产值、生产总值作为影响水资源承载力的指标,采用联系数法与洛伦兹曲线相结合的方法定量分析区域水资源及子区域水资源与各指标间的均衡性,结合五元减法集对势识别子区域水资源均衡性发展态势。结果表明,2011~2018年新疆整体水资源均衡性呈先升后降趋势,且年际间均处于不均衡状态;从各指标分析可知水资源均衡性在较不均衡与不均衡间波动;从子区域水资源均衡性与态势分析可知大部分地区处于不均衡、反(偏反)势状态,加剧了水资源的不均衡性,明确了需进行水资源均衡调控的对象,为合理改善水资源均衡性指明了方向。

基于灰色关联度和联系数耦合的农业旱灾脆弱性评价和诊断研究

农业旱灾脆弱性评价和诊断是科学防范农业旱灾风险的关键,在区域农业旱灾风险调控实践中具有重要作用。为定量评价区域农业旱灾脆弱性强弱程度、识别影响其强度变化的主要指标,通过改进差异度系数的计算方法,建立了基于灰色关联度和联系数耦合的区域农业旱灾脆弱性评价模型,对区域农业旱灾脆弱性进行动态评估,并根据此模型提出了基于五元减法集对势的区域农业旱灾脆弱性诊断方法,用以识别影响脆弱性的主要指标。在蚌埠市的应用结果表明:蚌埠市农业旱灾脆弱性评价等级从2001-2003年的超3级水平改善到2004-2010年的3级水平,农业旱灾脆弱性呈减弱趋势,农业系统对干旱灾害的承受能力呈逐年提升趋势;通过诊断模型识别出影响蚌埠市农业旱灾脆弱性的主要指标有农民人均GDP、单位耕地面积农机动力、农业万元GDP用水量和单位农业增加值耗水量,其中单位农业增加值耗水量与农业旱灾脆弱性的相关性最大。这些结果可为区域农业旱灾风险调控提供科学依据,对促进农业旱灾风险定量研究具有重要意义。